Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас (fb2)

- Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас (пер. Ольга Сергеевна Дементиевская) 10.79 Мб, 324с. (скачать fb2) - Гэвин Претор-Пинни

Настройки текста:



Гэвин Претор-Пинни ЗАНИМАТЕЛЬНОЕ ВОЛНОВЕДЕНИЕ. Волненя и колебания вокруг нас

Посвящается Флоре

НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ВОЛНАМИ: ВВОДНЫЙ КУРС ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

Однажды прохладным февральским днем мы с моей трехлетней дочкой Флорой праздно шатались, гуляя вдоль скалистого корнуоллского берега. Обычно такое время года как нельзя лучше подходит для наблюдений за облаками. Но в тот раз совсем некстати распогодилось — на небе ни единого облачка. Мы забрались под скальный выступ. Сидя у самого края — впереди расстилался лишь нагоняющий тоску горизонт Атлантики, — мы невольно принялись разглядывать рябь на воде. По крайней мере, я; Флору рябь не интересовала — она увлеченно карабкалась по скользким валунам.

В тот день я не заметил ничего примечательного: рябь совсем не походила на волны-«бочки», которые мчатся на большой скорости и ударяются о крутой мыс, разлетаясь тучей брызг. Не походила и на классические, мерно набегающие волны, гребни которых один за другим накатывают на берег, соблюдая строгий армейский порядок.

Потому как ни малейшей системы в движении волновой ряби не наблюдалось. Гребешки, подобно пассажирам на оживленной станции в час пик, устремлялись в разных направлениях, сталкиваясь. Но, в отличие от пассажиров, проходили сквозь или поверх друг друга, сливались и разделялись, появлялись и исчезали…

«Ах, боже мой! Я опаздываю».

Всматриваясь в их беспорядочное движение, я понял, что не в состоянии уследить за отдельным гребешком дольше секунды. Едва я выбирал себе объект наблюдения, как несносный гребешок сливался с другим, шедшим в ином направлении. Ну а я неизбежно отвлекался на третий, который накатывал через два предыдущих.

Все то время, пока мы с дочкой о чем-то говорили, мою голову одолевали вопросы: «Как появляются волны?», «Откуда берутся?», «Почему разлетаются брызгами?». Такие несерьезные вопросы скорее возникнут у маленького почемучки, однако задавался ими я, а не Флора.

Хотя интерес к волнам во мне пробудило, как ни странно, безоблачное синее небо, сейчас-то я понимаю — от облаков до волн один шаг. Невозможно долго смотреть на облака и не заметить, что своим внешним видом они обязаны волнам. Но не тем, которые перекатываются по водной глади океана, а тем, которые образуются в бескрайней небесной вышине, среди воздушных потоков. Ведь атмосфера — не что иное, как тот же самый океан. Только не водный, а воздушный.

Океаны над и под горизонтом связаны самыми тесными узами. В Бытии говорится: сотворяя все сущее, Господь перво-наперво привел в движение моря:

Вначале сотворил Бог небо и землю.
Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною,
и Дух Божий носился над водою.{1}

На следующий день:

И создал Бог твердь, и отделил воду, которая под твердью,
от воды, которая над твердью.{2}

Иными словами, Господь отделил океаны внизу от облаков наверху воздушным пространством.

Тут прослеживается если и не общность происхождения неба и моря, то уж точно их близкородственная связь — рядовой наблюдатель за облаками, сам того не подозревая, является также и наблюдателем за волнами, поскольку облака зачастую рождаются под влиянием воздушных волн.

Воздушные волны принимают форму взмывающих и ныряющих ветров, которые сами по себе невидимы, но проявляются благодаря облакам. Причем облакам самых разных форм. К примеру, разновидность undulatus[1] представляет собой либо протяженный облачный слой с волнистой поверхностью, либо параллельные полосы с просветами. Такие облака зарождаются в области сдвига ветра, которая возникает между воздушными потоками разных направлений или скорости. Волнистые облака, хотя и не могут похвастать эффектностью, прекрасно демонстрируют волны в воздушной атмосфере.

ВОЛНИСТОЕ ОБЛАКО КЕЛЬВИНА-ГЕЛЬМГОЛЬЦА
Любители облаков и любители волн вместе любуются красотой волнистого облака Кельвина-Гельмгольца 

А вот наиболее впечатляющий пример волн в небе — редкое и быстротечное волнистое облако Кельвина-Гельмгольца. Выглядит оно, это облачное образование с витиеватой фамилией, как длинная последовательность гребней волны или, как их называют серфингисты, «бочек», ну а если выражаться точнее, завихрений. Облака Кельвина-Гельмгольца — самые яркие представители волнистых облаков; они образуются при движении двух воздушных слоев с разной скоростью и в противоположных направлениях — облачные волны перехлестывают через самих себя.

Быстротечное облачное образование держится всего минуту-другую, после чего рассеивается. И хотя процессы образования этого облака имеют мало общего с процессами, в результате которых океаническая волна разбивается о берег, совершенно очевидно, что оно попадает прямехонько в центр пересекающихся кругов Эйлера, обозначающих области интересов наблюдателя за облаками и наблюдателя за волнами.

* * *

Волнистое да и, если на то пошло, любое другое облако представляет собой скопление взвешенных частиц воды; что же такое океаническая волна? Наверняка ответ покажется вам очевидным: это движущийся «холм» воды. Если вы и впрямь так считаете, советую вам присмотреться. В неверности такого предположения легче всего убедиться, понаблюдав за тем, что происходит при столкновении волн с плавающим на поверхности воды предметом. Да вот хотя бы с пучком водорослей.

Я приметил один такой пучок, когда мы с Флорой уже собирались уходить — он вздымался и опускался, кружился в танце, увлекаемый неспокойной водой у поверхности. При этом он походил не на торопливого пассажира, а на боксера в полулегком весе. Гребни волн под пучком устремлялись в разных направлениях, поэтому он колыхался, однако оставался на месте — волной его не относило.

Взобравшись на вершину скалы, мы увидели пассажирский корабль — он покачивался на волнах. Сверху волны виделись совсем иначе. Беспорядочное мельтешение гребней образовывало на поверхности воды рябь, в которой отражалась поблескивающая дорожка солнечных лучей. Под искрящейся рябью небольших волн можно было разглядеть гораздо более мощное, упорядоченное волнение, накатывавшее из атлантических глубин. Одна плавная волна следовала за другой в спокойном, умиротворяющем темпе; по моим предположениям, расстояние между двумя волнами равнялось 15-18 м. Этот караван солидных гребней разительно отличался от гребешков, беспокойно снующих по поверхности. Но и кроткие великаны прошли под пучком водорослей, не смыв его. Более того, на месте остался и рыболовный траулер, возвращавшийся с уловом, хотя, казалось бы, волны должны были увлечь его к берегу — именно так на их месте поступили бы водные течения. Очевидно, что масса воды, на которой покачивался траулер, после прохождения волны осталась на месте.

Но если ни эти волны, ни те, за которыми мы наблюдали, сидя под скальным выступом, нельзя назвать водой в движении, что же они такое? Что двигалось из открытого моря к берегу?

* * *

Ответ — энергия.

Вода — лишь транспортное средство, при помощи которого энергия из одной области перемещается в другую. Вода — та самая среда, через которую энергия проходит. Поверхность океана заряжается энергией; океан вполне можно представить как тело медиума, а энергию — как дух из потустороннего мира.

Хотя… так, да не совсем.

Скорее даже, совсем не так.

Но мне нравится представлять воду в образе старухи-медиума в лиловом балахоне, с большими, громко бренчащими серьгами, принимающей посетителей в дальней комнате. Старуха кладет узловатые руки на стол, а когда она встает, вместо нее уже говорит дух вашей умершей бабушки. Глаза старухи закатываются, в уголках рта выступает пена; она утробным голосом вещает: «Тут по телевизору и смотреть-то нечего». После чего дух покидает тело медиума — и старуха без сил валится в кресло, требуя позолотить ей ручку.

Понятно ли вам теперь, что океаническая волна — это энергия, проходящая через толщу воды? Или вы еще не разобрались? Вообще-то, воде в момент прохождения через нее энергии не свойственно подскакивать прямо вверх и обрушиваться прямо вниз (в отличие от старухи-медиума, в которую вселился дух). Если бы нам с Флорой случилось наблюдать за пучком водорослей далеко от берега, где мерно накатывают широкие волны, мы бы увидели, каким образом пучок движется в моменты прохождения гребня и подошвы волны. Приближающаяся волна слегка притягивает пучок к себе. Подошедший гребень выносит его на поверхность и в самой верхней точке подъема немного протаскивает по ходу волны. Затем водоросли погружаются вниз, увлекаемые подошвой волны, и возвращаются практически на прежнее место. При волнении вода у поверхности моря перемещается по круговой траектории.

Не так-то просто представить, как вода остается на месте, а энергия движется дальше, поэтому, говоря о волне, я для наглядности буду обращаться к ее размерам. Едва заметная рябь отличается от гигантских волн цунами двумя категориями: высотой и так называемой длиной волны.

Высотой волны считается разница между гребнем и подошвой. Ученые в таком случае говорят об амплитуде. Обычно амплитуда представляет собой половину высоты волны, поскольку сравниваются уровень гребня волны и уровень спокойной воды; она удобней для схематического изображения волн. На мой взгляд, гораздо сподручнее измерять высоту волны от гребня до подошвы.

Длина волны — это расстояние от одного гребня, или пика, до другого. И хотя при слове «волна» мы чаще всего представляем единичный гребень воды (и используем термин для описания любого отдельно взятого пика), в океане одинокие волны не встречаются. Они неизменно путешествуют в компании, поэтому термином «волна» обозначают как один гребень, так и цуг гребней и подошв. Зачастую — мы это наблюдали, находясь под скальным выступом на корнуоллском берегу, — волнение на поверхности воды такое беспорядочное, что определить длину волны хотя бы приблизительно невозможно. Только обозревая с вершины скалы упорядочение двигающиеся широкие волны, можно сказать, на каком расстоянии друг от друга находятся гребни: на большом, когда один гребень удален от другого, или малом — гребни теснятся друг к дружке.

Как измерить океаническую волну 

Эти две величины дают общее представление о размере волн в тот или иной момент, но вот об их движении ничего не говорят. А как вам авторитетно заявит любой серфингист, волны — и есть движение. Тут-то нам и пригодится такое понятие, как частота волны, — это количество гребней, проходящих через определенную точку (например, торчащую из воды жердь) в каждую секунду. Если говорить о мелкой ряби, какая образуется от брошенного в пруд камешка, то счет проскакивающих определенную точку волн идет не на единицы, а на десятки. Однако нас не особенно интересуют настолько малые волны — едва заметная рябь не заставит серфингиста в азарте схватить свою доску, не причинит вред буровой вышке, на что способны гигантские валы. Нас интересуют волны, которые гораздо больше обычной ряби — один гребень следует за другим с интервалом в целых шестнадцать секунд. В данном случае частота волны составляет одну шестнадцатую, то есть 0,0625 гребней в секунду. Но оперировать такими величинами неудобно, поэтому ход океанических волн измеряют в периодах; период — это всего-навсего количество секунд между двумя гребнями, проходящими через определенную точку.

Форма волны меняется в зависимости от степени ее крутизны

К основным характеристикам океанической волны помимо размера и движения относится еще и форма. Некоторым волнам, когда они вздымаются и опадают, присущи широкие, симметричные колебания, в профиле приближающиеся к синусоиде — она показана в верхней части схематического рисунка волн.

Большинство же волн имеют другую форму. Чем круче волна, тем менее она похожа на синусоиду. Скорее ее форму можно назвать формой трохоиды. Трохоида симметрична лишь относительно вертикальной оси, ее остроконечные пики отделяются друг от друга плавными подошвами. Однако крутая волна вовсе не обязательно будет большой. Те беспорядочные гребешки, которые мы с Флорой наблюдали под скальным выступом, были не скругленными, а заостренными. Определяющая форму волны крутизна зависит от высоты волны относительно ее длины, а вовсе не от общего размера. Даже маленькие волны, если они, что называется, едва не наступают друг дружке на пятки, будут крутыми и, следовательно, своей формой повторят трохоиду.

* * *

Облака и океанические волны иногда похожи, но внешнее сходство — не единственное, что их роднит. На самом деле, прибойные волны, пускай и косвенно, принимают участие в формировании облаков. Когда гребни волн достигают берега и обрушиваются на самих себя, под воздействием турбулентности образуется бесчисленное множество крошечных воздушных пузырьков, которые лопаются — и в воздухе образуется взвесь из мельчайших водяных капелек. Вода испаряется, а маленькие частицы соли так и остаются в воздухе; воздушный поток подхватывает их и увлекает в верхние слои атмосферы. Эти микроскопические частицы соли являются одними из самых эффективных ядер конденсации, формирующих большинство облаков — на них начинает оседать невидимый глазу водяной пар. В результате образуются крошечные капельки — низкие облака. Только не подумайте, будто прибойная волна способствует образованию облаков прямо над собой — она способствует лишь тому, что ядра конденсации, эти важные составляющие облака, всегда носятся в нижних слоях атмосферы. Верно и обратное — облака, по крайней мере грозовые тучи, играют определенную роль в формировании волн. Это может показаться странным, особенно если вы, сидя в тени слегка колышущейся пальмы на пляже какого-нибудь курортного местечка в экзотической стране, наблюдаете за лениво лижущим берег прибоем. Набегающая волна кажется спокойной, она напоминает мерное дыхание океана — непрерывную череду вдохов и выдохов. Однако под мягкостью накатывающих волн скрывается их буйный нрав. Эти гостьи, такие кроткие и безмятежные у берега, зародились среди хаоса и шквального ветра бури, разыгравшейся где-то далеко в открытом море и давным-давно стихшей.

Как возникают штормовые волны? И, если уж на то пошло, как беспорядочное мельтешение гребней преобразуется в стройные ряды волн, которые накатывают на берег, рассыпаясь брызгами у ваших ног? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо представить путь волн через океан, проследив каждую стадию их развития — от рождения в море до агонии «с пеной у рта» и кончины на берегу.

Весь жизненный цикл волн можно разбить на пять этапов; на каждом этапе волнам присущ свой неповторимый характер.

* * *

Начнем с самого начала — с рождения волны.

Волны образуются постоянно, на всей протяженности мирового океана, однако удобнее всего наблюдать их зарождение в тихой, спокойной обстановке, скажем, в небольшой морской акватории без всяких волнений. На самом деле та кой акватории не существует, но мы ее вообразим. Ближе всего к ней «конские широты» — штилевая полоса Атлантического океана между 30 и 33 градусами северной широты в Северном и Южном полушариях и «унылые широты» — экваториальная штилевая полоса, расположенная по обе стороны от экватора — 5-10 градусов на север и на юг. Обе эти области отличаются слабыми, неустойчивыми ветрами. Так как именно ветер образует волны, порой в этих безветренных широтах волнение практически отсутствует. Однако у любого океана, даже в самую безветренную погоду, зеркально гладкая поверхность все же волнуется — под влиянием едва ощутимых отголосков далеких штормовых волн.

Штилевые периоды в «конских широтах» могут продолжаться довольно долго — благодаря стабильно высокому давлению в этих областях. Считается, что название «конские широты» возникло в восемнадцатом веке: испанский торговый корабль вез в Новый Свет лошадей, но, чтобы сэкономить стремительно таявшие запасы воды, вынужден был от живого груза избавиться. И все-таки не будем ждать у моря погоды — облюбуем себе акваторию в «унылых широтах». Вот как поэт Сэмюэл Кольридж описал в своем известном произведении слабые, нерешительные ветры этой области:

За днями дни, за днями дни
Мы ждем, корабль наш спит,
Как в нарисованной воде
Рисованный стоите.{3}

Название «унылые широты» говорит само за себя. Для этой области, в противовес «конским широтам», характерно низкое давление, а значит, удушливое, внушающее суеверный страх безветрие вскоре сменится совсем иной погодой — мягкие, едва заметные колебания на поверхности воды очень кстати подрастут.

Теплый, влажный воздух вокруг этого экваториального пояса вызывает довольно ощутимую атмосферную неустойчивость. Воздух быстро поднимается, влага конденсируется, образуя высокие грозовые тучи. Шквалы и штормы в области «унылых широт» возникают неожиданно, иногда перерастая в тропические циклоны невероятной разрушительной силы. Но нам с вами ничего столь губительного не нужно — для зарождения волн вполне сойдет рядовой шторм на море.

Капельки, которые образуются в растущих грозовых тучах, в момент конденсации вызывают нагревание воздуха — он расширяется и, становясь легче, поднимается вверх. Таким образом, атмосферное давление на уровне моря резко падает, и образовавшуюся пустоту стремительно заполняет окружающий воздух. То есть появляется тот самый ветер, благодаря которому рождаются наши океанические волны. Он знаменует первый этап их жизненного пути.

Как только скорость ветра увеличивается до пары узлов, иными словами до 0,6 м/с, потоки воздуха в результате трения оставляют на воде едва заметные следы. Крошечная, чуть выше сантиметра рябь гуляет по поверхности. Вскоре то тут, то там легкая рябь, похожая на россыпь бриллиантов — ее еще называют «кошачьи лапки» — начинает поблескивать на солнце — там, где, выражаясь словами викторианского поэта Алджернона Суинберна, «…над морем ветер пятками сверкал…»[2].{4} Приметив эту рябь еще издали, моряк уже знает — сейчас задует.

Эта рябь и есть новорожденные волны; они находятся в самом начале своего жизненного пути. С порывами ветра крошечные гребни то появляются, то исчезают; когда ветер усиливается, подросшие гребни уже беспрестанно будоражат водную поверхность.

Как и все маленькие дети, они доставляют своим родителям немало хлопот. С ростом волн трение между водой и воздушными потоками увеличивается — ветер уже не может скользить по океанической глади беспрепятственно. Крошечные завихрения образуются прямо над капиллярными волнами[3], в результате чего ветер воздействует на воду с разной силой. Маленькие волны с готовностью идут на контакт с воздушными потоками — там вырастает гребень, здесь опускается подошва, — увеличиваясь в размерах.

Их рост — всегда результат столкновения сил. С одной стороны это сила ветра, понуждающая водную поверхность вздыматься и опадать, нарушая тем самым ее равновесие. С другой стороны — стремление воды противостоять такому воздействию: она пытается вернуться к прежнему состоянию спокойствия, в котором благостно пребывала в отсутствие ветра. Стремление это обусловлено двумя причинами: силой поверхностного натяжения воды и силой тяжести. Сила поверхностного натяжения противодействует малейшему натяжению поверхности у гребня и малейшему нагромождению у подошвы волны, в то время как сила тяжести тянет гребень волны вниз или (благодаря давлению воды) выталкивает подошву наверх. В своих стараниях вернуть воду к прежнему равновесному состоянию обе силы чересчур усердствуют: гребень продолжает погружаться и становится подошвой, а подошва продолжает подниматься, становясь гребнем. Но изначально, пока наши волны еще пребывают во младенчестве, сила поверхностного натяжения воды преобладает. Такое естественное сопротивление побуждающему воздействию ветра и заставляет маленькие волны перемещаться по поверхности.

Когда волны вырастают сантиметров до трех, они выходят из младенческого возраста — первый этап их жизненного пути завершается. Мы больше не называем их капиллярными волнами, теперь они — гравитационные, потому что вес воды — сила, с которой гравитация воздействует на воду, — оказывает на них преобладающее воздействие. Вес воды пересиливает ветер, стремясь вернуть воде спокойное состояние, но только усиливает молодые волны и приводит их в беспорядок.

* * *

Итак, наши волны, эти шумливые карапузы, прощаются с детством и вступают в следующую фазу развития — вырастают в неуправляемых подростков, по которым воспитательная колония плачет. По мере того, как усиливается ветер, стройные ряды капиллярных волн принимают совсем иной облик. Гребни и подошвы беспорядочно перемешиваются: носятся туда-сюда, сталкиваются, летят кубарем друг через друга — ни дать ни взять группа детсадовцев, неосмотрительно вверенная надзору такого же неугомонного воспитателя. Это явление называется ветровыми волнами[4]. Термин обозначает волнующуюся поверхность воды — ветер хлещет по ней, отдавая все больше своей энергии. Если говорить о зарождающемся шторме, то ветровые волны — стадия, при которой волнение быстро и неуклонно возрастает.

В действительности скорость роста волн увеличивается за счет того, что под удары ветра попадают склоны особенно крупных экземпляров. Когда внутри одной акватории наблюдается мешанина из волн разной высоты и длины, трудно дать репрезентативную оценку их совокупным размерам. Было бы заблуждением описывать волны, ориентируясь лишь на самые высокие, поскольку — среди ветровых — волны выдающейся высоты появляются не так уж часто. Океанографы составляют шкалу или диапазон размеров волн, опираясь на так называемую значимую высоту волны. Это среднее для высот волн, рассчитываемое по трети наиболее высоких из них. Согласен, трудновато для понимания — фраза «высота наиболее высоких волн» куда как проще, — однако в действительности при наличии разброса волн по высоте такой метод расчетов удобнее и показательнее.

Вскоре значимая высота волны вырастает до метра и больше. Это уже не малая волна, это настоящие волны. И воздействует на такие волны не легкий бриз, а ураганный ветер. Маленькие шаловливые волны превратились в волны задиристые, неуправляемые, с крутыми склонами и острыми трохоидальными пиками. Под надзором сурового воспитателя в лице ураганного ветра они все сильнее раздражаются, выходя из себя, пока на их гребнях не начинают формироваться хохолки пены. Волны вот-вот они вступят в третий, наиболее беспокойный этап своего жизненного пути.

Хорошо видно, как во время шторма в районе Северо-Тихоокеанского течения пена ручейками стекает с гребней волн — фотография сделана с борта грузового судна «Благородная звезда» зимой 1989 года. У меня при одном только взгляде на фотографию начинается морская болезнь
* * *

Вступая в пору взросления, волны превращаются в форменных забияк. На третьем этапе жизни у особо крупных индивидов появляется пена у рта — барашки. При этом волны, гонимые безжалостным штормовым ветром, перекатываются через самих себя.

Если такой ветер устанавливается надолго, господствуя на обширном пространстве, его порывы срывают с гребней пенные хохолки — по склону каждой волны стекают белые ручейки. «Стена из зеленого стекла с холмиком снега», — так описал эту разновидность волн Джозеф Конрад.{5}

Хотя по мне, так больше напоминает слюну буйнопомешанного. Волны продолжают расти и, наконец, достигают 5 м.

Теперь барашки виднеются повсюду. Моряки иногда называют их «белыми лошадьми». А то и «дочерьми шкипера» — видимо, потому, что к ним, как и к дочерям шкипера, лучше не приближаться, себе дороже выйдет. Пена свидетельствует о том, что волны разбиваются на глубине; мощный ветер опрокидывает их гребни. И эти растущие, изрыгающие пену волны представляют для кораблей наибольшую опасность — они не просто вздымаются, подобно крутым утесам, но и зачастую разбиваются над судном, обрушивая на его палубу тонны морской воды.

Пытаясь избежать подобной напасти, мореходы еще в стародавние времена придумали один хитроумный трюк: чтобы успокоить волнение, они выливали за борт рыбий жир или бросали тюки с пропитанной маслом ветошью, и волны становились тише. Древние греки считали, что такой любопытный эффект получался благодаря маслянистой пленке, распространявшейся на поверхности воды и снижавшей силу трения между ветром и водой: «В чем причина? — задается вопросом древнегреческий историк Плутарх. — Верны ли рассуждения Аристотеля о том, что ветер, скользя по глади морской поверхности, достигнутой таким способом, не оказывает на нее никакого воздействия и не поднимает волнения?»{6}

Возможно, именно этот феномен лежит в основе чуда, о котором свидетельствует живший в восьмом веке англосаксонский летописец и монах Беда Достопочтенный. В своей «Церковной истории народа англов» Беда описывает, как священник, которому предстояло отправиться в путешествие по суше, а вернуться морем, получает от епископа Айдана немного освященного масла — чтобы в случае бури, угрожающей кораблю, смирить ее. Предполагалось, что масло обладает чудесными свойствами — мгновенно успокаивает шторм, возвращая море в тихое, спокойное состояние.{7} В 1757 году феноменом заинтересовался американский ученый-энциклопедист Бенджамин Франклин — наблюдая за поведением волн между соседними судами, идущими во главе каравана через Атлантический океан, он заметил нечто любопытное. Волнение на отрезке между двумя кораблями было гораздо слабее, нежели возле остальных кораблей. Разъяснение ученому дал капитан: наверняка в этом виноваты коки, которые слили грязную, промасленную воду через шпигаты в море. Судя по всему, случай запомнился ученому, потому как спустя шестнадцать лет Франклин в письме к другу Уильяму Браунриггу описал свой опыт, поставленный во время пребывания в Лондоне; целью опыта было изучение эффекта, оказываемого маслом на волнение:

«Наконец достиг я Клапама; в окрестностях Клапам-Коммон есть большой пруд, на котором однажды, в ветреную погоду, довелось мне наблюдать приличное волнение. С собой я принес графинчик масла, коего немного вылил в воду. Масло, к моему удивлению, быстро растеклось по поверхности воды. Однако волнение не улеглось, потому как вылил я масло с подветренной стороны пруда, там, где волны самые высокие — ветер отнес его назад, к берегу. Тогда я прошел к наветренной стороне, где волны и образуются; там-то масло, которого было не более чайной ложки, чудесным образом разлилось по площади в несколько квадратных метров, тут же успокоив волнение. Затем оно постепенно достигло и подветренной стороны — почти четверть пруда, с половину акра, напоминала зеркальную поверхность».{8}

Однако Франклин так и не смог найти объяснение подобному воздействию масла на волны. Объяснению же древних греков, предположивших, что масло делает воду скользкой и тем самым препятствует сцеплению ветра и воды, недостает глубины.

На самом деле, решающий фактор здесь — тот эффект, который масло оказывает на поверхностное натяжение воды. Масло распространяется по поверхности воды в виде тончайшей пленки, своеобразной кожи; коэффициент поверхностного натяжения этой пленки ниже, чем у воды. В результате снижения коэффициента вода под влиянием ветра образовывает уже не высокие волны, а едва заметную — в один-два сантиметра — рябь капиллярных волн.

Вы скажете: едва заметная рябь — пустяк, не стоящий внимания, куда, мол, ей до жутких валов океанического шторма. Однако помните: эти едва народившиеся волны способствуют усилению трения между воздухом и водой. Они заставляют воющий ветер крепко вцепиться в склон волны, которая катит огромным валуном, и щедро поделиться с ней своей энергией. Масло, успокаивая рябь на поверхности воды, вполне способно тягаться с мощью ветра и остановить высоченный гребень, который вместо того, чтобы спокойно нести на себе корабль, грозит обрушиться на его палубу.

Но когда в следующий раз вы решите прогуляться на своей моторке, а за бортом вдруг начнется волнение, не торопитесь сливать масло из двигателя, поскольку ваш мини-разлив не возымеет никакого эффекта. Современные масла на основе нефти не годятся для усмирения шторма, для этого нужны масла органического происхождения, например, масло жирных пород рыб — оно распространяется достаточно быстро и далеко, чтобы утихомирить «дочерей шкипера».

Пока мы неспешно прогуливались по Клапам-Коммон, ураганный ветер продолжал реветь: под надзором этого сурового воспитателя волны успели значительно подрасти. Они превратились в громады высотой под 12-15 м — с четырехэтажный дом, а их длина перевалила за 200 м. Теперь можно наблюдать на море окончательно сформированное волнение — волны достигли максимально возможной высоты при данной скорости ветра.

«Может, пока не поздно, вернем их в бюро проката?»
Картина «Голландские корабли во время шторма», написанная Яном Порселлисом около 1620 года, демонстрирует последствия применения к волнам жестких методов воспитания 

Однако высота волн, подстегиваемых ураганным ветром, зависит не только от силы этого самого ветра. Океанографы обнаружили и два других существенных фактора: длину разгона — площадь акватории, над которой ветер дует в одном направлении, и продолжительность действия ветра, неизменного по силе и направлению. Именно эти два фактора в конечном итоге и позволяют ответить на вопрос: приведет ли шторм к полностью развитому волнению или нет?

Чтобы представить, как наши волны будут выглядеть к концу третьего этапа своего развития, достаточно взглянуть на картину «Голландские корабли во время шторма» — миниатюрный шедевр кисти Яна Порселлиса, написанный им около 1620 года и хранящийся в лондонском Национальном морском музее.

Художник Самюэл Диркс ван Хогстратен, современник Порселлиса, называл его «Рафаэлем морской живописи».

Порселлис рисовал неспокойное море с натуры; благодаря его картинам жанр морского пейзажа, возникший всего около столетия назад, начал набирать популярность. Для творчества Порселлиса того периода характерен был малый размер работ — немногим больше листа формата А4. Наверняка голландские аристократы семнадцатого века, глядя на суровый, полный драматизма морской пейзаж, представляли жестокую потасовку в таверне, которую они подсматривают с улицы в окошко. Творимый безудержной морской стихией хаос наверняка в одинаковой степени и завораживал их, и повергал в ужас.

* * *

Наконец, шторм стих; наши волны вступают в четвертый этап своего жизненного цикла. Против всяких ожиданий, с убылью ветра беспорядочное мельтешение вершин и подошв вовсе не сменяется тихим, едва заметным покачиванием. Подросшие за время шторма волны все так же перекатываются по водной поверхности, только их уже ничто не подталкивает. Из вынужденных волн, подгоняемых ветром, они превращаются в свободные волны. Их настроение меняется до неузнаваемости; они мужают, входят в пору зрелого возраста, оставляя прошлое далеко позади.

Буйные ветровые волны сменяются спокойной зыбью. Однако, хотя шторм и миновал, энергия, которую он передал воде, не может просто взять и исчезнуть. Волны продолжают двигаться, но уже без понуждения воздушных потоков — просто перекатываются себе. По мере взросления окончательно сформировывается их характер.

Волны на поверхности моря, приведенные в движение, отдают окружающей среде на удивление немного энергии. А значит, способны совершать дальние путешествия. То же количество энергии, которым они все же делятся, идет в основном на образование барашков — данный процесс называют затуханием; волны с особенно крутыми склонами теряют некоторое количество энергии в момент сопротивления встречному ветру. Лишь зачаточные капиллярные волны теряют большую часть своей энергии из-за вязкости самой воды. Таким образом, крупная зыбь, появляющаяся после шторма, способна преодолевать поистине гигантские расстояния.

Впервые это продемонстрировал Уолтер Мунк из Института океанографии Скриппса, расположенного возле Сан-Диего. Мунк — теперь ему уже за восемьдесят, но он до сих пор трудится, занимая в институте должность почетного профессора — хорошо известен в среде ученых-океанографов и пользуется огромным уважением. Во время Второй мировой войны он разработал уникальную систему, позволявшую прогнозировать высоту волн. Дата высадки американо-английских войск в Северной Африке — предприятия, успех которого зависел от штилевой погоды на море, — была назначена с учетом его прогнозов.

В 1957 году Мунк доказал: волны, достигшие острова Гваделупа возле западного побережья Мексики, зародились во время штормов в Индийском океане, то есть на расстоянии около 15 000 км.{9} Спустя десять лет Мунк с коллегами из Института океанографии Скриппса отследили перемещение океанической зыби через весь Тихий океан — с юга на север. Высокочувствительное оборудование было установлено на шести станциях, отстоявших одна от другой на тысячи километров; именно на них отмечалось движение океанических волн. Приборы зафиксировали зыбь, возникшую во время штормов в Антарктике, и затем записывали ее показатели, когда она проходила через Новую Зеландию, Самоа, Гавайи и далее через обширную северную часть Тихого океана. Эту же зыбь приборы зарегистрировали на расстоянии более 10 000 км — возле Якутата, штат Аляска; волны затратили на путешествие около двух недель{10}.{11}

Умудренные жизнью зыби проходят друг сквозь друга и продолжают каждая свой путь, не затевая ссоры но пустякам 

Проходя такие расстояния, крупная зыбь постепенно теряет свою изначальную высоту. Прибегнув к помощи измерительных приборов, Мунк с коллегами зарегистрировали волны длиной до полутора километров и высотой всего лишь в одну десятую миллиметра. Однако высота снижается вовсе не из-за убыли энергии. Причина — в способе распространения волн: они расходятся от источника веером. В итоге энергия, сообщаемая поверхности воды ураганными ветрами, вместе с волнами распространяется по все большей и большей площади океана.

Все мы с возрастом смягчаемся, становимся спокойнее. По сравнению с неистово мечущимися штормовыми волнами, зрелые, свободно распространяющиеся волны океанической зыби ведут себя довольно расслабленно. В одной и той же акватории они проходят друг сквозь друга, точно дружелюбно настроенные привидения, продолжая каждая свой путь без малейших для себя последствий. И хотя при встрече двух зыбей морская поверхность приходит в беспорядочное волнение, зыби идут дальше, нимало не пострадав в результате столкновения.

По мере продвижения на открытом морском пространстве сборище разновеликих волн, возникших под влиянием сильного ветра, начинает упорядочиваться. Правило простое: длинные волны перемещаются быстрее коротких. Возникает ассоциация с марафонским бегом, при котором скорость бегунов зависит исключительно от длины их ног, — каланчи бегут быстрее коротышек. При звуке стартового пистолета пестрая компания бегунов разного роста одновременно пускается бежать. Однако в соответствии с правилом — чем длиннее у бегуна ноги, тем быстрее он бежит — толпа постепенно принимает следующий вид: каланчи впереди, коротышки позади.

То же самое происходит и с разновеликими волнами. По мере продвижения на открытом морском пространстве более длинные океанические волны идут быстрее, чем короткие — 80 км/ч против 50 км/ч, — в результате чего движение принимает организованный характер.

По мере распространения по все более обширной акватории высота волн убывает, они сглаживаются, вступая в фазу зрелости: нет больше крутых, с острыми пиками, трохоидальных гребней, подгоняемых ветром. Волны теряют стремительность бега, каждый новый гребень принимает форму пологого холма: «необъятный океан колышется низкими, широкими волнами — будто бы вздымает могучую грудь, глубоко вдыхая после изматывающей бури»{12}, — написал теоретик искусства Джон Рескин, живший в викторианскую эпоху.

Плавные линии волн теперь больше напоминают зыбь с картины Клода Моне «Зеленая волна». Моне первым начал изображать морской пейзаж в импрессионистской манере; собрат по цеху, Эдуард Мане, называл художника «Рафаэлем воды».

Но вы знаете, на месте Моне я бы оскорбился — неужели Мане не мог придумать комплимент пооригинальней?

* * *

По правде сказать, волны, вступая в четвертый этап своего жизненного цикла, пересекают просторы океана гораздо более загадочным и интригующим образом, нежели недавно упомянутые бегуны-марафонцы. Дело в том, что следующие одна за другой волны зыби — явление весьма любопытное. Зыбь представляет собой группы довольно больших волн, отделяемые друг от друга промежутками, в которых катятся волны поменьше, иной раз настолько маленькие, что они почти незаметны.

Клод Моне, «Зеленая волна» (1866-1867).
Забудьте о цветовой палитре, лучше вглядитесь в волны зыби — гладкие, с плавными изгибами

Но и это не самое удивительное. Поражает то, что гребень отдельной волны перемещается быстрее, чем вся группа в целом. Он вырастает из более спокойной воды позади группы, проходит через группу и снова исчезает — в спокойной воде впереди группы. Не просто придумать аналогию, наглядно объясняющую такое странное поведение. Мне пришел в голову лишь поезд, в котором едут… нет, не сами марафонские бегуны — их привидения.

Когда поезд, попыхивая, приближается к станции, он едет со скоростью, примерно равной скорости бегущего трусцой. Даже окончив свой земной путь, марафонские бегуны, вернее их привидения в поезде, не могут остановиться: появляясь в хвосте каждого вагона, они бегут и, добегая до головы, исчезают. Любой пассажир на перроне, готовясь отправиться в свой последний путь, заметит идущий со скоростью бегуна трусцой поезд и одновременно пробегающих в каждом вагоне призрачных бегунов. И ему будет видно, что сами бегуны двигаются в два раза быстрее вагонов. Как ни странно, именно так волны зыби и перемещаются. Гребни волн проходят через всю группу в два раза быстрее той скорости, с которой движется сама группа.

Такое странное поведение вступивших в пору зрелости волн объясняется наложением волн с примерно одинаковой длиной. Более длинные и быстрые волны входят в ту же воду, в которой находятся волны чуть более короткие и медлительные, при этом их гребни и подошвы совмещаются и вновь расходятся так, как показано на схеме на странице 37.

Если же механизм перемещения зыби кажется вам излишне трудным для понимания, выкиньте мою аналогию с привидениями из головы, прислушайтесь лучше к словам поэта Ральфа Уолдо Эмерсона: «Иллюзией исполнена волна»{13}.[5]

* * *

Но представим себе волну… Кому-то наши рассуждения о всяких там вершинах и подошвах покажутся довольно поверхностными, их интересует другое: что же все-таки творится на глубине?

Вы наверняка запомнили, что во время прохождения волны вода на поверхности перемещается по близкой к круговой траектории — возвращается почти в ту же самую точку, откуда начинала движение. Дело в том, что масса воды ниже поверхности движется точно так же, разница лишь в том, что чем глубже, тем круговая траектория движения меньше. На глубине, равной половине длины волны, круговые орбиты вообще сходят на нет. Ниже основания волны движение воды ничтожно. Вот почему подводные лодки, погружаясь всего на какие-то 150 м, легко избегают последствий даже самого сильного шторма, свирепствующего наверху.

Вообще-то, волны появляются и гораздо ниже поверхности воды — их называют внутренними волнами. Это настоящие гиганты; они рождаются в мрачных глубинах — на границах слоев разной воды. Если слои сильно различаются по плотности — например, один слой намного теплее или солонее другого, — граница между ними во многом напоминает поверхность океана. Внутренние волны перекатываются вдоль подводной границы точно так же, только на глубине они невидимы.

По мере прохождения волны вода перемещается по круговым траекториям; чем глубже, тем круги меньше 

Внутренние волны приводятся в движение не ветром, а приливами и отливами. Зачастую подводные волны гораздо больше волн на поверхности: обычная длина внутренней волны составляет около 20 км, высота — до 200 м.

Подводные лодки, погружаясь на глубину, запросто уходят от штормовых волн на поверхности, однако влияния таящихся внизу волн им не избежать. Когда в 1960-х годах русские пытались тайно пройти Гибралтарским проливом, одна такая внутренняя волна подхватила советскую подводную лодку, разбив ее о нефтяную платформу. Можно представить, что некоторые члены команды при этом испытали.

* * *

Волны выражают настроение океана. Море безмятежное, спокойное, в добром расположении духа нежно ласкает берег, мягко, как колыбель, покачивает вашу лодку. Море яростное, штормящее олицетворяет собой разрушительные силы природы. Благодаря экспрессивному характеру населяющих океан волн, никогда не оставались без богатого улова те, кто забрасывал свой невод в поисках выразительной метафоры.

Воспетые Гомером мореплавания Одиссея полны встреч со всевозможными бурями, которые морской бог Посейдон насылал на героя. Со времени возникновения «Одиссеи» жизненный путь человека зачастую сравнивают с плаванием по бурным водам — мореплаватель бороздит океан в поисках тихой гавани, ждущей его в конце пути. Однако драматурги и поэты древности верили — последнее слово всегда остается за штормовыми волнами. Противостояние человека морской стихии неизбежно оборачивалось неравной борьбой против своенравных и капризных богов. И в такой борьбе доблесть и отвага простого смертного подвергались самым суровым испытаниям. Спустя 250 лет после Гомера древнегреческий драматург Софокл написал:

Много есть чудес на свете,
Человек — их всех чудесней.
Он зимою через море
Правит путь под бурным ветром
И плывет, переправляясь
По ревущим вкруг волнами.{14}

Беспрестанное движение волн, то вздымающихся, то опадающих, напоминает взлеты и падения на жизненном пути. Не поэтому ли те, кто наблюдает за волнами, способны отнестись к своему жизненному пути философски? Хотя, в то же время, Уолт Уитмен шестидесяти шести лет, находясь в Нейвсинке, штат Нью-Джерси и созерцая разбивающиеся у берега буруны, наверняка был поглощен собственными мыслями и даже не задавался вопросом о том, ныряющие перед ним буруны или скользящие:

На волны глядя вдаль, я вспоминаю жизнь свою, я подвожу итоги.
На каждом гребне свет и тень колышутся — в них прошлого картины:
Вот я ликую, странствую, учусь, безмолвным видам внемлю — миг за мигом,
Давно минувшая война, бои, военный госпиталь, увечья, смерти,
И я везде, и я сквозь них иду: вот юность праздная, вот старости дыханье,
Все шесть моих десятков лет, и их итог, и сверх того, и дальше,
Вкусивший тех и этих идеалов и никуда уже не рвущийся, никчемный,
Но все же капля в Божьем замысле — быть может, волна, а может, часть волны,
Твоим подобной, многоликий океан{15}.[6]
Ключ к загадке тайного наблюдателя за волнами, изображенный на автопортрете Уильяма Хогарта «Художник и его мопс» (1745)

Ну и, в конце концов, волна привлекает своей формой. Многие художники находили гладкую, с изгибами синусоиды волну одной из самых прекрасных линий в природе, поскольку она напоминает — а ведь так оно и есть — формы возлежащей на боку женщины. Английский художник Уильям Хогарт поместил змеевидную кривую на автопортрете, написанном в 1745 году. Волнистая линия изображена выгравированной на палитре художника в нижнем левом углу картины; под ней — надпись: «Линия красоты и изящества». Когда картина обрела известность, многие стали интересоваться у художника значением таинственной линии. В качестве своеобразного ответа Хогарт написал трактат под названием «Анализ красоты». «…Змеевидная линия, — пояснял он, — изгибаясь и извиваясь одновременно в разных направлениях, доставляет удовольствие глазу, заставляя его следить за бесконечностью своего многообразия…»{16} Наблюдая за линиями, создаваемыми «…приятным движением корабля на волнах»{17}, наш глаз получает то же наслаждение, что и при созерцании «…извилистых аллей, змеящихся речек…»{18}.

Если бы во времена Хогарта существовал аттракцион «американские горки», художник обязательно упомянул бы и его. Нам ведь нравятся волнообразные изгибы рельсовой дорожки, правда? Все мы время от времени переживаем подъемы и падения, даже если в действительности они не столь часты, как на аттракционе. На нашем пути вырастают преграды-«горки», преодолевая которые, мы поднимаемся на новую ступень, к новым высотам — к гребню волны. После чего грядет неизбежное, сопровождаемое тошнотой и стиснутыми до белых костяшек кулаками, падение.

Не потому ли частенько мы слышим, что, мол, «эмоции скачут вверх-вниз — ни дать ни взять американские горки»? Однако справедливости ради стоит заметить, что в реальной жизни, погружаясь с головой в пучину эмоций, мы не болтаем ногами и не визжим как резаные.

Кстати, разве у человеческого тела и волны не много общего? К тому времени, как вы достигаете преклонных лет, в вашем состарившемся организме не остается ни единой молекулы новорожденного. Вы растете благодаря тому, что питаетесь; в конце концов заменяется каждый атом кислорода, водорода, азота, а также других элементов, составлявших ваше младенческое тельце. Можно сказать, что, поглощая воздух, воду и пишу, мы их заимствуем — точно так же, как океаническая волна заимствует воду, через которую проходит.

В этом смысле мы похожи на волны. Если бы вам удалось сделать стоп-кадр океанической волны, катящей свои воды к берегу, вы бы сказали, что застывший волшебным образом водяной холм перед вами — и есть волна. Но волны не застывают во времени. В действительности частицы воды не перемещаются вместе с волной, они смещаются лишь незначительно; волна же, вернее, форма волны, а если уж совсем строго — энергия, — катится дальше. И хотя временные рамки у волны и человека сильно разнятся, принцип один: волна проходит через водную среду точно так же, как вы проходите через вашу «среду», — все те физические элементы, из которых ваше тело и состоит.

Однако созерцание колебаний океанических волн может увести вас совсем не в ту степь — вы начнете мыслить как завзятый хиппи. И, сами того не заметив, погрузитесь в дзенские размышления на тему духовного, что, мол, все взаимосвязано, чувак, ну, типа, на глубинных уровнях.

* * *

Итак, поговорим о пятом, заключительном, этапе жизненного цикла наших волн. Вполне возможно, что достигшая солидного возраста группа волн в таком необычном составе прошла не одну сотню километров. И лишь у берега их ждет еще одно превращение. Пожалуй, самое впечатляющее, не в последнюю очередь потому, что знаменует их смерть. Этот этап хорошо знаком нам с вами, существам, обитающим на суше, — пенистые волны с шипением накатывают на берег, высвобождая энергию.

Их лебединая песнь начинается у мелководья. На глубине волнового воздействия — в половину длины волны, когда вода едва движется с волнами, — волны впервые «встречаются» с дном. Перемещение их оснований замедляется из-за трения с морским дном. Замедляясь, волны теснятся и растут, из пологих вновь становясь крутыми, с острыми, трохоидальными вершинами — совсем как в пору мятежной юности, когда яростные штормовые ветры задавали им трепку.

Превращение глубоководных волн в мелководные окончательно завершается на глубине в одну двадцатую длины волны — вода не может больше перемещаться по круговой траектории. Движение ниже поверхности волны происходит по траектории все уплощающегося овала — воды, через которую проходит волна, становится все меньше и меньше. Орбиты сжимаются все сильнее, и, наконец, вода ниже поверхности перемещается исключительно взад-вперед.

Теперь поведение волн определяется правилом: чем мельче, тем волна перемещается медленнее. Благодаря этому правилу и возникает великолепное, эффектное зрелище — волна, разбивающаяся каскадом пены.

Происходит это следующим образом. Из-за уклона поверхности дна передние гребни волнового цуга замедляют свое движение. Представим, что в беге на марафонскую дистанцию лидер забега спотыкается. Бегущие за ним тоже падают — получается куча-мала. То же самое происходит и с волнами: они теснятся, и вода устремляется в единственно доступном направлении — вверх.

На глубине, равной половине длины волны, наши стареющие волны переживают начало конца

При определенном уклоне поверхности дна у волн остается достаточно энергии — они поднимаются слишком высоко и теряют устойчивость. Получается, что ниже уровня воды подошва замедляется, в то время как гребень продолжает движение. В результате волна «запинается» — гребень летит вперед и обрушивается на себя же.

Океанографы делят прибойные волны-буруны на три типа: скользящие, ныряющие и волновые. То, каким образом волна разбивается, зависит от уклона поверхности дна. Когда дно очень пологое, гребни волн пузырятся мелкой пеной — получаются скользящие буруны. При этом белые полосы воды тянутся от губы[7] вдоль переднего края волны — кажется, что волна щеголяет в широком отложном воротнике тюдоровской эпохи.

Скользящие буруны наряжаются в отложные воротники из белопенной воды — совсем как на картине «Сеннен-Коув, Корнуолл» (1919) Джона Эверетта 

Волны, изображенные на картине «Сеннен-Коув, Корнуолл», написанной Джоном Эвереттом в 1919 году, как раз эти самые скользящие буруны и есть. Эверетт в своей жизни немало поездил — часто на торговых судах, нанимаясь в судовую команду; во время плавания он изучал и зарисовывал волны. Обидно, что при этом гений замечательного художника оказался недооцененным, так что я чувствую себя обязанным наделить его титулом «Рафаэля скользящих бурунов».

Ныряющие буруны формируются при более крутом уклоне поверхности песчаного берега или рифа — это самые прекрасные из всех трех типов волны. Губа волны устремляется вперед, заворачивается, образуя подобие трубы, и лишь затем разбивается о воду под собой. Особенно крупные ныряющие буруны называются «бочками» — серфингист мчится внутри них, скрытый от сторонних наблюдателей нависающей над его головой массой воды.

Волновые буруны образуются при очень крутом уклоне поверхности дна. Выглядят они совсем иначе — и на буруны-то не похожи. Вода лишь слабенько накатывает на крутой берег и снова отходит — как вода у дальнего бортика ванны, когда вы в нее плюхаетесь. И ни тебе отложного воротника из белой пены, ни стремительного водопада — волновые буруны катят нагишом, ничем не прикрытые.

В некоторых ученых книгах толкуют о разбивающихся бурунах, которые представляют собой нечто среднее между бурунами ныряющими и волновыми. Но стоит ли так мельчить? В действительности бурунов великое множество, при чем, четких границ между тем или иным типом нет. И как бы мы их ни разделили — на три или четыре вида, да хоть на десять, — это деление все равно будет по сути своей произвольным. Гребень бегущей волны может разбиться у берега так, а может этак: в одном случае разрушится постепенно, далеко от берега, и снова станет гладким; в другом — разрушится с грохотом и, лишившись пенного кружева, лениво лизнет береговую линию. Все зависит от причудливой топографии дна, меняющегося по мере приближения к берегу — дно то поднимается, то образует впадины; изучением рельефа морского дна занимается наука батиметрия. Стремление разбить волны на определенные типы отражает нашу извечную тягу к анализу и классификации окружающего мира в попытке охватить все его многообразие. (Этим же самым объясняется и мое упорное стремление разделить весь период жизни волны на пять совершенно четких, обособленных этапов.) Но как бы ни корчились волны в предсмертных судорогах, итог один — они теряют энергию и неизбежно умирают на берегу. Находя последнее пристанище в потоках вспененной воды, они исчезают; как подметил в своем известном стихотворении «Дуврский берег» Мэтью Арнольд:

Вздыхает море, галькою шурша:
То отступает, то опять — бросок,
Льнет к берегу <…>
И в мерном плеске чувствует душа
Безмерную печаль».{19}

На этом в биографии наших волн можно поставить точку.

А вы что же, думали, все это просто волны? Наблюдатели за волнами должны разбираться в тончайших нюансах прибоя 
* * *

Но не рановато ли для траура по безвременно ушедшим? Энергия никогда не исчезает бесследно — она из одной формы переходит в другую. Когда волны с шумом разбиваются о берег, их энергия не исчезает, а продолжает свое путешествие, только в измененной форме. Например, вот это вот «галькою шурша» означает, что часть энергии волн преобразовалась в звук.

Звук в широком смысле — те же волны.

Но не вздымающиеся и опадающие массы воды, а перепады атмосферного давления — по крайней мере, в том случае, когда звук проходит через воздушную среду. Трудно представить что-либо менее похожее на океанические волны, чем волны звуковые. Но тогда почему и те, и другие мы именуем волнами? Да, нам известно, что энергия, переносимая океаническими волнами, получает вторую жизнь в волнах звуковых. Но что еще объединяет две такие разные волны?

Итак, океанические волны разбиваются. Но на что похожа их «жизнь после смерти»? Когда море неспокойно, вы чувствуете под ногами его гул. Прилягте ненадолго на блестящие, черные камни утеса — подальше от края, куда достает прибой, но не слишком далеко, так, чтобы лицо обдавала мельчайшая взвесь соленых брызг. Вы всем телом ощутите колебания. Эти колебания называют микросейсмическими. Они — легкое подобие ударных волн, возникающих в результате землетрясения. Энергия разбивающихся бурунов продолжает свой путь сквозь землю, в форме менее ощутимой, но тем не менее это все та же форма волны.

Некоторая часть энергии океанической зыби преобразуется в тепло, передаваясь как воде, так и песку, гальке, скалистому берегу… А тепло связано с инфракрасными волнами — рассматривая чей-то снимок, сделанный инфракрасной камерой, вы видите человека на нем, благодаря испускаемому его телом теплу.

Инфракрасное излучение — форма оптического излучения; человеческий глаз его не воспринимает, однако некоторые животные улавливают. Инфракрасное излучение тоже относится к волнам. Если океанические волны, обрушиваясь на берег, слегка нагревают его поверхность, то испускаемое поверхностью инфракрасное излучение и есть та самая «вторая жизнь» волны, только более трудноуловимая. Однако свет, будь то инфракрасное излучение или излучение видимое, еще менее похож на знакомые нам морские волны.

Я всегда знал, что и то, и другое — волны, однако в мыслях все же не связывал их, помещая, что называется, в совершенно разные ячейки. Однако здесь, на морском берегу, перегородки «ячеек» растворились. После славной кончины наших океанических волн энергия возрождается, подобно фениксу, чтобы продолжить свое существование, но уже в виде волны другой формы. Пенистые буруны, обрушивающиеся на берег, знаменуют не конец биографии наших волн, а всего лишь завершение ее первой главы.

Волны в открытом море, это, конечно, здорово, но главное, как я понял, свершается на берегу. Во время наших с Флорой наблюдений за волнами с корнуоллского берега меня вдруг осенило. Я догадался, где искать объяснение тому, что такое волны, какова их, казалось бы, таинственная роль в окружающем мире. Мне предстояло осуществить подробное исследование на тему волн, разбивающихся о берег. Мне предстояло полное погружение в них, с головой. Для этого я должен был отправиться в отпуск, и место моего назначения было — Гавайи, мекка всех наблюдателей за волнами.

Простите, я сказал «в отпуск»?

Нет-нет, я оговорился — конечно же, «в научную командировку».

ПЕРВАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ КАЖДОГО ИЗ НАС

Единственной загвоздкой было время года. На Гавайях волны выглядят наиболее впечатляюще во время зимних штормов, которые, проходя через Северо-Тихоокеанское течение, швыряют на цепочку островов огромные зыби. Выяснилось, что застать это великолепное зрелище можно в декабре и январе. Тут-то и возникла заминка, ведь подходил к концу февраль.

Тогда я решил познакомиться с волнами где-нибудь поближе к дому. Как оказалось, для этого никуда отправляться не надо, достаточно посмотреть в зеркало. Если вы думаете, что волны образуются «за тридевять земель», вы заблуждаетесь — они постоянно распространяются по нашим телам. Мы, люди, как и большинство животных, целиком и полностью от них зависим.

Именно волны находятся в основе, что называется, в сердце тех процессов, благодаря которым человек существует. Причем в буквальном смысле. Кровь циркулирует по телу, подгоняемая сокращениям сердца. Чтобы сердце перегнало 10 000 литров (примерная суточная норма), пропуская по артериям, венам и органам насыщенную кислородом кровь, оно должно сократиться 100 000 раз. Каждое сокращение сердца происходит ритмично, в какой-то мере напоминая волну.

Мышечные сокращения сердца так не похожи на волны, путешествующие по водной поверхности, что у вас возникнет вопрос: с какой стати называть их волнами? Что общего между биением сердца и рябью в набранной ванне, когда вы роняете в нее кусок мыла?

И мышечные сокращения, и океанические волны — формы колебательных движений. Когда одна область начинает колебаться между разными состояниями, она неизбежно затрагивает соседнюю область — возникает движение. Скользнувший в воду кусок мыла нарушил равновесное состояние водной поверхности, вызвав в ней колебания вниз-вверх — они пошли распространяться концентрическими кругами. Если взять сердце, то распространяющиеся колебания в нем вызывают мышечные клетки, которые сокращаются и расслабляются. Эти сокращения, как круги по воде, передаются из одной области мышечной ткани сердца в другую, хотя и совершенно иным образом.

Каждый удар сердца — не что иное, как в высшей степени скоординированная мышечная волна

Биение сердца происходит благодаря низковольтному разряду электрического тока, который постоянно проходит через клетки. Каждая клетка мышечной ткани под воздействием электрического импульса сокращается. Но чтобы сердце перегоняло кровь по организму эффективно, эти сокращения должны быстро проходить через стенки сердца в нижнюю часть, причем ритмично и согласованно. Сами электрические импульсы генерирует группа пейсмейкерных клеток в верхней части сердца. Импульсы распространяются вниз по мышце — каждая клетка сокращается, передавая импульс соседним клеткам.

После импульсации клетка вступает в период понижения возбудимости, при котором немедленное повторение действия становится невозможным — клетка будто бы устала и нуждается в отдыхе. Этот период пониженной возбудимости, длящийся от одной десятой до одной пятой доли секунды, называется рефракторной фазой — ловкий трюк природы, следящей за тем, чтобы волна прошла через мышечную ткань только однажды. То есть пока пейсмейкерные клетки не сгенерируют самопроизвольно следующий импульс, порождая очередной удар сердца.

Каждодневная безупречная работа «божественного очага» — а именно так назвал сердце живший в семнадцатом веке основоположник физиологии Уильям Гарвей — равна усилию, необходимому для поднятия тяжести в 1 кг на высоту, равную двум Эверестам.{20} (Причем без помощи носильщиков-шерпов.) Для свершения такого трудового подвига крайне важно соблюдение временного режима. Чтобы все четыре камеры сердца наполнились кровью и прогнали ее дальше по кровеносной системе, они должны сокращаться и расслабляться синхронно, в согласии друг с другом. Две камеры в правой части сердца гонят кровь через легкие, насыщая их кислородом. Две камеры в левой части прогоняют насыщенную кислородом кровь через остальные органы тела. Синхронность их работы полностью зависит от электрических импульсов, распространяющихся через мышечную ткань. Причем, волна импульсов должна начинаться с ближнего конца камеры и продвигаться по мышечной ткани к клапану, через который кровь и прогоняется.

Однако сердце не всегда работает как часы — если волна, распространяясь, отклоняется от нормальной формы, организм не снабжается кровью в полном объеме. Круговой волны вроде той, что образуется от шлепка мыла о воду в ванне, как раз стоит опасаться. То же самое можно сказать о спиральной волне, которая в водной среде представляет собой малоинтересную на вид полную воду[8] — эта «приливная волна» перемещается вдоль стенок чайной чашки, когда вы ложечкой размешиваете сахар. Возникающие в сердечной мышце круговые или спиральные волны нарушают четко отлаженную работу всей системы, вызывая состояние, известное как аритмия. И хотя инфаркт чаще всего случается в результате закупорки артерий, снабжающих клетки сердца кислородом и питательными веществами, его причиной, влекущей за собой скоропостижную смерть, может стать и аритмия — при условии, что наблюдается не редкое, почти незаметное трепетание сердца, а серьезные хронические сбои в его работе. Бывает, пейсмейкерным клеткам не удается сгенерировать электрический импульс должным образом. В таком случае прибегают к помощи искусственного пейсмейкера — воздействующего на ритм сердца электрокардиостимулятора. Прибор в устойчивом ритме генерирует импульсы, посылая волну в нужное время.

Возникающие в нездоровой ткани сердца круговые и спиральные волны — следствие неравномерно проходящих через мышечную ткань электрических импульсов и последующих сокращений. Такие импульсы могут возникнуть по разным причинам. Иногда в группе нормальных мышечных клеток возникает «кризис самоопределения» — клетки начинают вести себя как пейсмейкерные, генерируя собственные, не попадающие в такт волны. Бывает, что распространение электрических импульсов блокируется или замедляется в результате повреждения ткани или из-за тромба — это напоминает свободный бег океанических волн, внезапно прерываемый встающим на их пути пирсом или причальной стенкой.

В любом случае результатом становится аритмия по типу реентри. В самых серьезных случаях она представляет угрозу для жизни — многочисленные и некоординированные волны распространяются по мышечной ткани сердца в качестве своего рода ответной реакции. Последствия такой аритмии катастрофические, поскольку нормальный ритм сокращений сердца нарушается. (В сериалах, показывающих будни клиники, это как раз тот самый эпизод, когда склонившийся над пациентом врач кричит: «Фибрилляция желудочков! Мы его теряем! Черт, куда подевался дефибриллятор?») Крайне важно в течение первых же секунд воздействовать на сердце одиночным кратковременным электрическим импульсом — устранить разрозненные, несогласованные сокращения отдельных групп мышечных волокон. Эта мера, по сути схожая с быстрой перезагрузкой компьютера, должна нормализовать работу сердца.

И все же биение сердца — лишь одна из множества мышечных волн, пронизывающих наши тела. Впрочем, завзятых серфингистов такие волны едва ли приведут в восторг. И напрасно — от них зависит наша жизнь. Чем наверняка и объясняется непроизвольность сокращения соответствующих мышц. Вот почему большинство из нас об этих волнах даже не догадывается.

К примеру, перистальтическая волна подхватывает пищу, которую вы глотаете, и направляет через пищевод в желудок. Эта же самая волна мышечных сокращений двигает пищу из желудка дальше в тонкий кишечник, где питательные вещества всасываются.

Все эти волны представляют собой внутреннюю транспортную систему тела. Где-то волновое движение совсем незаметно — например, легкое колыхание крошечных волосков, или ресничек, выстилающих трахею. Реснички, совер шая волнообразные движения, запускают самый «культурный», тонко организованный процесс, называемый мукоцилиарнои эскалацией. Звучит загадочно, но на деле все довольно прозаично: выстилающий трахею изнутри эпителий задерживает частички пыли и другой грязи, которую вы вдыхаете вместе с воздухом. Слой липкого эпителия проделывает очень важную работу — отлавливает инородные частицы до того, как они попадут в легкие. Но каким образом слизь и тот «груз», что налипает на нее, выводятся из трахеи, если только их не отхаркивать, уподобляясь неотесанному деревенщине?

Конечно же, благодаря волнообразным движениям реснитчатого эпителия. Крошечные реснички постоянно совершают скоординированные колебательные движения, похожие на движения ног поспешно удирающей многоножки. Благодаря этим согласованным микроскопическим волнам слизь и налипшие на нее частички выводятся вверх по трахее к гортани. На этом волны реснитчатого эпителия свою работу завершают. А то, как распоряжаются плодами их трудов дальше — культурно сглатывают или невоспитанно отхаркивают, — не имеет к волнам никакого отношения. Тут уж все зависит от воспитания.

Волны внутренних мышечных сокращений слишком важны для организма, чтобы оставаться подконтрольными сознанию. Представьте на секунду, что вам надо следить за согласованной работой перистальтических волн и волн мукоцилиарнои эскалации, одновременно поглядывая за «моторчиком» — как бы не пошли спиральные волны. Все равно, что проходить уровни самой сложной компьютерной игры в мире. Постоянно держа в уме все эти задачи, на званом ужине вы окажетесь крайне скучным собеседником — будете весь вечер сидеть, как в рот воды набрав, с болезненно сосредоточенной физиономией. Вряд ли вас пригласят еще раз.

Любой истинный наблюдатель за волнами должен знать три основные формы волн и уметь их различать. Волны классифицируют по направлению колебаний частиц среды — например воды, через которую распространяется океаническая волна, или воздуха, через который распространяется звук. Таким образом, волны разделяют на продольные, поперечные и крутильные.

Хотя сами волны на вид довольно интересны, названия их, к сожалению, навевают скуку. Чтобы хоть как-то исправить положение, я продемонстрирую их отличия на примере животных, в основе движения которых лежит та или иная волна.

Я имею в виду не тех животных, которые лихо катаются на волне океанической, хотя дельфины и белухи, вне всяких сомнений, самые ловкие серфингисты в мире.

И не этого пса:

Джек-Рассел терьер по кличке Бадди соревнуется в группе маленьких собак на Третьем ежегодном заплыве серфингистов-собак возле Дель-Мара, Сан-Диего, Калифорния 

Вовсе нет. Я о тех созданиях, которые извиваются, сопровождая свои движения волнами мышечных сокращений. Классический пример этого — движения змеи. Очевидно, что такой способ передвижения никаких неудобств им не доставляет — змеи отличные охотники. По счастливому стечению обстоятельств, змея особенно хорошо демонстрирует первый тип — вольту поперечную.

Поперечные волны очень похожи на движения змеиного тела — колебания совершаются перпендикулярно, то есть под прямым углом по отношению к направлению распространения волны. Волна распространяется вперед за счет среды, двигающейся вверх-вниз или из стороны в сторону. Такой способ передвижения называется «змейкой», и хотя для змеи он не единственный, но, тем не менее, основной: «змейкой» должна овладеть всякая хоть сколь-нибудь уважающая себя змеиная особь, будь то королевская кобра или песчаный уж. При таком движении все тело рептилии прижато к земле; она последовательно описывает телом волнообразные кривые, напоминающие букву S. Волна мышечных сокращений пробегает от головы к кончику хвоста — змея, отталкиваясь телом от неровностей почвы, скользит вперед. Волновые колебания представляют собой проекцию непрерывной синусоидальной кривой на земле; каждая точка змеиного тела повторяет путь предыдущей точки, поскольку волна тела проходит сверху вниз по всему телу с такой же скоростью, с какой змея скользит вперед.

Такой тип движения змея использует, когда передвигается по твердой земле, встречая на своем пути множество твердых предметов: ветки, камни и прочее, — поверх которых ей легко извиваться. Однако большинство видов змей используют несколько способов передвижения — совсем как лошади, переходящие с рыси на легкий галоп, сменяющийся шагом. Выбор змеи зависит от характера поверхности, по которой она передвигается, и требуемой скорости передвижения.

На особенно неустойчивой поверхности — например вязком песке барханов или заливаемой приливами и отливами прибрежной полосе — многие змеи двигаются поперечными волнами, но гораздо более эффективным образом, уподобляясь полноприводному внедорожнику; этот способ передвижения называется скручиванием, или боковым ходом. Так проще всего преодолевать скользкие или ровные поверхности, от которых трудно отталкиваться. Наверняка вы уже догадались, что этой техникой передвижения в совершенстве овладели пустынные змеи, особенно представительница подсемейства ямкоголовых — рогатая гремучая змея.

Все змеи мастерски владеют приемами использования поперечных волн тела, помогающими им выживать, однако истинной вершины мастерства достигли особи, научившиеся боковому ходу

Движение напоминает скручивание в трех плоскостях, совмещаемое со «змейкой». В то время как змея совершает боковые волнообразные движения, само ее тело извивается мелкими волнами вверх-вниз. Сочетая вертикальные и горизонтальные волны, змея грациозно передвигается, уподобляясь ввинчивающемуся штопору. В любой момент движения она касается поверхности только в двух-трех точках, что бывает очень кстати, когда песок сильно нагревается. Змея, перемещающаяся таким способом, двигается под непрямым углом по отношению к направлению своего движения; при этом она оставляет на песке отчетливый след — косые параллельные полосы с крючками на конце. Из всех движений змеи это — самое примечательное. Такое проявление поперечных волн в животном мире можно отнести к наиболее вычурным.

Многие виды змей умеют еще и плавать, хотя в воде им вроде бы и отталкиваться-то не от чего. Но они одновременно с боковой «змейкой» прибегают к другому виду скручивания — так плавают угреобразные. Водный способ передвижения имеет несколько важных отличий от способа наземного. К примеру, волновые колебания расширяются к хвосту змеи. Другими словами, амплитуда волн возрастает по мере того, как они проходят через змеиное тело — получается, что хвост извивается гораздо быстрее, чем голова. Поскольку змее в воде не от чего отталкиваться, волны проходят через ее тело со скоростью, заметно превышающую скорость продвижения змеи вперед.

Морские змеи, живущие в теплой воде прибрежных районов Индийского и Тихого океанов, отлично плавают. Если вам доведется наткнуться на такую змею во время купания, лучше изменить направление движения на прямо противоположное, улепетывая любым доступным вам способом, потому как морские змеи — одни из самых ядовитых. Поначалу обитая на суше, они затем приспособились к жизни в воде. У всех морских змей плоский хвост, некоторые змеи — например двухцветная пеламида — обладают туловищем, высота которого чуть больше ширины. Такие особенности строения способствуют лучшему передвижению в воде. Морские змеи — единственный вид змей, замеченный в исполнении эффектного маневра, напоминающего танцевальное движение Майкла Джексона — они поворачивают в воде вспять, совершая туловищем волнообразные движения от хвоста к голове. Но в каком бы направлении эти волновые колебания ни шли, они принимают форму поперечных волн.

Кстати, не только змеи находят такой способ плавания удобным. Угри, миноги и миксины передвигаются в воде так же — через их тела, от головы к хвосту, проходят волны, толкающие их вперед. Скаты совершают волнообразные движения крыльями: иногда это изящные, широкие взмахи, в других случаях — серии быстро пробегающей волновой ряби.

Скат волнообразно двигает крыльями вверх-вниз, а не из стороны в сторону, но, тем не менее, это все те же поперечные волны. Рыбы же в большинстве своем производят волнообразные движения из стороны в сторону при помощи мышечных сокращений хвоста, за счет чего и плывут. Водные млекопитающие — киты, дельфины, морские котики — обычно молотят хвостом вверх-вниз; русалки наверняка тоже.

Независимо от типа волновых движений — из стороны в сторону или вверх-вниз — волны остаются поперечными, поскольку перпендикулярны направлению распространения волны.

* * *

Итак, волны в теле человека распространяются без его над ними сознательного контроля. Но что можно сказать о самом сознательном контроле? Участвуют ли волны в работе не только тела, но и разума (эти две категории — тело и разум — Рене Декарт четко разделял), играют ли какую-либо роль в мыслительном процессе?

Безусловно — работа вашего мозга не обходится без участия волн. Но это не волновые сокращения мышц, а крошечные, длящиеся всего долю секунды электрохимические реакции — импульсация нейронов.

Хорошо известно, что информация от органов чувств в мозг передается проходящими по нервной системе электрическими импульсами. Однако движение это двустороннее — мозг, в свою очередь, посылает сигналы через нервную систему, контролируя деятельность мышц и желез. Нервная система состоит из групп особых клеток, называемых нейронами; каждый нейрон обладает длинным отростком — аксоном, который с одной стороны связан с телом клетки, а с другой разветвляется на дендриты. Каждое ответвление ведет к соседнему нейрону или другой клетке; место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал иной клеткой называется синапсом. Чаще всего аксоны не достигают в длину и миллиметра, однако порой могут довольно сильно вытягиваться, например, в седалищном нерве, который задействуется при вытягивании ноги. Сигналы передаются от нейрона к нейрону в виде электрохимической волны.

Представьте проходящий через нейрон импульс как волну от всплеска на воде, двигающуюся по узкому руслу ручья. И стенки аксона, и берега ручья выступают в качестве волноводов — направляют импульсы по заданному маршруту. Может показаться, что волны этих двух типов ничем друг от друга не отличаются. Однако импульсы, без которых невозможно распространение сигналов по всему телу, представляют собой не физические колебания, а изменение напряжения в результате химических реакций в нейронах.

Но эти электрические волны характеризуют действие не только нейронов нервной системы, посылающих импульсы мозгу и получающих его команды, но и нейронов самого мозга. Ваш мозг, будучи средоточием центральной нервной системы, представляет собой сложную сеть нейронов, каждый из которых является волноводом, проводящим электрохимические импульсы из одного конца в другой.

Правда, существуют и гораздо менее осязаемые мозговые волны. Это не связи между нейронами, а полосы активности, проходящие через широкие области мозга — точь-в-точь волны, бегущие по пшеничному полю в ветреный день. Полосы активности представляют собой не импульсацию нейронов, а ее предварительную фазу.

Когда нейрон деполяризуется, вероятность его импульсации увеличивается. Возникает ассоциация с перевозбужденным человеком, который вот-вот сорвется на крик. В ходе исследований возникло предположение: работа мозга млекопитающих в определенной мере зависит от проходящих через мозг волн возбуждения.{21} Волны проходят через участок мозга, приводя нейроны этого участка в состояние, близкое к импульсации. Можно сравнить это с волнами оживления, пробегающими среди публики в концертном зале перед появлением на сцене музыкальной группы: каждый готов крикнуть музыкантам слова приветствия, выбросить в воздух руку, задвигаться в танце…

Но почему волны деполяризации возникают в мозгу животных? И как испускаемые возбужденными нейронами волны выглядят?

* * *

Поразительный факт: нейробиологи могут наблюдать эти волны, которые, проходя через совсем небольшие участки мозга при вскрытом черепе подопытного животного под анестезией, вызывают изменение цвета. Волны становятся видимыми благодаря контрастному веществу. Контрастное вещество вступает в связь с нейронами и меняет оттенок в зависимости от потенциала поля — электрической величины, демонстрирующей степень готовности нейронов к импульсации. Это контрастное вещество и делает видимыми волны возбуждения, распространяющиеся по поверхности мозга. Высокая скорость волн фиксируется цифровой камерой, которая регистрирует изменение оттенка контрастного вещества на области мозга шириной около 3 мм (череп животного при этом вскрыт). Само контрастное вещество используют уже более тридцати лет, однако фотографическое оборудование только недавно достигло такого уровня чувствительности, при котором стало возможным изучение движения волн. Оказывается, волны, распространяясь через мозговую ткань, принимают уже знакомые нам формы.

«В результате наблюдений мы пришли к выводу, что по своей форме волны делятся на два основных типа», — пояснил профессор У Цзяньюн из Медицинского центра Джорджтаунского университета в Вашингтоне. Он использовал контрастное вещество для изучения мозговых волн крыс. «Первый тип — круговая волна, второй — вращающаяся, или спиральная, волна».

Погодите! Разве не эти же волны, распространяясь по мышечной ткани сердца, вызывали аритмию? Похоже, в случае с мозговой тканью они не представляют опасности, уж слишком они слабы. Более того, профессор У считает, что волны этих двух типов лежат в основе мозговой деятельности млекопитающих. Волны были замечены на поверхности многих областей неокортекса — внешнего слоя мозга животных. Неокортекс участвует в высшей деятельности головного мозга, например в обработке информации, поступающей от органов чувств, в движении тела, мышлении и, если речь идет о человеке, в использовании языка.

«Волны наблюдались в ходе реализации почти всех корковых процессов, что было выявлено посредством картирования с использованием потенциалчувствительных меток», — рассказал мне профессор У. Эти волны могут распространяться по поверхности неокортекса самых разных животных: черепах, морских свинок, саламандр, обезьян… Они проявляются у высших животных при воздействии на органы обоняния, слуха, зрения или при соприкосновении с вибриссами.

Кроме того, профессор У обнаружил, что спиральные волны проходят через мозг крысы и тогда, когда она, что называется, клюет носом. «Можно предположить, что эти спиральные волны генерируются в результате импульсации соседних нейронов и позволяют коре больших полушарий головного мозга избежать контроля таламуса». (Таламус — область головного мозга под неокортексом, отвечающая за транспортировку информации от органов чувств, за исключением обоняния, к коре головного мозга. Другими словами, профессор У предполагает, что эти мозговые волны, проходя над неокортексом, препятствуют влиянию зон, задействованных в интеллектуальной деятельности, на таламус — что позволяет крысе задремать.) Он прибавил: «Нам кажется, что благодаря этим волнам становится возможной сложная умственная деятельность, в основе которой лежит функционирование сильно разветвленной сети нейронов, каждый из которых сам по себе довольно прост. Такова наша рабочая гипотеза».

Как и многие из тех, кто изучает колебания загадочных волн нейронного возбуждения, профессор У задается вопросом: что если волны играют решающую роль в разгадке извечной тайны — как миллиарды взаимосвязанных нейронов, каждый из которых по отдельности напоминает простенький «биологический выключатель», могут порождать такие сложные процессы, как способность чувствовать, мыслить? Даже если в случае с крысой все мыслительные процессы сводятся к тому, как бы добраться до съестного в буфете вашей кухни.

* * *

Ну что, вернемся к трем типам волн?

Второй тип — продольные волны. Это тот случай, когда колебания совершаются не из стороны в сторону, а взад- вперед, параллельно направлению распространения волны. Итак, если волны поперечные свойственны змеям, то волны продольные — дождевым червям.

Потому как эти маленькие пахари, без которых ни одному саду не цвести, передвигаются в почве, сокращая и расслабляя мышцы от начала к концу тельца. В том месте, где возникает мышечное напряжение, тельце червя сжимается и уплотняется, цепляясь за почву крошечными щетинками. Уплотнившаяся часть червя волнообразно продвигается по тельцу — и червь движется вперед. Движения сегментов тела червя, прорывающего в земле ход, характеризуются волнообразными колебаниями не из стороны в сторону — «змейкой», а вперед-назад, параллельно направлению движения червя.

Что бы садоводы делали без этих крошечных продольных волн?

Продольные волнообразные сокращения мышц дождевого червя сильно отличаются от поперечных колебаний двигающейся змеи. Но некоторые змеи используют и продольные волны. Происходит это тогда, когда они подкрадываются к добыче, стремясь остаться незамеченными, либо в том случае, когда их вес слишком велик, и они не в состоянии скользить по земле, извиваясь из стороны в сторону.

Одна из таких необычных змей, использующих при передвижении волны дождевого червя, — гигантский шестиметровый иероглифовый питон. Тяжеловесный питон двигается вперед благодаря мельчайшей ряби продольных волн, проходящих по его туловищу от головы до хвоста. Этот способ передвижения характерен и для удавов обыкновенных, которые тоже не из худеньких. Способ передвижения дождевого червя еще называют прямолинейным из-за того, что использующие его крупные змеи медленно продвигаются вперед по прямой линии, сокращая и расслабляя мышцы в змеином «танце живота».

В том месте, где мышцы сокращаются, бугрясь, чешуйки змеиного брюха начинают слега топорщиться. И этими сотнями «коготков» змея цепляется за почву — совсем как дождевой червь щетинками. Волна мышечных сокращений и расслаблений проходит по всей длине брюха — змея медленно двигается вперед, отталкиваясь от почвы чешуйками, которые сцепились с землей.

Некоторые змеи, неспособные скользить, извиваясь из стороны в сторону, проявляют чудеса изобретательности — подбираясь во время охоты поближе к жертве, они всем своим видом как бы говорят: «Не обращай на меня внимания, я всего лишь сухая ветка». Для прямолинейного передвижения неважно, насколько туловище змеи массивно, имеют значение лишь сильная мускулатура и дряблая кожа. Нам, людям, в этом видится противоречие: разве могут руки при накачанных бицепсах быть дряблыми?

Кажется, будто работа брюшных мышц, сокращения и расслабления которых образуют продольную волну, требует невероятных усилий, особенно если змея весит прилично. Однако на деле прямолинейное передвижение крайне экономично — мышцы напрягаются едва заметно. Гигантский иероглифовый питон при этом расходует всего двадцать калорий в день — это калорийность одного сырого перепелиного яйца.[9] Стыд и срам — такому толстяку не мешало бы больше двигаться!

* * *

Думаю, вам интересно будет узнать, что кора больших полушарий головного мозга у вас и у крысы не слишком различается по своей структуре. И раз крошечные спиральные волны скользят по поверхности мозга засыпающего грызуна, вполне возможно, что такие же микроскопические завихрения формируются и в вашей коре, когда вы лежите в кровати. Однако вы чувствуете: сон никак не идет — в голове крутится навязчивый мотивчик, скажем, «Ты прекрасна» Джеймса Бланта. В таком случае вам всего-то и надо, что привести в действие крошечные волны деполяризации. Если удастся хотя бы немного их расшевелить, заставить покружиться над волнообразными складками серого вещества, они выведут неокортекс из-под стимулирующего контроля таламуса и тем самым избавят вас от этой дурацкой песенки.

Вы скажете: такой уровень контроля над собой невозможен. Однако современный метод нейробиологической обратной связи позволяет не только наблюдать электрическую активность мозга, но и управлять ею. Хотите — верьте, хотите — нет, но сделать это можно, сидя за компьютерной игрой и используя одну лишь силу мысли. Представьте управление событиями на экране без джойстика, кнопок и прочих штуковин — всего-навсего парой прикрепленных к голове маленьких позолоченных электродов, которые улавливают электрические сигналы мозга, двигающие человечков на экране. При наличии соответствующей аппаратуры вы контролируете процесс, учась изменять ритм импульсации нейронов.

Впрочем, едва ли стоит мечтать о таком подарке под новогодней елкой. Компьютерные игры на аппарате довольно примитивные, они придуманы не для развлечения, а для выявления или, вернее, установления обратной связи с ритмичными электрическими импульсами, обычно скрытыми в вашей голове. Как только вы увидите их, научитесь ими управлять.

Но к чему вам все это? А вот к чему: если вы, не дай бог, страдаете эпилепсией или, что тоже неприятно, синдромом дефицита внимания, если разучиваете особенно трудное произведение для выступления в консерватории, ну или, скажем, вознамерились поймать пенальти в футбольном матче на чемпионате мира.

В 1924 году немецкий ученый Ганс Бергер открыл электроэнцефалографический (ЭЭГ) метод регистрации мозговой активности, обнаружив регулярную ритмичную пульсацию мозга. Он прикрепил посеребренные электроды к голове своего пятнадцатилетнего сына Клауса и измерил электрические сигналы, испускаемые нейронами головного мозга.

Когда один нейрон передает другому электрический за ряд, между ветвлениями одного нейрона и телом другого возникает синапсическая связь. И хотя прикладываемые к голове электроды, представлявшие собой металлические диски, были слишком грубы, чтобы уловить единичный импульс нейрона, первые нейробиологи, в том числе и Бергер, обнаружили, что они все же отмечают электрические импульсы в несколько тысячных вольт, возникающие в результате общей активности тысяч нейронов, или мозговых клеток, находящихся прямо под электродами в коре больших полушарий головного мозга.

Наблюдая за ритмами мозговых волн сына, Бергер обнаружил, что нейроны, пусть даже их и тысячи, пульсируют вовсе не беспорядочно, а в определенной последовательности. Пока сидевший во время эксперимента Клаус находился в спокойном, но собранном состоянии, показатели напряжения варьировались, однако сам ритм оставался постоянным — около 10 «циклов» (от отрицательного заряда к положительному) в секунду.{22}

Но поскольку у Бергера была еще и дочь четырнадцати лет, Илзе, он задействовал в эксперименте и ее. Ученый прикрепил электроды к голове дочери и дал ей задание: разделить число 196 на 7. Пока она в уме производила вычисления, интервалы между ритмичными сигналами сократились. Уж не знаю, что у них там в итоге произошло — может, отец окончательно достал подростков своими экспериментами, — только вскоре он занялся исследованием новорожденных и детей от года до трех у самых маленьких ритм не обнаружился, из чего Бергер сделал вывод: на стадии формирования (первые два месяца жизни) мозг младенца не испускает сколько-нибудь различимых импульсов. Очевидно, исследования настолько увлекли Бергера, что он взялся измерять пульсацию головного мозга у всех и вся. Прикрепив электроды к голове издыхающего пса, Бергер выяснил: по мере того, как жизнь одряхлевшей дворняги угасала, зубчатая линия, обозначавшая пульсацию ее мозга, постепенно вытягивалась в прямую.

В 1924 году Ганс Бергер продемонстрировал ритмичность импульсации нейронов, прикрепив к голове сына электроды и записав импульсы его мозга 

Выявленный Бергером ритм — 10 циклов в секунду — оказался лишь одним из диапазонов частот, на которых работает мозг человека. Доминирующая частота этих мозговых волн зависит от места размещения электродов, а также от общего состояния испытуемого: бодрствует он или спит, открыты у него глаза или закрыты, решает ли в уме задачу или смотрит по телеку какое-нибудь реалити-шоу. Ученые разделяют эти частоты на четыре диапазона.

* * *

Дельта-волны, самые низкочастотные мозговые волны, составляют всего четыре и менее циклов в секунду. В основном дельта-волны наблюдаются во время глубокого сна, если только вы не младенец — в таком случае они преобладают и во время бодрствования. Дельта-волны регистрируются также у больных в состоянии комы. Четыресемь циклов в секунду характерны для частотного диапазона тета-волн, которые чаще всего присутствуют в момент дремы. Именно тета-волны чаще всего повинны в конфузе, который случается с дремлющим в электричке по дороге на работу пассажиром — его голова безвольно падает на грудь, а из открытого рта текут слюни. Зрелище, прямо скажем, неприглядное. Альфа-волны, для которых характерна частота в 8-12 циклов в секунду, преобладают, когда вы спокойны, расслаблены. Под частотой, превышающей 12 циклов в секунду, мы подразумеваем бета-волны. Частота от 15 до 18 циклов в секунду говорит о том, что вы сосредоточены на чем-то довольно сложном, например вникаете в смысл этого предложения.[10]

В 1970-х годах доктор Барри Стерман из Института медицины при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе продемонстрировал, что те эпилептики, которые научились менять ритм волновой активности в определенной области головного мозга, добились значительного сокращения числа приступов.{23},{24},{25} Во время эпилептического припадка мозговые волны больного меняют свое поведение. И хотя существуют разные типы эпилептических припадков, они зачастую сопровождаются высокоамплитудной ЭЭГ, захватывающей весь мозг, — импульсы всех областей синхронизируются. Это разительно отличается от нормальной деятельности головного мозга, при которой каждому отделу, выполняющему свою работу, свойственна определенная частота волны. Таким образом, эпилептический приступ здорово смахивает на приливную волну электрической активности, накрывающую весь мозг. Известно, что у взрослых синхронизированные импульсы передаются в частотном диапазоне тета-волн (4-7 циклов в секунду); Стерман, применяя метод нейробиологической обратной связи, обучал пациентов блокировать эти синхронизированные тета-волны.

Ученый прикрепил электроды над сенсомоторной областью мозга — этот участок находится ниже темени и отвечает за управление движениями. У большинства людей, когда они активно расслабляют мышцы, возникают вспышки активности мозговых волн именно в этой части головного мозга; определяются они частотой в 12-15 циклов в секунду. Такой частотный диапазон, низкие бета-волны, настолько характерен для данной области в состоянии расслабленности, что получил название сенсомоторного ритма. Стерман рассуждал следующим образом: если управление мышечной деятельностью соотносится с 12-15 циклами в секунду в этой области, а эпилептические приступы — с 4-7 циклами в секунду в любой области мозга, пациентов можно обучить технике, с помощью которой они будут генерировать больше волн одного частотного диапазона и меньше волн другого частотного диапазона. Стерман учил больных эпилепсией контролировать свои мозговые волны с помощью прибора: зеленая лампочка загоралась при возникновении сенсомоторного ритма в сенсомоторной области мозга, красная — когда частота колебаний снижалась до уровня тета-волн.

Тренируясь, пациенты старались усиливать мозговые волны, соотносимые с управлением мышечной деятельностью, хотя с трудом могли объяснить, как именно им удается менять мозговые ритмы. Стерман пояснял: чтобы загорелась зеленая лампочка, необходимо добиться состояния активного расслабления, то есть сосредоточиться на расслаблении тела. «Мы сами себе даем команду расслабиться — так бытовой прибор нажатием кнопки «пауза» приводится в режим ожидания».{26} На каждом сеансе больные тренировались — учились зажигать зеленую лампочку и выключать красную — и в самом деле научились увеличивать частоту сенсомоторного ритма и подавлять частоту тета-волн, существенно улучшив свое здоровье.

Эффективность метода нейробиологической обратной связи при лечении больных эпилепсией демонстрируется снова и снова.{27},{28},{29} В 2000 году Стерман проанализировал все исследования по методу нейробиологической обратной связи, какие только проводились в мире, и обнаружил: везде отмечались «крайне положительные результаты». Восемь из десяти больных, не находясь на медикаментозном лечении, благодаря использованию метода добились снижения частоты приступов на пятьдесят процентов. У пяти процентов больных приступы не возникали потом в течение целого года.{30} В настоящее время нейробиологическая обратная связь считается убедительным, хорошо зарекомендовавшим себя методом, альтернативным медикаментозному лечению.{31}

Данный метод применяется и при лечении неврологических заболеваний, таких как синдром дефицита внимания и гиперактивности у детей.{32} Вот только как от детей с подобным синдромом добиться сосредоточенности? Легко сказать, да трудно сделать. Поэтому были разработаны такие программы нейробиологической обратной связи, в которых дети получают обратную связь от своего головного мозга не через загорающиеся лампочки, а через компьютерные игры. Когда ребенку удается повысить частоту мозговых волн до нужной величины, он переходит на следующий уровень игры; возвращаясь к частоте, вызывающей проблемы со здоровьем, он остается на прежнем уровне.

«У большинства детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности низкочастотные тета-волны, возникающие в передней части головного мозга, превалируют над высокочастотными бета-волнами», — пояснила мне Мелисса Фокс, работающая в Лондоне и практикующая метод нейро-биологической обратной связи. Но разве тета-волны не возникают в момент дремы? Разве это не тот самый тип волн, которого так не хватает гиперактивным детям?

«Представьте, что вы ведете машину, — сказала Мелисса. — Наступила глубокая ночь, вы отчаянно боретесь со сном: опускаете боковое стекло, чтобы проветриться, включаете радио погромче, распеваете во весь голос… Чего вы только ни делаете, чтобы прогнать сонливость». Так и гиперактивный ребенок — он борется с погружающими в дрему тета-волнами. Вот почему больным, страдающим синдромом дефицита внимания и гиперактивности, часто прописывают именно стимулирующие препараты, например риталин, который действует на них парадоксальным образом — успокаивает. «Такие дети, сопротивляясь состоянию спокойствия, чего только ни вытворяют, — заметила Мелисса. — Их поведение в классе доставляет много неудобств».

Только что, на примере многочисленных клинических исследований, мы убедились в пользе применения метода нейробиологической обратной связи при лечении синдрома дефицита внимания и гиперактивности. Однако существуют и другие заболевания, вылечиваемые с помощью данного метода, например расстройства аутистического спектра, травмы головы, наркотическая зависимость, депрессивные состояния. Но тут свидетельства, подтверждающие эффективность метода, не так многочисленны, скорее единичны, а этого для науки недостаточно.

Впрочем, метод нейробиологической обратной связи применяется не только для лечения мозговых нарушений. Несколько игроков победившей в мировом чемпионате 2006 года итальянской футбольной команды прошли тренинг по данному методу. Целью тренинга было поддержание нервной системы в тонусе во время послематчевых пенальти. Правда, тут нам не с чем сравнивать, так что едва ли можно утверждать, что положительный эффект дало использование именно метода нейробиологической обратной связи.

В случае же со студентами Королевского колледжа музыки в Лондоне, которые прошли аналогичный тренинг, преследовалась совсем иная цель — снять нервное напряжение перед выступлением.{33} Музыкантов учили сокращать высокочастотные альфа-волны и увеличивать низкочастотные тета-волны. Предполагалось, что благодаря увеличению тета-волн, тех самых, из-за которых мы клюем носом в электричке, музыканты во время выступления сохранят спокойствие.

Каждый музыкант исполнял одно и то же произведение перед началом тренинга, длившегося десять сеансов, и после; выступления были записаны на видео. Записи дали про смотреть независимой экзаменационной комиссии. Судьи не знали, какая из записей относилась ко времени до тренинга, а какая — ко времени после тренинга; кроме того, на пленке были записаны и выступления тех музыкантов, кто прошел альтернативные курсы расслабления, которые заключались в выполнении физических упражнений, тренировке психической устойчивости, применении метода Александера[11] или все того же метода нейробиологической обратной связи, но с акцентом на другие частоты мозговой волны — чтобы исключить вероятность эффекта плацебо при таком экзотическом методе лечения.

Когда экзаменаторы проставили оценки выступлениям, результаты всех удивили. Экзаменаторы даже не догадывались, кто из студентов какой тренинг проходил, они не имели понятия, какая запись была сделана «до», а какая — «после». Однако по их оценкам, те студенты, которые прошли тренинг по методу нейробиологической обратной связи с акцентом на увеличение ответственных за расслабление тета-волн, добились успехов, возможных лишь после двух лет обучения и практических занятий. Что же до остальных студентов, то судьи не заметили сколько-нибудь заметного прогресса в исполнительских навыках. Наверняка эти студенты сочли себя обделенными, за исключением разве что тех, кто в процессе тренировок улучшил хотя бы свою физическую форму.

* * *

Впрочем, мозговые волны — вещь все-таки скорее умозрительная, поэтому не вернуться ли нам к чему-нибудь более осязаемому? Скажем, к механическим волнам третьего и последнего типа — крутильным.

В то время как поперечные волны представляют собой движения из стороны в сторону, а продольные — вперед-назад, крутильные волны распространяются благодаря движению скручивания. Такие движения практически незаметны — вряд ли вы их вообще увидите. Крутильные волны распространяются вдоль всего, что сопротивляется скручиванию, распрямляясь и принимая первоначальное положение. Скажем, вы зацементировали один конец длинного металлического прута в стену — он торчит из нее под прямым углом, — после чего приварили к другому концу руль и хорошенько его закрутили, прежде чем отпустить. Крутильные волны распространятся вверх и вниз по всей длине прута между зафиксированным концом и рулем — произойдет кручение из стороны в сторону. Что, хотите сказать, вам такая странная идея и в голову не придет?

Рабочие, занятые в буровой промышленности, пожалуй, единственные, кто думает об этих волнах день-деньской. Когда буровая установка вгрызается в породу, крутильные волны устремляются вверх и вниз по буру и бурильной колонне. Уж вы, пожалуйста, помните об этом, если вам случится конструировать буровое оборудование. Ну а в остальное время даже не забивайте себе голову — волны этого типа встречаются гораздо реже, чем волны двух предыдущих типов.

И это представляет в некотором роде проблему.

Если я собираюсь завершить трилогию о типах волн, иллюстрируя их движениями того или иного животного, мне надо разыскать зверюгу, которая прибегает к крутильным волнам. Но в том-то и неприятность, что мне, хоть убей, ничего в голову не приходит.

Единственные создания, которые хоть как-то удовлетворяют требованиям, не считаются животными в строгом смысле этого слова. Это микроорганизмы — определенные типы бактерий, которые передвигаются с помощью похожего на хвост жгутика — вроде того, который есть у человеческих сперматозоидов. Например, бактерии Е. colt[12] и Salmonella[13]. Бактерии некоторых штаммов не только сами ловко двигаются с помощью виляющего «хвоста», но и, попадая вместе с плохо вымытой пищей внутрь, заставляют вас в быстром темпе двигать в туалет, а то и еще дальше — в кабинет врача. Но бактерии эти не водят жгутиком из стороны в сторону, как сперматозоиды, которые продвигаются благодаря направленным прямо поперечным волнам. «Хвосты» бактерий вращаются вокруг крошечных наномоторчиков — так вращались бы обрывки каната, привязанные к лопастям гребного винта на шлюпке. При вращении жгутики молотят во всех направлениях, за счет чего бактерии и продвигаются вперед.

Бактерии в качестве примера — это, конечно, хорошо. Но вот незадача — у нас нет прямых доказательств тому, что крутильные волны в самом деле перемещаются по всей длине жгутика бактерии. Равномерное, с постоянной скоростью вращение означает лишь то, что «хвост» одновременно бьет вверх-вниз и из стороны в сторону. Получается поперечная волна в трех измерениях, маскирующаяся под волну крутильную.

Вот досада! Раз уж не удается найти живых существ, способ передвижения которых демонстрировал бы крутильные волны, может, нас устроит пример, когда эти самые волны не позволяют живому существу с места сдвинуться?

Правда, должен предупредить: история эта довольно грустная. И для живого существа, о котором пойдет речь, трехлапого кокер-спаниеля по кличке Табби, ничем хорошим не заканчивается.

* * *

Табби столкнулся с крутильными волнами в 1940 году — во время путешествия на машине, пересекавшей мост возле Такомы, портового города в заливе Пьюджет-Саунд, что в 51 км к югу от Сиэтла, штат Вашингтон. За рулем сидел Леонард Коутсворт, местный журналист; Табби, любимец его дочери, да и всей семьи, находился на заднем сидении.

Мост Такома-Нэрроуз начал раскачиваться еще до завершения строительства. Причем настолько сильно, что рабочие назвали его «Галопирующей Герти»; в то время многие из трудившихся непосредственно на мосту успели пристраститься к лимонным долькам, которые жевали, чтобы не укачивало. Однако до поры до времени мост испытывал лишь небольшие колебания — в ветреную погоду его полотно шло волнами по всей длине.

Организация, ответственная за строительство, пригласила профессора Ф.Б. Фаркуарсона с инженерного факультета Вашингтонского государственного университета: поперечные волны надо было каким-то образом погасить. Тогда никто и не думал, что они могут представлять серьезную опасность — несмотря на колебания, мост эксплуатировали в обычном режиме.

Профессор Фаркуарсон возвращается после неудачной попытки спасти Табби, оставшегося на мосту Такома-Нэрроуз. Видите едва заметные движения крутильных волн?

Однако 7 ноября ровный ветер, дувший со скоростью 18,8 м в секунду, вызвал опасное скручивание центрального подвесного пролета длиной в восемьсот метров. Скручивание оказалось настолько сильным, что Леонард Коутсворт, к тому времени доехавший до середины моста, не справился с управлением и резко затормозил. Бетонное покрытие вокруг машины пошло трещинами; выпрыгнувшего из автомобиля Коутсворта отбросило на дорогу. Добраться до задней дверцы машины, чтобы спасти беднягу Табби, Коутсворт не смог. Сам он с полкилометра полз на коленях — из-за колебаний моста его то и дело бросало на бетон, — пока не оказался на устойчивом пролете; его ладони и колени кровоточили.

В тот день ветер стал причиной очередных, еще более сильных колебаний. Как только профессор Фаркуарсон услышал о вовсю «галопирующем» мосте, он схватил кинокамеру и выехал на место, чтобы увидеть все своими глазами. Приехав, он тут же заметил, что вибрации, проходящие вдоль центрального пролета, имеют характер именно крутильных волн, а не уже известных поперечных, во время которых полотно поднимается и опускается. Проезжая часть центрального пролета сначала поднималась с одной стороны, потом с другой: крутильные волны проходили по всей его длине туда и обратно. Ветер не давал конструкциям моста погасить крутильные колебания: когда пролет под воздействием ровного ветра начинал слегка раскачиваться, они постепенно нарастали.

Профессор установил кинокамеру возле мостовой опоры, где колебания были минимальными, и снимал машину Коутсворта на центральном пролете — она раскачивалась, резко кренясь.[14] Коутсворт рассказал профессору о несчастном псе на заднем сидении. Профессор наверняка был из собачников — он решил, что животное нужно немедленно спасти.

И вот, с трубкой в руке, Фаркуарсон отошел от мостовой опоры, бодро вышагивая по центру полотна. Он старался идти по двойной сплошной — она как раз служила осью, вокруг которой мост скручивался, и была относительно устойчива. Однако края полотна каждые две секунды поднимались и опадали уже метра на три.

Машина находилась ближе к левому краю моста, и Фаркуарсону пришлось сойти с центральной разметки — он шел, пошатываясь, напоминая подвыпившего каскадера. Открыв заднюю дверцу, профессор попробовал выманить Табби из машины. Однако из-за крутильных колебаний пса швыряло из стороны в сторону; он был так напуган, что инстинктивно цапнул протянутую к нему руку. Профессору самому нелегко было удерживать равновесие — ведь мост ходил ходуном, поэтому пришлось оставить Табби. Так укус стоил псу жизни.

Профессор успел добраться до твердой поверхности раньше, чем центральный пролет моста обрушился. Крутильные колебания в конце концов расшатали фермы моста — они рухнули в воду, увлекая за собой машину и оставшегося в ней несчастного Табби.

На следующий день в газетах напечатали интервью с очевидцем происшествия Леонардом Коутсвортом: «Вокруг меня все с треском ломалось, с рухнувшим мостом рушились чьи-то надежды — я становился свидетелем настоящей трагедии… Но ужаснее всего была мысль о том, какую весть я принесу дочери совсем скоро. А ведь я мог спасти ее любимца».{34}

* * *

Мы делим механические волны на поперечные, продольные и крутильные, то есть змеиные волны, волны дождевых червей и волны Табби, но, по правде говоря, в природе многие волны представляют собой комбинацию из двух или трех типов. Возьмем, к примеру, волны океанические: те круговые траектории, по которым перемещается вода во время прохождения волны, сочетают в себе движения вверх-вниз и вперед-назад. Со стороны выглядит так, будто вода всего лишь поднимается и опускается, но на самом деле совершаются поперечные (вверх-вниз) и продольные (вперед-назад) движения, приводящие к движению по орбите. Их можно почувствовать, отплыв подальше от берега. Когда волна проходит, вас не только поднимает и опускает, вас увлекает к гребню в момент приближения волны, но и тут же оттаскивает назад в то время, как она удаляется. По мере приближения к берегу круговые орбиты, по которым движется вода на глубине, все более и более уплощаются — из-за ограничения колебаний поперечных волн.

Вот они, едва заметные поперечные и продольные волны, используемые этой склизкой похитительницей урожая при движении; они видны, когда она ползет по оконному стеклу

После довольно несуразного примера с крутильными волнами вы можете подумать, что шансы найти животное, использующее при передвижении и поперечные, и продольные волны одновременно, равны нулю. Однако такое совершенное животное существует: это гастропод, более привычное название которого — слизень, улитка.

Итак, мы снова ступили на уже знакомую нам дорожку, пусть она при этом и склизкая.

Улитка, этот бич огорода, подбираясь под покровом ночи к великолепному кочану капусты, хитроумно сочетает при движении волны поперечные и продольные. Чтобы понять, как это происходит, понаблюдайте за блестящей от слизи подошвой ее ноги. Впрочем, волнообразные сокращения мышц ничтожно малы — так просто вы их не заметите. Если толь ко не посадите улитку на оконное стекло. Встав с противоположной стороны, вы увидите едва заметную мышечную рябь, пробегающую по всей длине ноги — небольшие участки подошвы будут становиться то светлее, то темнее. Темные полосы образуются там, где улитка чуть отрывает ногу от склизкой тропы, светлые — где она ее прижимает. Удивительно то, что у обычной садовой улитки или слизня мышечная волна идет от хвоста к голове. Улитка слегка приподнимает хвост, сжимает и ставит его кончик чуть ближе к ноге — образуется крошечный изгиб подошвы. Постепенно он перемещается вперед, пока не достигает головы — голова приподнимается и опускается чуть дальше вперед.

На самом деле, по подошве одновременно проходят несколько таких волн: хвост приподнимается и, опускаясь, прижимается чуть ближе к ноге сразу же после предыдущей волны. Некоторые гастроподы передвигаются с помощью волн, начинающихся от головы и идущих к хвосту, некоторые образуют отдельные волны по обе стороны подошвы, которые не попадают в такт друг другу — одна половина подошвы приподнимается, другая в это время прижимается к поверхности. Независимо от направления, в котором волны перемещаются, мышцы каждой половины подошвы сокращаются и расслабляются по траектории, напоминающей овал. Волны проходят вдоль всей подошвы в каждой точке ее поверхности, перемещаясь как вперед-назад, так и вверх-вниз. Полагаю, мы с уверенностью можем сказать: овалы — единственный признак, роднящий улиток и океанические волны.

* * *

«Для природы существует только одно — настоящее, настоящее и еще раз настоящее, — писал в своей повести «Лови момент» Сол Беллоу. — Оно подобно большой, огромной, гигантской волне, колоссальной, яркой, дивной, несущей жизнь и смерть, вздымающейся до небес, встающей со дна морского».[15]

Волны, распространяющиеся внутри нас — своеобразная транспортная система, от которой зависит жизнедеятельность тела; мне ужасно любопытно, что с ними происходит после нашей смерти. «Разбиваются» ли они, подобно волнам океаническим при столкновении с берегом?

Рефлекторные мышечные волны, благодаря которым пища, кровь и другие необходимые вещества распространяются по нашему телу, а также электрохимические волны, благодаря которым информация передается по нашей нервной системе, отличаются от волн океанических одним существенным моментом — они не являются самоподдерживающимися волнами. Волны на поверхности воды, приведенные в движение ветром, проходят определенное расстояние благодаря силе тяжести и силе поверхностного натяжения воды, дополнительное воздействие ветра им не нужно. Волны в наших телах распространяются благодаря тому, что их постоянно подпитывают энергией. На каждое биение сердца затрачивается определенная часть энергии. На каждую импульсацию нейрона затрачивается определенное количество калорий. Волны, проходящие по мышечным и нервным тканям, не продолжат свой бег после того, как дыхание жизни иссякнет. Когда мы умираем, они попросту останавливаются. Реакции, благодаря которым они распространялись, прекращаются.

И все же меня не покидает ощущение, будто наши тела заряжаются энергией подобно тому, как вода заряжается энергией волн. Когда волны разбиваются о берег, их энергия передается окружающему пространству — исчезнуть она никак не может, только переходит в другое состояние. Так и с нами — энергия, поддерживающая наше существование, при затухании «химических двигателей» переходит в окружающее пространство.

Кто знает, где разбиваются волны, денно и нощно проходящие через наши тела? Никто не может начертать карту тех иноземных берегов, на которые они в конце концов обрушиваются в свой последний час. Как написал Томас Гуд, английский поэт девятнадцатого века, теперь уже позабытый:

Всю ночь стерегли мы дыханье у ней…
Недвижно лежала она;
В груди колебалась слабей и слабей
Последняя жизни волна.
......
Туманное утро настало для нас,
Сырая чуть дрогнула тень;
А очи усопшего друга, смежась,
Сияющий видели день.{35}

ВТОРАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ НАПОЛНЯЕТ НАШ МИР МУЗЫКОЙ

Как сказал поэт Оливер Уэнделл Холмс-старший:

Что фраза, правда или ложь, —
Всего лишь волн воздушных дрожь»{36}.[16]

Произнесенное слово, и вообще любой звук, является слышимой акустической волной. Я подчеркиваю: «слышимой», потому что большинство акустических волн, как это ни парадоксально, не слышны.

Вообще «акустической» можно назвать абсолютно любую волну, которая через что-то проходит, — неважно, твердое это «что-то», жидкое или газообразное — благодаря тому, что это самое «что-то» сжимается и расширяется. Акустические волны отличаются от волн на поверхности воды довольно сильно. Когда приближается гребень акустической волны, вещество, через которое волна проходит, сжимается — возникает область повышенного давления, или плотности. Когда приближается подошва акустической волны, вещество, через которое волна проходит, наоборот, расширяется — возникает область пониженного давления или разрежения, то есть вещество становится не таким плотным, как до этого. Другими словами, среда не поднимается и опускается, как это происходит во время распространения волн через морскую воду, а лишь смещается взад-вперед. Поэтому акустические волны принадлежат к типу продольных волн. Физические движения среды напоминают волнообразные мышечные движения дождевого червя, который вытягивается и сжимается, медленно продвигаясь в почве.

Так в чем же разница между акустическими волнами, которые мы слышим, и акустическими волнами, которые мы не слышим? Дело в том, что слышим мы эти волны только тогда, когда наших ушей достигает целый ряд акустических волн. Иными словами, волна должна быть периодической. Единичное колебание атмосферного давления — одинокий гребень продольной волны — как звук не воспринимается.[17] Но есть еще одно необходимое условие, которое должно быть соблюдено, чтобы акустическую волну было слышно — волна должна колебаться с определенной частотой. Проходящая через воздух в наших ушах волна давления должна заставить барабанные перепонки колебаться с частотой от 20 до 20 000 колебаний в секунду — только тогда звук можно услышать. Колебания медленные, низкочастотные воспринимаются нами как низкие звуки; колебания быстрые, высокочастотные — как высокие. За пределами этого диапазона можете говорить хоть до посинения, только вас никто не услышит.

Нам доступна лишь малая часть всех акустических волн — большую часть последовательностей из сжатий и разрежений наше ухо не воспринимает. Близки к человеческому слуховому порогу низкие инфразвуковые частоты, на которых общаются слоны, находясь далеко друг от друга, а также высокие ультразвуковые частоты, которые используют летучие мыши и дельфины при ориентировании с помощью эхолокации. Эти акустические волны, хотя и вызывают колебания наших барабанных перепонок, ничего для нас не значат.

Например, вы машете рукой кому-то на прощание; хотя ваша рука при этом ни единого звука не издает, акустические волны она порождает. Движения руки вызывают сжатие и разрежение воздуха. Эти локальные перепады атмосферного давления распространяются вовне как акустические волны. Звуковыми мы их не называем — ведь взмахи нам не слышны. Сей факт сыграл роковую роль в судьбе одного бедняги из стихотворения поэтессы Стиви Смит: тонущий посреди прибойных волн безуспешно пытается привлечь к себе внимание загорающих на пляже:

Умершего уже не слышал никто,
а он жив еще был.
Я был гораздо дальше, чем казалось тогда,
и тонул, а не плыл{37}.[18]

Вы можете подумать: взмахи рукой не слышны, потому что не так уж сильно меняют атмосферное давление, чтобы барабанные перепонки колебания уловили. Но наши барабанные перепонки — штука довольно чувствительная. И если в наружный слуховой канал попадают вызванные перепадами атмосферного давления колебания с определенной частотой, мы слышим их как звук. Даже если перепады эти — вверх-вниз — составляют не больше 0,01%. На самом деле причина «немоты» руки, которой вы машете — вовсе не в объемах сжимающегося и разрежающегося воздуха, а в скорости распространения перепадов давления. Их не слышно только лишь потому, что вы недостаточно быстро машете.

Взять, к примеру, широкие взмахи руки из стороны в сторону и едва заметные взмахи пчелиных крылышек. Жужжание пчелы, подлетающей к вашей компании на пикнике, вы слышите отчетливо — пчела машет крылышками с частотой около 180 раз в секунду. То есть с частотой 180 герц; эта величина названа по имени жившего в девятнадцатом веке немецкого физика Генриха Герца, который впервые доказал существование радиоволн. Итак, пчела возвращается в улей, чтобы поведать о точном местонахождении моего пирога с заварным кремом — ползая среди своих товарок, она принимается вилять брюшком. Ее движения при этом еще менее заметны, чем взмахи крылышек, к тому же частота их повышается до 500 герц.{38} Однако возникающие в результате этих невероятно малых колебаний давления акустические волны слышны довольно четко — они находятся в пределах того самого частотного диапазона (от 20 до 20 000 герц), что доступен нашему слуху. Взмахи крылышек и виляния брюшком вызывают колебания атмосферного давления постоянной частоты — мы даже слышим их, как музыкальные ноты. Чем выше периодичность последовательностей из гребней высокого давления, достигающих нашего уха, тем отчетливей мы различаем в них музыку. Пасечник с абсолютным слухом слышит в более громком жужжании виляющей брюшком пчелы ноту «си». На фортепиано это нота «си» первой октавы.

«Фа-диез» малой октавы

Пожалуй, хорошо, что наши барабанные перепонки обладают такой чувствительностью: ведь суммарная мощность от звуковых волн, порождаемых играющим в полную силу оркестром, равна мощности, потребляемой одной-единственной лампочкой накаливания в 100 Вт{39}. Кстати, стоит помнить, что путь от оркестровой ямы до нашего кресла в зале проделывает не сам воздух — воздух, в общем и целом, остается там, где и был. До нас же доходит энергия в виде локальных колебаний воздуха. Получается, мы слышим вовсе не истинный «ветер» Моцарта.

Устройство нашего слухового аппарата тоже довольно замысловато, ведь звуковые волны от каждого музыкального инструмента проплывают через весь концертный зал и достигают нас, уже слившись в одно целое. Иначе невозможно, потому как все волны распространяются через одну и ту же воздушную среду, которая в каждый момент времени в каждой точке пространства способна сжаться или расшириться единожды. Поэтому волны объединяются в одну цепь колебаний, сложную последовательность из сжатий и разрежений, которая воздействует на наши барабанные перепонки — перепонки начинают колебаться в соответствии с ними. Наш мозг способен распутать эту хаотическую последовательность колебании — мы расшифровываем микроскопические движения тонюсенькой, всего около 6 мм в поперечнике и около 0,05 мм толщиной, пленки кожи настолько точно, что слышим даже кашель второй скрипки в середине второй части произведения. Разве это не истинное чудо?

* * *

Итак, мы не видим звук как волну. Однако его «волнообразность» от этого меньше не становится. Наоборот, звуковые колебания ведут себя в точности как классические волны. В частности, ловко демонстрируют три способа изменения волнового направления: отражение, рефракцию и дифракцию.

Последние два, рефракция и дифракция, уж больно смахивают на абракадабру, придуманную сухарями-физиками — вполне возможно, так оно и есть. Но не стоит впадать в тоску раньше времени. Благодаря проявлениям свойств этих вездесущих волн мы постигаем мир. Разобравшись в их свойствах, вы овладеете всеми тонкостями наблюдения за волнами.

Мои домашние уже успели проникнуться к отражению, рефракции и дифракции известной долей уважения; отныне они называют эти явления не иначе как «Законы волны».

* * *

Начнем с отражения. Первый закон волны прост:

Волны при встрече с препятствием отскакивают.

Ну да, на открытие века не тянет. Однако выяснилось следующее: отскакивают волны в манере, гораздо более замысловатой, нежели мяч на площадке для игры в сквош, — вам такое и не снилось.

Кстати, именно тот факт, что звук отскакивает от стен, порождая эхо, впервые побудил мыслителей древности задуматься: а ведь звук вполне может иметь нечто общее с волнами на воде. Например, в конце I в. до н.э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион (более известный как просто Витрувий), размышляя о необходимости учитывать при проектировании театров отражение звука, предположил, что «голос же есть текучая струя воздуха», и она «соприкасаясь со слухом, ощущается им. Голос двигается по бесконечно расширяющимся окружностям, подобно тем бесчисленным кругам волн, какие возникают на спокойной воде, если бросить в нее камень…»{40}

Поскольку рябь отражается от стенок ванны, повторяя при этом свой путь в обратном направлении, вполне логично предположить, что и звук отражается от стен театра, поскольку также является волной. Конечно, описание Витрувием звука как «текучей струи воздуха» было неверным в той же степени, в какой было неверно и представление о том, что во время исполнения произведения Моцарта до нас доносится истинное звучание музыки композитора. Когда на вас сердито прикрикнут через всю комнату, до вас доносится заряд гнева, но никак не порыв ветра. Звуковые волны именно что проходят через воздух, они не вызывают его смещения как такового. Тем не менее, сравнение Витрувием звуковых волн с морскими возникло не на пустом месте. Поскольку звуки остаются для нас невидимыми, мы судим об их волновой сущности не по внешнему виду, а исходя из их поведения.

Опубликованный в 1673 году рисунок Атанасиуса Кирхера, демонстрирующий зависимость времени запаздывания эха от расстояния отражающей стены

Живший в XVII в. в Германии иезуитский монах и ученый-энциклопедист Атанасиус Кирхер интересовался таким природным феноменом, как эхо. Кирхер владел десятками языков, включая китайский и коптский, его многотомное наследие включает трактаты по геологии, оптике, астрономии и акустике. Он по праву мог бы считаться святым покровителем профсоюзных деятелей — это он изобрел мегафон.

В своем труде Phonurgia Nova, опубликованном в 1673 году, Кирхер описал эксперимент, в котором человек, стоя напротив ряда примыкающих к стене перегородок, произносит слово. Кирхер снабдил описание рисунком: выступающие из стены под прямым углом перегородки отстоят от человека на разном расстоянии. По мере того как звук отражался от каждой последующей перегородки, эхо возвращалось все с большим и большим запаздыванием. Выкрикивая итальянское слово clamore, означающее «крик», Кирхер обнаружил, что с каждым возвращающимся эхом оно все более укорачивается: -amore, -ore, -re. Дело в том, что каждое последующее эхо, запаздывая чуть сильнее предшествующего, возвращается в укороченном виде и накладывается на слово, в то время как его произносят до конца. По чистой случайности каждая часть слова clamore имеет в итальянском и самостоятельное значение: «любовь», «время», «король».

О значении такой словесной игры можно только догадываться, но я уверен, что загадывание слов, эхо которых обладает самостоятельным значением, снискало бы популярность в качестве салонной игры. Правда, при условии, что салон представляет собой пещеру необъятных размеров.

В пещере любая произнесенная вами фраза будет отскакивать от стен, возвращаясь обратно; однако лишь при достаточной величине помещения вы заметите отголоски эха. В небольшой пещере звук будет накладываться на произносимое вами слово полностью, и никакого эха вы не услышите. Почти одновременное отражение звука в замкнутом пространстве известно как реверберация, оно является частью описываемой нами акустики пространства. Основываясь на характере обусловленного отражениями звука, мы и строим догадки об окружающем нас пространстве.

* * *

Похоже, моя дочь научилась говорить с помощью эха. В полтора года она норовила повторять все, что слышала. Если, забираясь в игрушечный домик дочки, я приветствовал ее с преувеличенной напыщенностью: «Вы, должно быть, Флора? Премного о вас наслышан. Рад, что мы, наконец, познакомимся», она радостно трясла протянутую мной руку и отвечала: «…познакомимся».

Какое-то время дочка здорово напоминала мне Эхо, нимфу из древнегреческой мифологии, которая, как писал Овидий, «на слова не могла не ответить, но не умела начать»{41} А все из-за Геры, вечно недовольной супруги Зевса — именно Гера «наградила» Эхо этим довольно неприятным речевым дефектом. Впрочем, Геру можно понять — поведение Эхо, покрывавшей других нимф, тайно вступавших в связь с Зевсом, ее вконец разозлило. Поскольку Эхо обыкновенно занимала Геру долгими разговорами, во время которых нимфы успевали скрыться, Гера в наказание отняла у Эхо способность говорить — нимфа могла лишь повторять последние обращенные к ней слова. Должно быть, как-то утром нимфы проснулись и обнаружили, что их подруга превратилась в ту, что вечно докучает, пытаясь закончить… предложения… за других.

И вот, будучи не в состоянии завести беседу с невероятно красивым юношей Нарциссом, к которому испытывала неодолимое влечение, Эхо могла лишь следовать за ним, прячась в тени. Страстное чувство жгло ее изнутри; она лишь надеялась, что однажды, когда они останутся наедине, юноша скажет что-нибудь, что она сможет повторить.

В конце концов, ей представилась такая возможность — отставший от друзей Нарцисс позвал: «Здесь кто-нибудь есть?»

Эхо с готовностью подхватила: «…есть»; она его как будто поддразнивала. И ее уловка неожиданно возымела действие — Нарцисс захотел узнать, кому принадлежит этот загадочный голос.

«Послушай, может, познакомимся?» — выкрикнул он. «…познакомимся», — ответила она, радуясь такому удачному обороту. Но затем совершила ошибку, распространенную в делах любовных — слишком рано открылась.

Выбежав из укромного места среди деревьев, Эхо бросилась к Нарциссу, обвив руками его шею. По словам Овидия, ничего хорошего из этого не вышло:

Он убегает, кричит: «От объятий удерживай руки!
Лучше на месте умру, чем тебе па утеху достанусь!»
Та же в ответ лишь одно: «Тебе на утеху достанусь!{42}

Несчастная Эхо! Такая нелепая ошибка обычно свойственна прыщавым юнцам, впервые попавшим на вечеринку. Нимфа до того страдала, что начала таять на глазах, пока от нее не остался один лишь голос. Могу представить, каково ей было. Вот сейчас пишу, а у самого слезы на глаза наворачиваются.

* * *

Помнится, я обещал разъяснить, почему процесс отражения волн — штука довольно сложная, и что отскакивающий мячик в качестве аналогии не подойдет. А вот почему: отражаясь, волны разделяются, поскольку они представляют собой перемещающуюся энергию, нет ничего удивительного в том, что они расщепляются: часть энергии направляется в одну сторону, часть — в другую. Волны легко разделяются на волны поменьше; это происходит всякий раз, как они отскакивают, ой, простите, отражаются от какой-либо поверхности.

Когда проходящая через одну среду волна достигает ее границы и попадает в среду с существенно иными свойствами, часть ее энергии отражается. Другая часть пересекает границу, то есть продолжает путь в другой среде. Иначе происходит с мячом, который ударяется о штангу. Мяч, конечно же, сообщает часть энергии штанге, отлетая от нее рикошетом, но предположение, что часть мяча при этом отскакивает обратно на поле, а другая продолжает путь через штангу, нелепо. Однако если бы такая ситуация имела смысл, не хотел бы я судить на том матче. Впрочем, процесс частичного отражения-поглощения вы часто видите. Вернее, слышите, поскольку он связан со звуковыми волнами.

Скажем, вы нежитесь в ванне, а ваша благоверная докучает вам подробностями своего рабочего дня. Вы уже устали ее слушать и с радостью ушли бы под воду с головой, хотя бы на несколько секунд. Если вы так и сделаете, заметите: в то время как большая часть ее утомительного пересказа отражается от воды, некоторая часть ваших ушей все же достигает. Пусть неприятные шипящие звуки до вас уже не доходят, вы все равно слышите монотонное бормотание на низкой частоте — оно проникает через воду, давя на ваши барабанные перепонки. Так что и вода не спасает — вы все равно слышите приглушенные жалобы на начальника отдела маркетинга, который всем на нервы действует.

Такому распространенному свойству звуковых волн, как частичное отражение, нашлось важное применение в военном деле. Работающая в активном режиме гидроакустическая система одной подводной лодки, используемая для обнаружения точных координат другой подводной лодки, испускает звуковой импульс и анализирует отражающееся эхо. Направление эха и длительность запаздывания, пока волны идут туда и обратно, указывает на местонахождение вражеской подлодки. Однако трудность в том, что не вся энергия звуковых волн отражается от корпуса неприятеля. Некоторая ее часть, достигая границы между водой и стальным корпусом, проходит дальше — через металл. Неприятель, имея соответствующее оборудование, может звуковой импульс засечь. Вот почему военные подлодки переключают свои гидроакустические системы в режим активной работы лишь при острой надобности.

Но такое явление, как отражение волн, задействуется и в мирных целях. Например, благодаря свойству частичного отражения и передачи волны проникают глубоко в человеческое тело, на чем и основывается процедура ультразвукового обследования.

На самом-то деле микрофоны у них совсем другие

Хотя границы между мягкими тканями человеческого организма не так четко выражены, как границы между костью и мышечной тканью, они, тем не менее, отражают часть ультразвуковых волн, посылаемых аппаратом, — в итоге врач получает ультразвуковую картину определенной области организма. Ультразвуковой сканер, своего рода высокочастотный гидроакустический мини-комплекс, посылает звуковые импульсы, в сотни раз превышающие доступный нашему уху частотный диапазон. Каждой ткани тела свойственна своя плотность, и на границе двух тканей часть волны отражается в виде эха.

Промежуток времени между отражениями эха от одной и другой границы обозначает расстояние до границы, а интенсивность звуковой волны обозначает ее четкость — например, граница это между мышечной тканью и костью или между двумя мягкими тканями. Способность волны проходить через любую преграду позволяет специалисту «проникнуть» глубоко внутрь организма. Отражение от одной границы дает возможность составить представление о состоянии организма на поверхностном уровне, в то время как проходящие дальше волны позволяют судить о процессах на более глубоких уровнях.

Датчик, испускающий звуковой сигнал и воспринимающий эхо, имеет резиновое покрытие, которое по плотности приближается к человеческой коже. Когда предварительно обработанный гелем датчик прикладывают к определенному месту, лишь незначительное количество энергии успевает отразиться до того, как сигнал проникает в тело. Волны идут из датчика через гель и далее под кожу; изменение плотности среды на этом этапе минимально.

Сказав, что «волны при встрече с препятствием отскакивают», вы тем самым дадите понять, что Первый закон волны всех аспектов различия между отражающейся волной и отскакивающим мячом не охватывает. И окажетесь правы. Наблюдатели за волнами сродни мыслителям; размышления о том, каким образом волны «отскакивают», раскрывают перед ними основополагающую истину: волны — это энергия, проходящая через предметы. Отдельно, сами по себе, волны не существуют.

* * *

Рефракция, Второй закон волны, заключается в следующем:

Волны, переходя из одной среды в другую, меняют направление движения.

Знаю-знаю — факт еще более очевидный, чем тот, что волны отскакивают от препятствий.

Тем не менее, это одна из фундаментальных характеристик волн. И вообще, рефракция — фокус, который есть в арсенале у каждой мало-мальски уважающей себя волны.

Чтобы волна изменила направление именно так, а не иначе, необходимы два условия: во-первых, волна должна подойти к границе двух сред не «в лоб», а под определенным углом; во-вторых, скорость распространения волны через одну среду должна отличаться от скорости ее распространения через другую. Если волна входит под непрямым углом в среду, где ее скорость меньше, ее поведение слегка меняется. Если же волна входит в среду, где ее скорость больше, она опять же ведет себя иначе.

Звук изменяет направление движения все время, хотя в общем и целом мы этого не замечаем. Скорость звука довольно сильно зависит от среды распространения. Возможно, вам это покажется удивительным, особенно в свете всеобщих разговоров о «скорости звука», величине как будто постоянной, например, около 1191 км/ч, которую впервые развил в 1947 году американский летчик-испытатель Чарльз Йигер на самолете Х-1. Однако скорость звука, конечно же, не есть величина постоянная.

Например, в воздухе скорость звуковой волны в значительной степени зависит от температуры. При температуре 0° С волна распространяется со скоростью 1 191 км/ч. Однако при комнатной температуре + 23,5° С голос диктора из новостной передачи достигает ваших ушей, распространяясь со скоростью около 1 239 км/ч. Происходит так потому, что независимо от объема воздуха скорость, с которой перепады давления идут из одной области в другую, зависит от скорости движения молекул. А чем выше температура газообразной среды, тем выше скорость движения молекул в ней.

В жидкостях звук перемещается еще быстрее, нежели в газообразных средах. На первый взгляд, такое утверждение противоречит здравому смыслу, ведь вода должна оказывать большее сопротивление, нежели воздух. Однако сопротивление возникает только в том случае, когда через водную среду продвигается отдельный предмет, искажая ее по мере продвижения. В случае же со звуковыми волнами все происходит иначе. Когда звук распространяется через среду, его продвижение обусловлено собственными колебаниями этой самой среды. Одни молекулы сталкиваются с другими, другие — с третьими и так далее. Поскольку плотность расположения молекул в жидкости выше плотности расположения молекул в газе, колебания — а это и есть звуковые волны — перемещаются быстрее в жидкости.

Например, в морской воде с температурой + 25° С звуковые волны перемещаются со скоростью 5 520 км/ч, то есть почти в четыре раза быстрее, чем в воздушной среде. При повышении температуры волны понесутся еще стремительнее. Вот почему периодически проводимые эксперименты с точными замерами времени, за которое звук прошел под водой от источника на одном краю океана до микрофона на другом, позволяют ученым составить представление об изменениях температуры океана из десятилетия в десятилетие. На скорость звука, проходящего через любую жидкую среду, влияет также плотность этой среды и сила ее сопротивления сжатию.

Большинство твердых тел, у которых связи между молекулами довольно прочные, подвержены сжатию еще меньше, чем жидкости. Благодаря этим прочным связям разница в давлении передается из одной части твердого тела в другую еще быстрее, чем в жидкости. Чем прочнее структура вещества, тем звуковые волны распространяются быстрее: до 11 667 км/ч в золоте и до немыслимых 43 199 км/ч в алмазе.

Но какое отношение все эти запредельные скорости имеют к тому, каким образом звуковые волны «меняют направление движения, переходя из одной среды в другую»? А такое — волны меняют направление при смене скорости. Если волна достигает границы разных сред под непрямым углом, конец звукового луча, достигающий границы первым, меняет скорость на входе в новую среду раньше остальной части луча. В новой среде он либо ускоряется, либо замедляется, но в любом случае направление распространения волны становится другим.

Бредущие по пустыне пришельцы демонстрируют нам явление рефракции в действии

Чтобы убедиться в этом на наглядном примере, вообразим ситуацию: посреди пустыни терпит крушение космический корабль. Из корабля выбирается группа пришельцев и отправляется на поиски ближайшего «Макдоналдса». После удара корабля о землю пришельцы, ясное дело, немного не в себе, более того — они плохо видят, потому что привыкли у себя на родной планете к другой длине световой волны. И вот пришельцы берутся за руки, вернее, присоски (или что там у них вместо рук), и, растянувшись цепочкой, ковыляют по прямой, стараясь не слишком привлекать внимание.

Увязающим в песке пришельцам идти по твердой поверхности гораздо сподручнее, и когда они, наконец, выбираются к дороге, первый же ступающий на нее зеленый человечек с непривычки чуть ускоряется. Поскольку они подходят к асфальту под непрямым углом, то оказываются на нем кто раньше, кто позже. Те человечки, которые оказываются на асфальте первыми, начинают идти быстрее, в то время как остальные все еще еле переставляют ноги-присоски, увязая в песке. Так как группа держится друг за друга руками-присосками, вся их цепь слегка скругляется — выходя на асфальт в полном составе, они передвигаются уже в несколько ином направлении. Конечно, сами пришельцы этого не замечают — они в это время с жаром спорят, выясняя, кто же не нажал вовремя на тормоз. Когда они сходят с асфальта снова на песок, происходит обратное — тот, кто оказывается на песке первым, замедляет шаг, утягивая своих товарищей уже в обратную сторону. Как только все пришельцы оказываются на песке, они продолжают двигаться в изначальном, рассчитанном по компасу направлении.

Таков принцип рефракции. В случае со звуковыми волнами приближающаяся область более высокого давления, или фронт волны, ведет себя на манер пререкающихся зеленых человечков. Достигая границы со средой, при прохождении через которую ее скорость замедляется, она меняет направление — совсем как те пришельцы. При условии приближения волны к границе под непрямым углом, а не «в лоб», один ее конец замедляется раньше, чем остальная часть волны пересечет границу, и начинает скруглять фронт волны до определенной точки в противоположном направлении. Как только гребень границу пересекает, волна начинает двигаться в несколько ином направлении. Направление движения вновь меняется — в обратную сторону, — когда звуковая волна входит в среду, где ее движение ускоряется. Само собой, звуковые волны не являются предметами, которые перемещаются в воздухе или по земле вроде тех ковыляющих инопланетян, — они представляют собой последовательности из сжатий и разрежений, вызванных колебаниями среды. Ну и серебристых скафандров на них, понятное дело, тоже нет.

* * *

Вы заметили, что в тумане звук распространяется дальше? К примеру, вы отчетливо слышите отдаленный смех. Или колокольный звон, который обычно до вас не доносится. Мне всегда нравилось прогуливаться в тумане — когда при этом слышишь звуки, кажется, что они долетают из потустороннего мира. На самом деле причина не в самом тумане — висящие в воздухе крошечные капельки воды слишком малы, чтобы влиять на звук. Влияет на него температура воздуха возле поверхности земли, которая и приводит к образованию тумана; именно благодаря ей перезвон церковных колоколов разносится далеко по округе.

Температура воздуха в процессе подъема меняется, что сказывается на отражении звуковых волн — через теплый воздух они распространяются быстрее, нежели через холодный. Обычно с набором высоты температура понижается, из-за чего звуковые волны отражаются вверх, уходя от земли по кривой траектории. Поскольку звуковая волна колокольного звона искривляется вверх, она в конце концов поднимается так высоко, что звона больше не слышно. Туман образуется при обратной температурной норме — когда воздух у поверхности земли прохладнее, чем на высоте. Данный феномен называется температурной инверсией; в тумане звуковые волны искривляются вниз, по направлению к земле, а не по направлению к атмосфере.

Инверсия нормальных температур происходит в том случае, когда воздух у поверхности земли в безоблачную зимнюю ночь охлаждается, а земля при этом быстро отдает накопленное за день тепло. Или же когда поток воздуха проходит над особенно холодным озером или океаническим течением. Но какова бы ни была причина тумана, температурная разница вынуждает звук распространяться через прохладный воздух у поверхности земли с меньшей скоростью, нежели через более теплый воздух верхних слоев атмосферы. Именно благодаря этой местной температурной инверсии звуковые волны устремляются не от земли, а к земле. Звук «обнимает» землю, в результате чего колокола слышны гораздо дальше, чем при обычной погоде.

Вот почему в туманный день вы слышите колокольный звон, который в обычную погоду до вас не доносится 

Вы можете подумать, что на самом деле Второй закон волны никакого отношения к распространяющимся через воздух звуковым волнам не имеет — волны ведь не пересекают границу, «переходя из одной среды в другую». Однако для изменения направления волнам необходимо всего-навсего изменить скорость. А для этого достаточно плавной смены характеристик среды, в которой они находятся, например, изменения температуры воздуха. Скорость волн при таком условии меняется, и нет необходимости ни в резкой границе между средами, ни в наличии принципиально иной среды.

Моряки, оказываясь в тумане слишком близко от берега, давно уже научились оборачивать звуковую рефракцию себе на пользу. До изобретения радара, не говоря уж о GPS-навигации, нахождение судна в прибрежных водах зачастую оканчивалось трагически.

Однако мореходы, вооруженные знанием о том, что в условиях температурной инверсии звуковые волны проходят над морской поверхностью большее расстояние, изобрели грубое подобие эхолокатора — они кричали в туман, прислушиваясь к отражавшемуся от прибрежных скал эху. Улавливая направление, откуда шло отражение звука, и высчитывая секунды, затраченные отраженным звуком на путь, моряки худо-бедно представляли себе местонахождение береговой линии — чем период запаздывания короче, тем большая земля ближе. А поскольку прохладный воздух у самой воды направлял отраженный звук вниз, до моряков доносилось эхо, возвращавшееся с большего, нежели обычно, расстояния.

* * *

Мне радостно сознавать, что попытка использовать принцип рефракции для улавливания происходящего на другом конце мира помогла объяснить загадочный Розуэллский инцидент 1947 года; благодаря этому событию тихий городок посреди пустыни в штате Нью-Мексико обрел статус мировой столицы НЛО. Только не подумайте, будто я питаю нездоровое пристрастие к инопланетянам и пустыне.

Разобравшись в сути процесса рефракции, мы похороним одну из самых живучих теорий заговоров: почему обломки НЛО были найдены возле Розуэлла, а факт их обнаружения тщательно скрыт запаниковавшим военным чином. Началась же вся эта история с одного ученого.

Во время Второй мировой войны доктор Морис Юинг, геофизик из Океанографического института Вудс-Хоул, штат Массачусетс, сделал открытие, связанное с проходящими через океанические толщи звуковыми волнами. Юинг специализировался на изучении строения морского дна с помощью звуковых волн, и потому ВМС США поручили ему исследовать поведение звука под водой — от этого в немалой степени зависел исход так называемой войны субмарин. В 1943 году ученый доказал существование подводного звукового канала на глубине около километра (в зависимости от географической широты). Канал улавливает звуковые волны; распространяясь внутри канала, они проходят гораздо большие расстояния. В основе же такого поведения волн лежит принцип рефракции.

В типичной океанической акватории средних широт скорость звуковых волн, распространяющихся через поверхностные слои воды, равна примерно 5 500 км/ч (широта имеет значение, поскольку температура воды на экваторе и на Южном или Северном полюсе сильно разнится). По мере погружения температура понижается, а значит, и скорость замедляется: до 5 310 км/ч на глубине около 1,2 км. На еще большей глубине температура перестает падать, однако давление воды по-прежнему растет. Благодаря растущему давлению звук снова набирает скорость. На глубине около 5 км скорость звука возвращается к цифре 5 500 км/ч. В подводном звуковом канале на глубине чуть менее километра звук идет с самой низкой скоростью (в теплой воде тропиков подводный звуковой канал находится глубже; чем ближе к полюсам, тем глубина залегания канала меньше). Благодаря эффекту рефракции глубина подводного звукового канала также является областью задержки большей части энергии, переносимой звуковой волной — волна не может распространяться ни вверх, ни вниз, а только по горизонтальной плоскости.

Представьте себе кита-горбача, издающего звуки на глубине подводного звукового канала. В обычной ситуации звуковые волны распространялись бы от кита непрерывно расширяющимися окружностями. Однако попадая в подводный звуковой канал, части волны, идущие в направлении поверхности, ускоряются и поворачивают к земле, а части, направлявшиеся вглубь, ускоряются и устремляются вверх. Благодаря «потолку» более высоких температур и «полу» все возрастающего давления, волны распространяются не в виде окружностей, а в виде непрерывно расширяющихся цилиндров. Песня кита-горбача в ограниченном водном пространстве будет слышна и другим находящимся в канале китам, распространяясь на сотни километров. Еще в 1970-х годах морские биологи предположили: киты-горбачи и другие китообразные, например высоколобый бутылконос, используют подводный звуковой канал для общения друг с другом. Но к единому мнению относительно истинности этой гипотезы до сих пор не пришли.

Неизвестно, когда о подводном звуковом канале стало известно китам, однако среди людей первым человеком, обнаружившим его существование, стал Юинг. Канал назвали каналом звуколокации; ВМС США щедро финансировали исследования Юинга, надеясь потом использовать канал в военных целях. Юинг предложил создать сеть подводных микрофонов, или гидрофонов, которые предполагалось задействовать при поиске потерпевших крушение над океаном пилотов. Терпящий бедствие летчик опускает в воду полый металлический шар, называемый шаром канала звуколокации. Шар погружается в воду и на глубине около километра под давлением воды взрывается, порождая внутри подводного звукового канала звуковую волну. Сигнал засекают на расстоянии сотен тысяч километров и методом триангуляции, сравнивая данные разных гидрофонов, определяют местоположение летчика.

Так как в мирное время все внимание военных было сосредоточено на Советском Союзе, Юингу, в то время работавшему уже в Колумбийском университете, поручили разработать механизм обнаружения проводимых русскими ядерных испытаний. Юинг уже догадался, что тот же самый принцип применим не только в океане, но и в атмосфере — в воздухе должен быть такой же звуковой канал, поскольку с высотой атмосферная температура меняется. Что, если через воздушный звуковой канал, называемый атмосферным волноводом, можно улавливать взрывы, происходящие на другом конце земного шара?

В среднем воздух тропосферы с увеличением высоты охлаждается. Тропосфера — нижний слой атмосферы: примерно 11 км над полюсами и 18 км над экватором. Граница между тропосферой и стратосферой отмечается повышенной концентрацией озона и других газов, которые поглощают солнечное тепло гораздо охотнее, чем газы в тропосфере. Итак, по мере того, как вы переходите границу тропосферы, воздух перестает охлаждаться, но еще не начинает вновь нагреваться в нижней части стратосферы. Другими словами, образуется своего рода «бутерброд»: область холодного воздуха в верхней части тропосферы, зажатая более теплым воздухом снизу и сверху. Поскольку скорость звука зависит от температуры воздушной среды, эта область холодного воздуха в атмосфере ведет себя аналогично подводному звуковому каналу. Внутри «бутерброда» с более холодным воздухом звуковые волны задерживаются, поскольку те части волны, которые шли вверх или вниз, ускоряясь в более теплом воздухе, устремляются к середине канала. Как и в случае с подводным звуковым каналом, на высоте, где распространение звука замедляется, волны энергию теряют.

Юинг был убежден, что через этот атмосферный волновод звуковые волны от ядерных взрывов русских распространятся вокруг земного шара; ученый смог убедить в этом начальника штаба ВВС США. Юинг считал: чтобы отслеживать ядерные взрывы, надо будет всего лишь слушать звуковые волны на соответствующем диапазоне высот.

Однако на деле все оказалось не так уж и просто — атмосферный волновод находится на высоте почти 14 км. Юинг предложил создать систему подвешенных к стратостатам микрофонов; данные с этих микрофонов должны были передаваться в виде радиосигналов либо на землю, либо на самолеты со специальным оборудованием. Этот совершенно секретный план был разработан Юингом совместно с коллегами из других университетов; проект получил название «Могул»[19].

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы проводились в режиме строгой секретности, в закрытых лабораториях, а пробные запуски осуществлялись с удаленных баз, одной из которых была военная база возле Аламогордо, штат Нью-Мексико, посреди пустыни; недалеко от базы располагался первый американский полигон, на котором в 1945 году проводились ядерные испытания. Все работы были настолько засекречены, что имевшему отношение к проекту военному персоналу были известны лишь кодовые обозначения. Проект вели исследователи из Нью-йоркского университета, которых доставляли на место самолетом; персонал же выполнял лишь свои прямые обязанности и зачастую не имел ни малейшего представления о том, как они соотносятся с проектом в целом. Не владел информацией о проекте «Могул» и персонал Розуэллской военной базы, располагавшейся примерно в 160 км к северо-западу.

Однако кое-что удержать в секрете не получилось — громадные стратостаты. Зачастую их объединяли в гигантские — до двухсот метров — цепи, количество стратостатов в которых доходило до тридцати; на них крепились микрофоны, средства радиосвязи и шестиугольные радиолокационные отражатели из металлической фольги в качестве опознавательных знаков. Запускать их приходилось в светлое время суток, что также не способствовало секретности. Хуже того, стратостаты передвигались по воздуху без всякого контроля, подчиняясь лишь воле ветра.

Пробные запуски стратостатов начали в конце ноября 1946 года. Они продолжались еще некоторое время в 1947 году, пока проект «Могул» не свернули — вскоре обнаружилось, что отголоски ядерных взрывов, произведенных на другом конце земного шара, можно улавливать гораздо менее затратным способом, к тому же, не привлекая внимания — с помощью сейсмографов. Стараясь предотвратить малейшую утечку информации, военные скрупулезно отслеживали упавшие на землю стратостаты и собирали разбившуюся аппаратуру — всю, до последнего винтика. В поисках им невольно помогали сообщения местных радиостанций о случаях обнаружения НЛО — мелькавшие в небе серебристые шестиугольные диски не остались незамеченными населением. Однако иногда обнаружить место крушения стратостата не удавалось. Так произошло и во время запуска 4 июня 1947 года.

«Мы прибыли для поисков звуковых волн».
Вверху: двадцатиметровый стратостат из полиэтиленового материала, такого же типа, как и стратостаты, использованные в проекте «Могул» во время запусков над Нью-Мексико с целью испытания предназначенной для подслушивания русских аппаратуры
Справа: зачастую стратостаты не только имели сплюснутую форму, с земли напоминая летающие диски, но и с них свисали радиолокационные отражатели из металлической фольги

Спустя десять дней в нескольких километрах к северо-западу от Розуэлла, штат Нью-Мексико, фермер Бразел с восьмилетним сыном Верноном «наткнулись на рассыпанные по большой площади сверкающие обрывки оловянной фольги, куски резиновых полос, довольно плотной бумаги, прутьев».{43} Поначалу они не придали находке большого значения, оставив мусор нетронутым. Однако спустя несколько недель Бразел, узнав из средств массовой информации о загадочных «летающих дисках», которые якобы видели в небе, решил связаться с шерифом из ближайшего населенного пункта, Розуэлла, и рассказать о найденных обломках. Шериф тут же позвонил на военную базу, откуда прислали офицера-разведчика — офицер, взяв с собой Бразела в качестве проводника, отправился собирать неопознанные обломки. Сам он, как и его сослуживцы на базе, о сверхсекретной программе, в соответствии с которой стратостаты запускали с аэродрома возле Аламогордо, ничего не знал.

В пресс-релизе для местных газет Управление общественной информации заявило, что «вчера многочисленные слухи о летающих тарелках стали реальностью», поскольку с военной базы прислали офицера-разведчика, чтобы найденные обломки забрать. На следующее утро, 8 июля, «Розуэлл дейли рекорд» вышла с передовицей: «Розуэллская армейская авиация взяла в плен летающую тарелку на ранчо возле Розуэлла».

Обломки отправили на военный аэродром возле Форт-Уорта, штат Техас — для изучения. Неизвестно, был ли тот бригадный генерал посвящен в детали проекта «Могул», но он решил остудить совершенно неуместный пыл общественности, заявив, что все это полная чушь: найденные Бразелом обломки — не что иное, как разбившийся метеорологический зонд. Журналистам из газеты «Аламогордо дейли ньюс» позволили даже сделать фотографии места крушения или хотя бы тех обломков, которые подтверждали заявление генерала.

Статья в номере «Розуэлл дейли рекорд» за 8 июля 1947 года: мечта каждого издателя

Как только выяснилось, что никакой сенсацией и не пахнет, средства массовой информации интерес к делу потеряли. Однако расхождения в свидетельствах очевидцев, а также слухи среди военных о приказе высших чинов расследование засекретить лишь подлили масла в огонь. Появились многочисленные рассказы о других НЛО, обрели популярность всевозможные теории заговоров: мол, распоряжение о необходимости факт крушения инопланетного корабля замолчать было отдано на самом высоком уровне.

Результаты всестороннего, исчерпывающего расследования, предпринятого в 1995 году ВМС США, не оставили и тени сомнений: найденные обломки — всего лишь аппаратура, предназначенная для испытании в высшей степени секретного устройства, с помощью которого предполагалось улавливать в атмосферном волноводе отзвуки взорванных Советами ядерных бомб.{44} Однако отчет убедил лишь некоторых уфологов — большинство сочло, что другого ответа от ВМС и не следовало ожидать.

С тех пор Розуэллский инцидент сделался неотъемлемой частью баек о «летающих тарелках», оброс россказнями о якобы найденных телах пришельцев, увезенных для вскрытия на сверхсекретную военную базу «Зона 51» в пустыне Невада. Каждый год в первую неделю июля в городе Розуэлл проходит Фестиваль НЛО, на котором встречаются уфологи. Розуэллский инцидент оставил свой след и в поп-культуре. Сюжет снятого в Голливуде фантастического фильма «День независимости» основывается на следующем: военному удалось восстановить разбившийся возле Розуэлла инопланетный корабль, и этот корабль служит Земле защитой от вторжений из космоса. Хотя… Если бы сценаристы придерживались фактов, мы бы увидели в фильме громадный космический корабль-носитель инопланетян и Уилла Смита, вооруженного против них стратостатом, микрофоном и радиолокационным отражателем из металлической фольги.

* * *

Однако рефракция свойственна не только звуковым волнам, распространяющимся через воздух с разными температурами. Свойственна она и волнам световым. Вы можете наблюдать этот эффект в жаркий солнечный день, смотря сверху вниз на длинную полосу дороги. На границе между раскаленным воздухом над асфальтом и более прохладным воздухом выше свет меняет траекторию движения — кажется, что изображение дороги искажается. Это явление называется маревом — горячий воздух поднимается, а свет отклоняется то в одном, то в другом направлении.

Рефракцию света можно наблюдать и в стакане воды, куда опущена ложка — изображение ложки преломляется. Резкая смена направления движения световых волн как раз и дает такое искажение, при котором ложка выглядит поломанной — две ее части не совмещаются друг с другом.

Рефракцией же объясняется и всегда занимавшее меня свойство океанических волн: когда волны, выстроившись в линию, подходят к берегу, линия их бега всегда перпендикулярна кромке воды. Раз волны рождаются в открытом, бурном море, логично предположить, что иногда они должны накатывать не прямо на берег, а идти вдоль него, от одного края к другому.

Однако этого не происходит, и все благодаря рефракции. На мелководье волны бег замедляют, и любая волна, направляющаяся к суше под углом ко все поднимающемуся дну, в конце пути, у самого берега, скорость теряет. В это время она разворачивается и накатывает на берег — что называется, в лоб.

Интересно, если бы волны накатывали не только перпендикулярно, вы бы это заметили? Возможно, не сразу, но уж точно почувствовали бы — что-то здесь не так. Большинство из нас — неважно, наблюдаем мы за волнами или нет — феномен рефракции во внимание не принимает, мы считаем его чем-то само собой разумеющимся. Что нам с того, что волны при движении с разной скоростью в разных средах меняют свое направление? Тот факт, что именно рефракцией объясняется движение волн к берегу перпендикулярно кромке воды, кажется нам чем-то незначительным; едва ли мы вообще замечаем, что они именно так и движутся. Но в этом и смысл наблюдения за волнами — в обыденном вдруг открывается удивительное.

Конечно, наблюдатель за волнами может ни о чем таком и не задумываться, а просто наслаждаться прибоем. В конце концов, на мой взгляд, это одна из лучших форм медитации. Однако пытливый наблюдатель стремится выявить связи, установить параллели, найти сходства между самыми разными типами волн — некоторые волны видны невооруженным глазом, например, волны на пляже, другие невидимы, например, волны звуковые. Возможно, для многих из нас волновая природа мира слишком уж эфемерна, чтобы в полной мере ее осознавать, однако она — в основе всего: стоит вам только присмотреться, как вы начнете замечать волны повсюду.

* * *

Итак, мы добрались до Третьего (и последнего) закона волны.


Волны огибают небольшие препятствия таким образом, как если бы тех не существовало; зарождаясь в небольшом по площади источнике, волны распространяются во всех направлениях.

То, каким образом препятствие влияет на волну, зависит в основном от размеров препятствия относительно длины волны. Намного меньшее препятствие оказывает на волну ничтожное влияние. Получается, дифракция звуков разных типов, встречающих на своем пути самые разные препятствия, происходит по-разному. Например, деревья, заборы и припаркованные машины гораздо крупнее высокочастотных волн длиной в два сантиметра, но намного меньше низкочастотных волн длиной в десятки сантиметров. Когда вы стоите у светофора в ожидании зеленого света, шум проносящихся туда-сюда машин слышится вам какофонией звуков разных частот: от высокочастотного шороха колес по гравию до низкочастотного гудения грузовика. Однако когда между вами и проезжей частью возникают препятствия в виде, скажем, стен, вы слышите только низкочастотные звуки тарахтящих моторов — высокочастотные до вас не доходят.

Обо всем этом стоит помнить, выбирая место для своей стереосистемы. Низкочастотные динамики, «басы», можно поставить где угодно, хоть под столом — длинные звуковые волны легко обогнут препятствия из плотной среды, а также углы. Высокочастотные динамики, «пищалки», наоборот, стоит ориентировать так, чтобы между динамиками и вами не было никаких препятствий — только в таком случае звуки с короткой волной будут хорошо слышны.

Именно явление дифракции позволяет вам определить источник звука — повинуясь законам дифракции, волны огибают и такой плотный предмет, как ваша голова.

Чтобы определить источник звука, можно воспользоваться одним из двух методов, в зависимости от длины огибающих волн. Высокочастотные волны с относительно небольшой длиной — меньше ширины вашей головы — не смогут с легкостью обогнуть голову и достичь направленного в другую сторону уха. Определяя направление этих писклявых звуков, ваш мозг сравнивает интенсивность звука, достигающего каждого уха, и судит о направлении по тому, насколько звук в одном ухе громче звука в другом ухе. А вот низкочастотные звуки с большой длиной волны запросто достигают обоих ушей, поскольку размеры вашей головы для них относительно малы — волны огибают ее, не создавая акустическую тень. В случае с низкими звуками мозг сравнивает малейшую разницу, но уже во времени, которое звук затрачивает, чтобы достичь каждого уха. Распространяясь от источника, волны достигают другого уха чуть позже, поскольку им приходится вашу голову огибать. И «чуть позже» здесь не просто пустой, ничего не значащий речевой оборот, так характерный для англичан — запаздывание в самом деле составляет какие-то несчастные 0,6 миллисекунды.

Благодаря поразительной точности, с которой наш мозг распознает разницу во времени прохождения и интенсивности звуков, мы, люди, превосходно улавливаем направление источника звуков. Однако справедливо это в том случае, когда звуки распространяются в горизонтальной плоскости.[20] Воспринимая идущие прямо на нас звуки, мы способны определить их источники, отстоящие друг от друга на расстоянии менее двух градусов. И хотя тихие звуки и запредельные частоты мы слышим гораздо хуже многих животных, в определении источника звуков мы опережаем многих млекопитающих, в том числе кошек, собак, летучих мышей.{45},{46} Каких-то десять лет назад считалось, что в способности определять источник звука человек превосходит всех животных, за исключением разве что таких странных существ, как совы. Однако нашу уверенность в себе пошатнула крошечная назойливая муха-паразит Omnia ochracea, живущая в южной области США и на севере Мексики. В 2001 году исследователи из Корнеллского университета обнаружили, что это маленькое желтое насекомое способно распознать источник звука с такой же точностью, как и человек{47}.

Для сверчков острый слух этой мухи имеет фатальные последствия. В ночное время самка мухи, пользуясь своим превосходным слухом, улавливает брачный призыв самца сверчка. Под покровом темноты она опускается где-нибудь неподалеку, а потом совершает резкий бросок. Прежде, чем несчастный сверчок сообразит, что к чему, муха успевает отложить прямо на него или в непосредственной близости сотни своих личинок. Одна или несколько личинок — крошечные черные червячки меньше миллиметра длиной — зарываются в тело сверчка. Неделю личинка питается и растет, после чего выбирается из тела временного хозяина в новый для нее мир. Вам может показаться, что сверчок такому избавлению

Любой ныряющий со снаряжением дайвер подтвердит — наши способности определять направление звуков под водой весьма посредственны. В воде звук распространяется раза в четыре быстрее, чем в воздухе, и разница во времени достижения звуком каждого уха гораздо менее различима. только рад. Но насладиться свободой он не успевает — тут же разваливается на части, погибая.

Впрочем, хотя муха Ormia и распознает источник звука с большой точностью, переплюнуть в этом деле нас, людей, ей не под силу. Или все же под силу? Расстояние между нашими ушами — около 15 см, в то время как у мухи — всего 0,5 мм. Способность самки мухи Ormia находить сверчка по звуку поражает гораздо больше, чем острота нашего слуха, ведь муха такая маленькая! Расстояние между ее барабанными перепонками ничтожно мало, и разница во времени достижения волнами одного и другого уха — порядка 0,00000005 секунды; на этом фоне наши 0,0006 выглядят бледновато. До чего же чуткая мушка!

* * *

Мы отлично определяем направление звуков в горизонтальной плоскости, а вот когда источник находится выше или ниже, все уже не так хорошо. Поскольку уши у нас на голове расположены симметрично, по обе стороны, при повороте головы в горизонтальной плоскости расстояние от источника звука до каждого нашего уха окажется одинаковым — неважно, ниже источник или выше. То есть звуковые волны будут достигать обоих ушей за одно то же время. Впрочем, это и не страшно, потому как чаще всего мы имеем дело с двумя пространственными измерениями.

Иное дело — совы-сипухи. Для них умение определить направление источника звука, распространяющегося в вертикальной плоскости, жизненно важно. И хотя совиное зрение в два раза чувствительнее к свету, чем у человека, оно не особенно-то помогает птицам, когда те ищут в темноте маленького грызуна, пробегающего среди травы и листьев, а то и под снегом. Поэтому вместо того, чтобы приглядываться, сова прислушивается. Чтобы ей, сидящей на ветке, понять, откуда именно доносится шорох лапок этой самой мышки, она должна с легкостью распознавать направление звука, идущего и в вертикальной, и в горизонтальной плоскостях. Вот почему, как вы, может быть, замечали, уши у сипух расположены на голове асимметрично: слуховое отверстие левого уха примерно на сантиметр выше слухового отверстия правого.

Сипухам, как и многим другим совам с такой же анатомической особенностью, повезло — их прикрытые перьями асимметричные уши практически невидимы. А вот кому не повезло, так это крысам, мышам и землеройкам — они становятся легкой добычей пернатых хищников, точно определяющих источник шорохов благодаря расположению ушей на разных уровнях. Даже если чуткая сова крутит головой в горизонтальной плоскости, стремясь выровнять интенсивность достигающих обоих ушей звуковых волн, волны все равно приходят к каждому уху за разное время, пусть эта разница и ничтожна.

Пока сова, прислушиваясь к звуку, держит голову в горизонтальной плоскости, расстояние от мыши до каждого уха неодинаково. Однако птица может вертеть головой и вверх-вниз, добиваясь совпадения времени, за которое звуковые волны достигают ушей, и таким образом определяя точное местонахождение добычи. Умение совы определять источник звука в вертикальной плоскости феноменально. После определенной тренировки она могла бы бить по «звуковым мишеням» в полной темноте. И погрешность при этом составила бы менее одного градуса и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях.{48}

* * *

Дифракция свойственна не только звуковым волнам. Как один из законов волны, это явление характерно для любых волн.

Преградив идущие из окна солнечные лучи сложенными определенным образом руками, вы будете наблюдать дифракцию света — на стене отразится тень зайца. Все мы знаем, что чем ближе поднести руки к стене, тем контуры будут четче.

А вот если встать рядом с самим окном, на расстоянии метра или двух, получится размытое пятно, лишь отдаленно напоминающее зайчика. Или сову? Или… муху Ormia?

Впрочем, теперь это всего-навсего расплывчатое пятно, ничем не примечательное, едва ли способное пробудить любопытство. Однако оно — видимый пример дифракции. Ваши руки играют роль препятствия, огромного по сравнению с длиной волн видимого света, составляющей что-то вроде 0,0005 миллиметра. Вот почему руки отбрасывают тень: световые волны просто не в состоянии их обогнуть. Впрочем, огибают, но лишь незначительно — в той или иной степени дифракция волнам всегда свойственна. Чем дальше вы отодвигаете руки от окна, тем очевиднее становится тот факт, что световые волны препятствие все же огибают.[21]

Явление дифракции присуще и радиоволнам. Именно поэтому радиостанциям с частотной модуляцией, которые вещают в диапазоне коротких (длиной около 60 см) волн (FM радиостанции) приходится использовать сеть промежуточных станций с передатчиками, разбросанных по всей стране. Долины не всегда находятся в зоне прямой видимости, поскольку холмы и горы отбрасывают «тени» неуверенного приема — размеры этих природных образований намного превышают длину радиоволн. Но подобные препятствия не являются помехой для радиостанций с амплитудной модуляцией, которые вещают в диапазоне длинных (около 2 км) волн (AM радиостанции). Такие радиостанции обходятся всего одной промежуточной станцией с передатчиком, поскольку длинные волны легко огибают холмы и распространяются дальше, по долинам.

Можно наблюдать явление дифракции волн даже на водной поверхности. Позади острова, сильно превосходящего размерами длину волн, возникает «тень» более спокойной воды.

С другой стороны, одна из опор пирса, будучи гораздо меньше длины волн, не оставляет позади себя никакой «тени» — волны огибают опору так, будто ее и вовсе не существует.

* * *

Знание того, каким образом все три закона волны соотносятся с океаническими волнами, имело огромное значение для мореплавателей с Микронезийских островов в Тихом океане. Эти опытные мореходы, переправляясь на своих каноэ с одного острова на другой, сверяли направление движения по зыбям. Они, бесспорно, самые первые в ряду наблюдателей за волнами, особенно те из них, кто родом с Маршаллов — островов на полпути между Гавайями и Новой Гвинеей. Эти далекие острова и атоллы возвышаются над уровнем моря всего на метр — с большого расстояния их почти не разглядеть. В ночную пору местному населению приходится ориентироваться по звездам; днем на смену звездам приходят волны.

Уникальному способу навигации, теперь по большей части утерянному, обучались из поколения в поколение с помощью особых карт — маттанг. Карты делались из переплетенных жилок листа кокосовой пальмы; на картах указывалось, каким образом зыби отражаются от островов и как меняют направление движения, преломляясь и огибая их. Небольшие ракушки на карте символизировали острова. Поскольку зыби обычно приходят с одной и той же стороны, островитяне научились определять местоположение острова на расстоянии более 60 км от него — по тому, как волны под влиянием этого острова меняли свой ход.{49}

Остров Пьяносо в Тирренском море неподалеку от побережья Италии, будучи по размерам гораздо больше океанических волн, отбрасывает четко различимую «тень»
Одна из опор пирса, будучи гораздо меньше волн, не оставляет позади себя никакой «тени», потому как волны опору огибают

Вообще-то, было бы некоторым заблуждением называть этих невероятно искусных мореплавателей наблюдателями за волнами, потому как на деле они не наблюдают волны — они их чувствуют. «Штурман ложится на дно каноэ, — описывал в 1862 году миссионер, — прикладывая правое ухо ко дну на несколько минут, и затем говорит остальным: «Земля — за нами, на одной с нами линии или впереди», — итак далее».{50}

Датированная XIX веком навигационная карта маттанг с Маршалловых островов; хранится в Британском музее. Карта сплетена из жилок пальмовых листьев; по ней молодое поколение островитян узнавало, каким образом волны океанических зыбей при встрече с островами (обозначенными ракушками слева и справа) отражаются, преломляются и огибают их

Возможно, миссионер читал карту шиворот-навыворот, вот и выдумал ухо, приложенное ко дну каноэ. В наши дни ученые выяснили, что штурман обращал внимание на то, как каноэ раскачивается, а не на звуки: если корма поднималась раньше носа, зыбь накатывала сзади; если левый борт поднимался раньше правого борта, зыбь накатывала слева, и так далее. В действительности, при обучении будущие штурманы должны были плавать в море на спине — таким образом они учились чувствовать колебания волн.{51}

* * *

Но как бы наглядно звуковые волны ни демонстрировали три закона волны, сами они в качестве объектов для наблюдения малоинтересны — в конце концов, мы их попросту не видим.

Однако я, как наблюдатель за волнами, получил очень важный урок: иногда волны можно познать не прямо, а косвенно, через их проявления. Ведь волновая сущность некоторых из них не всегда очевидна. Можете не верить, но я оказался на месте тех самых учеников-штурманов с тихоокеанских островов. Меня осенило: важно не глазеть на волны со стороны, а погрузиться в них с головой.

В мае этого года именно так я и поступил — со звуковыми волнами. Само собой, я, да что там я — все мы, погружался в них и раньше, однако на этот раз мои действия отличались осознанностью. Входя в комнату, я начал прислушиваться к тому, как изменяются звуки вокруг меня, как вибрирует мой голос, как слышны звуки шагов — от плитки в ванной комнате звуковые волны отражаются гораздо более звучно. За ужином я на мгновение замер, внимая чистому, камертонному звучанию бокала, задетого ручкой ножа. Мне подумалось: до чего тонкими должны быть вибрации хрупкого стекла, рождающие столь ясную, серебряную ноту. И, напротив, в оглушительном, подобном ударам медных тарелок, грохоте крышки сковороды, упавшей на пол, я не услышал вообще ничего музыкального. От крышки исходили перемешанные, разночастотные колебания, и потому в звуке отсутствовала чистота — это походило скорее на бранную тираду повара с кухни.

Хотя напрямую звуковые волны нам не видимы, мы можем наблюдать их проявления. Если вам случится попасть на концерт, где исполняют музыку в стиле регги, одолжите у соседа-курильщика зажигалку и поднесите ее, зажженную, к низкочастотному динамику. Вы увидите: пламя танцует под ритм музыки: взмывает и опадает, мерцая в такт звуковым волнам. Эти чистые физические колебания, демонстрируемые маленьким огоньком, отплясывающим заразительный уличный танец, — неотъемлемые движения звука. Вы, конечно же, испытаете воздействие звуковых волн и на себе — под их влиянием полости в вашей грудной клетке вибрируют. Итак, в том, что окружающие нас звуковые волны имеют физическую природу, никаких сомнений нет.

Однако если вместо ритмов регги с грохочущими «басами» вы заслушиваетесь классикой в исполнении оркестра из восьмидесяти музыкантов, это не станет для вас преградой на пути познания физической природы музыки. Закройте глаза. Представьте, что вы плывете на спине в море звуковых волн. Представьте, что они текут под вами, слегка покачивая. Обтянутые специальной кожей барабаны литавр издают низкочастотные звуки, которые отзываются внутри вас, будто перекатывающиеся зыби — они то поднимают ваше тело, то опускают. Вы почти различаете отдельные ритмичные удары самого низкого барабана. Совсем иное — высокое, дрожащее вибрато группы струнных. Музыканты перебирают струны и в то же время прижимают струну на грифе, едва заметно меняя ее длину — частота колебаний звука сменяется в быстрой последовательности. Может, эти волны и не потрясут вас до глубины души, но разве не напоминают они волнующую дрожь в голосе изливающего свои чувства любимого человека? Вы дрейфуете в океане звука, и эти волны по-своему вас трогают.

Физика существует не только в виде уравнений на доске и задач в учебниках. Физика лежит в основе всякого чувства, пробуждаемого музыкой. Какую бы музыку вы ни слушали, она всего лишь последовательность звуковых волн. Но я вовсе не хочу умалить ее достоинства, просто напоминаю вам: до чего же это здорово, когда такой мощный, многослойный поток тонов и тембров достигает ваших ушей посредством такого ничем не примечательного механизма! До чего же восхитительно, когда многочисленные надежды, возлагаемые композитором на произведение, эмоции, вложенные музыкантами в его исполнение, переплетающиеся звучания всех инструментов, в гармонии, диссонансе, согласии — все это оказывается доступно вам благодаря едва заметным колебаниям воздуха в ваших ушах!

ТРЕТЬЯ ВОЛНА, ОТ КОТОРОЙ ЗАВИСИТ НАШ ВЕК ИНФОРМАЦИИ

Поле неподалеку от моего дома пересекает речушка. Как только у меня случаются творческие простои, я иду прогуляться вдоль ее берегов. Однажды июньским утром — дождя не было уже две недели — я почти не заметил ее течения. День был безветренным, и поверхность воды выглядела зеркально гладкой.

В такой воде я люблю рассматривать отражения облаков. В тот день по водной глади плыла цепь Cumulus humilis[22], предвестников хорошей погоды. Поначалу мне показалось, что река совершенно неподвижна, но, присмотревшись, я увидел на фоне крутившихся в медленном, хаотичном танце отраженных облаков едва заметное движение воды. Пройдя еще немного и повернув вместе с руслом реки, я неожиданно услышал всплеск: облака в воде затанцевали вверх-вниз на одном месте. Что это, рыба?

Но как я ни вглядывался, ничего не увидел. Однако небольшой всплеск оставил после себя кое-что: по неподвижной поверхности воды расходилась небольшая рябь. Она представляла собой полукружья, исходившие из точки на противоположном берегу. Проследив их обратный путь, я оказался у небольшой земляной норы прямо над водой. Значит, все-таки не рыба. Скорее, водяная землеройка. А может, водяная крыса. Водяной хомяк, в конце концов. Как бы там ни было, это животное обитало в норе над берегом — рябь только что выдала его присутствие.

Так все выглядело, пока отражения облаков еще кружили в медленном танце

И вот о чем я подумал…

Волны не только переносят энергию — волны переносят еще и информацию. Может, само по себе оно и не захватывает, не будоражит воображение, однако согласитесь, звучит все же лучше, чем «возмущение, перемещающееся через среду». Дело в том, что любая волна содержит в себе отгадку причины, породившей это самое возмущение. Наш таинственный обитатель реки, сам того не желая, выдал себя: звуковыми волнами от небольшого всплеска, в то время как он выбирался из воды, и распространившейся по водной поверхности рябью.

Тем временем отражения облаков стали легонько колыхаться — совсем как застенчивый человек, несмело переминающийся с ноги на ногу на танцплощадке. Наблюдая за отражениями, я вспомнил слова страстного рыбака Криса Иейтса. Он как-то признался, что во время рыбалки частенько наблюдает облака, только вверх тормашками — глядит на их отражения в воде. Зачастую рыба неосмотрительно выдает себя рябью — опытный рыбак эту рябь сразу примечает. Выходит, рыбак — наблюдатель не только за облаками, но и за волнами? Интересно, возможно ли определить породу рыбы по характерному узору оставляемой ею на поверхности ряби?

* * *

«Когда устанавливается полный штиль, я внимательно слежу, не появится ли где эта самая рябь, — рассказал мне Крис; как-то раз я позвонил ему, желая поговорить о наблюдениях за волнами. — Особенно удобно следить за рябью в лунную ночь. Рыба поднимается к самой поверхности незамеченной, но поскольку вода в озере неподвижна, пробегающая по ней рябь тут же бросается в глаза. Обычно это довольно крупная рябь, с парой более мелких линий ряби впереди и позади».

Крис рассказал, что порой крошечные волнообразные послания едва читаемы — такое происходит, когда рыбина поднимается к поверхности, но из воды не высовывается, или когда охотится у дна и ловит довольно крупную добычу, скажем, креветку. Поднимаясь со дна, рыба бьет хвостом, создавая «водоворот, от которого на поверхности образуется рябь».

Случается, рыба, хватая добычу на воде, показывает один лишь рот. «От форели круг всегда четкий, — поделился наблюдениями Крис. —

Придя к реке, стараешься выбрать такое место, чтобы вода была видна под определенным углом — из такого положения заметна мельчайшая рябь от хватающей муху у воды одним ртом форели».

Однако из всех способов передачи информационных сообщений на воде более всего впечатляет один — когда рыба в погоне за летящей мухой выпрыгивает высоко над водой. Возможно, так она еще и прочищает от ила жабры. «Кормясь у дна, большой карп выхватывает из ила личинку червя — его жабры при этом довольно сильно забиваются. На большом озере всплеск можно и не услышать, но если поверхность воды гладкая, вы заметите рябь».

Однажды во время ночной рыбалки — это было в далеком 1985 году на пруду Редмаир в Херефордшире — Крису крупно повезло: он поймал карпа весом в 23,4 кг. Этот его рекорд — самая большая пресноводная рыба, пойманная в Англии, — держался еще пятнадцать лет. «Я рыбачил на дамбе в конце пруда и вдруг услышал всплеск на мелководье в противоположном конце — на расстоянии метров двухсот. Прошло немало времени, прежде чем отражение луны подернулось рябью — это волна от всплеска наконец дошла и до меня».

Крис решил: если карп снова выпрыгнет из воды, он засечет время. «Рыбина выпрыгивала еще дважды — проходило две с половиной минуты, прежде чем небольшая рябь искажала отражение луны. Итак, двести метров за две с половиной минуты».

«Проследив обратный путь кругов ряби, распространяющихся по реке или озеру, можно выйти на рыбу. Видя знак, я тут же начинаю продвигаться к его источнику. Такая рябь — настоящий подарок. Наблюдая за поверхностью воды, рыбак все равно что на экран радиолокатора смотрит».

Волны, эти перемещающиеся возмущения, передают информацию о ставшем их причиной событии. Но событием может оказаться не только прыжок карпа из воды всего пару-тройку минут назад — событие может отстоять по времени и гораздо дальше. Например, на 13,7 млрд. лет назад — именно тогда возникла Вселенная. Более того, порожденные Большим взрывом электромагнитные волны до сих пор расходятся рябью в виде космического микроволнового фонового излучения, иначе называемого реликтовым излучением.

Как Крис Йейтс наметанным глазом рыбака со стажем подмечает рябь на воде и по ней находит рыбу, так и космологи недавно стали использовать специальные, чувствительные к микроволновому излучению космические станции, улавливая изначальные космические возмущения из далекого прошлого. Микроволновое излучение уже поведало много интересного о происхождении и составе Вселенной, а также положило конец некоторым научным спорам, тянувшимся десятилетиями. Это излучение — наиболее важное свидетельство того, что все началось со взрыва, а не пребывало вечно в неизменном состоянии.

Наблюдение за рябью от самого большого возмущения: астрономический спутник «Планк» запущен в мае 2009 года для измерения реликтового излучения, возникшего спустя 380 000 лет после Большого взрыва

Реликтовое излучение измеряют и наблюдают с помощью космических обсерваторий. Первой такой обсерваторией стал Зонд Уилкинсона для исследования анизотропии микроволнового излучения (WMAP), запущенный НАСА в 2001 году на орбиту, до которой более 3 млн. км. Зонд регистрировал малейшие изменения интенсивности (температуры) реликтового излучения, приходящего из разных областей космического пространства. Ничтожные различия в полученных цифрах позволили ученым выстроить модель Вселенной на момент зарождения, уточнить скорость ее расширения, плотность, а также возраст.

Предположим, около 1% статического заряда, накопленного вашим телевизором, когда он не настроен на какой-либо канал, и есть это самое реликтовое излучение.[23] Остальное — в основном электромагнитные шумы от бытовых приборов и трескотня рождающихся здесь, на земле, неотфильтрованных сигналов — опутавшие нас сетью радиоволны и микроволновое излучение. И Зонд Уилкинсона, и пришедший ему на смену более чувствительный астрономический спутник «Планк» трудятся не только на достаточно удаленных от Земли орбитах, но и постоянно находятся в тени планеты, где «бомбежка» интерферирующим электромагнитным излучением не такая сильная, да и солнечное излучение слабее. Пытаться обнаружить электромагнитное излучение на более близком расстоянии от Земли — все равно, что высматривать едва заметные круги от форелевых губ посреди штормового волнения.

* * *

Но не только рыба выдает свое присутствие, распространяя волны. Мы все — ходячие источники волнового возмущения, мы постоянно транслируем волны той или иной формы, «засвечиваясь» таким образом для любого, кто может настроиться на нашу волну.

Неважно, шорох ли это пробегающей в траве мышки или едва слышный шелест крыльев внезапно атакующей совы — малейшее движение любого существа порождает те или иные акустические волны. Видимое проявление какого бы то ни было животного является ничем иным, как следствием возмущения световых волн. У некоторых животных выработалась чувствительность к электромагнитным волнам более низких частот, чем те, которые видимы человеку. Мы ощущаем инфракрасное излучение от животного как тепло, но не видим его, а вот гремучники — змеи, обитающие в тропических лесах Центральной Америки — обладают двумя чувствительными к инфракрасному излучению ямками, расположенными в промежутке между глазами и ноздрями. Благодаря этим ямкам гремучники, выследив какого-нибудь грызуна, наносят по нему удар невероятной точности.

Конечно, печально, когда ничего не подозревающий зверек оказывается чьим-то ужином; с другой стороны, что стало бы с животными, если бы они не могли испускать волны? Они оказались бы в эволюционном тупике, и, как мне думается, им пришлось бы несладко. Общение в том или ином роде — важнейшее условие выживания любого вида, потому как воспроизведение потомства невозможно без определенных усилий с обеих сторон.

Звуковые волны, вне всяких сомнений, способствуют общению с противоположным полом — это и пронзительные серенады самца зяблика, привлекающего самку в начале весны, и глубокое, инфразвуковое урчание самки африканского слона, у которой каждые пять лет наступает течка — для нас оно неразличимо, но самцов, находящихся за несколько километров, привлекает.

Радужное оперение надхвостья самца павлина — результат отражения световых волн; яркая раскраска никоим образом не маскирует птицу от хищников, зато привлекает самочек.

Примерно с той же целью — завлечь противоположный пол — светляки пользуются органами свечения, расположенными на последних сегментах брюшка. Каракатица способна завораживать постоянно меняющейся окраской, за которую отвечают 20 млн. пигментных клеток на коже; один тип окраски служит призывом для самцов, другой отпугивает соперниц, третий, имитирующий дно, надежно скрывает каракатицу, делая ее невидимой для хищников.

А что же человек? В этом плане мы от животных ничуть не отличаемся, привлекая партнера с помощью все тех же волн.

Только в нашем случае волны — слова, которые мы говорим друг другу. Однако для возникновения притяжения между двумя людьми особенно важны тон и тембр голоса. Мужчина, сам того не подозревая, может заговорить более глубоким, звучным голосом, имитируя существо сильное, способное защитить. В голосе женщины, наоборот, проявляются нотки беззащитности. Или она говорит низким тоном, с хрипотцой, желая привлечь. (Хотя… такой тембр голоса вполне может принадлежать разбитной девахе, которая пьет как лошадь, дымит как паровоз, ни в чем не знает меры и готова на любую авантюру.)

Мы, люди, для привлечения партнера используем и световые волны. Разве красная помада и румяна не имитируют раскрасневшуюся от возбуждения кожу? И почему цвет вожделенного спортивного автомобиля «феррари» — красный? Возможно, попытка обратить на себя внимание противоположного пола шикарной машиной — способ довольно банальный, однако на многих женщин модель «феррари тестаросса» действует как афродизиак. (Вполне допускаю, что «красная голова» — а именно так с итальянского переводится «тестаросса» — обозначает, как и утверждают производители, рыжеволосую соблазнительницу, но никак не могу отделаться от мысли, что здесь присутствует намек и на нечто иное.)

Вы ведь уже догадались, какого она цвета, правда? 

Конечно, не все вертится вокруг темы полового влечения. Любое сказанное слово, услышанная мелодия, увиденный фильм, прочитанная книга, газета, любое выражение на лице воспринимается нами с помощью звуковых либо световых волн. Эти волны, выступающие в роли посредников, мы видим и слышим постоянно, правда, редко отдаем себе в этом отчет. Однако с древности и до наших дней человеческое общение осуществляется благодаря одной группе волн, в которой видимый свет составляет лишь скромную подгруппу. В наш информационный век связующим звеном между человеком и миром информации служат именно они — электромагнитные волны.

Хотел бы я придумать этим волнам имя поласковей. Некоторые зовут их «ЭМ волны», но едва ли так лучше. Электромагнитные волны, будучи явлением в высшей степени удивительным, нуждаются в кардинальной смене образа.

* * *

В группу электромагнитных волн входят и радиоволны с наиболее длинной волной, излучение микроволновое и инфракрасное, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение, наконец, гамма-излучение с наиболее короткой волной. Волны средней части спектра — инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолет — изливаются на Землю Солнцем. Однако самые разные волны — и длинные, и короткие — испускают звезды, галактики, черные дыры и рассредоточенное по нашей Вселенной газообразное вещество. Свидетельств точного значения предельной длины электромагнитной волны до настоящего времени еще не найдено. Наиболее короткие из наблюдаемых — волны гамма-излучения с длиной волны что-то около одной миллиардной части молекулы. Лично у меня такое в голове не укладывается.

Согласно подсчетам, длина самых больших радиоволн начинается с расстояния от Земли до Солнца и тысячекратно превышает его. То есть это диапазон известных волн от 10-18 до 1011. Если, конечно, подобные цифры вам что-то говорят. (Данные значения, как и везде в этой главе, справедливы для электромагнитных волн в вакууме. На входе в другие среды электромагнитные волны меняют скорость, замедляясь; длина волн при этом уменьшается.)

Посреди этого уму непостижимого спектра длин волн располагается крошечная частота волн видимого света. Эти волны — длиной от 700-750 нанометров (один нанометр, или нм, равен одной миллионной части миллиметра) для красной части спектра и до 400-450 нм для фиолетовой части спектра — имеют длину чуть менее 0,01 толщины человеческого волоса. Волны видимого света, радиоволны, волны рентгеновского излучения, да и любой другой тип электромагнитных волн — все они, что называется, слеплены из одного теста. И отличаются лишь расстоянием от одной электромагнитной вершины до другой, то есть длиной волны.

Закон электромагнитных волн гласит: чем длина волны меньше, а частота выше, тем большее количество энергии волна переносит.[24] Волны с большой длиной волны переносят как раз таки меньше энергии — именно их используют для приема и передачи информации. Вас это наверняка удивит: если волны переносят меньше энергии, почему при передаче информации предпочтение отдается им, а не волнам, переносящим больше энергии? Ведь чем больше энергии волна переносит, тем дальше она распространяется и тем сильнее сигнал. Разве не так? Ответ прост: волны малой длины слишком опасны.

И в самом деле, высокочастотные волны ультрафиолетовых лучей, рентгеновского и гамма- излучений до того «энергичны», что, сталкиваясь с молекулами, вынуждают вращающиеся вокруг атомов электроны отрываться; этот процесс называется ионизацией. Длительное облучение ультрафиолетовым или рентгеновским излучением может привести к изменениям в деятельности клеток и образованию раковых опухолей; кратковременное же пребывание под гораздо более сильным гамма-излучением может убить клетки — именно эти волны используют в радиотерапии при борьбе со злокачественными опухолями.

Волны, без которых в наш век информации обойтись невозможно, находятся на другом конце спектра.

Итак, разрешите представить: волны электромагнитной связи. Самые длинные — радиоволны; во время холодной войны противостоявшие друг другу сверхдержавы пересылали с их помощью сообщения подводным лодкам на океаническую глубину. При длине волны почти в 4 000 км эти волны — единственные, способные пробить толщу морской воды на глубину больше одного метра. Будучи отличным проводником электричества, соленая вода поглощает все волны, кроме самых длинных радиоволн. Подача сигнала на очень низкой частоте, необходимой для такой длины волн, обходится совсем не дешево и требует наличия гигантских передатчиков. У каждой из синхронизированных американских станций связи — в Мичигане и Висконсине — была воздушная кабельная линия, протянутая вдоль телеграфных проводов на расстояние от 22,5 км до почти 50 км. Таким станциям требовались собственные силовые установки. У Советского Союза был один-единственный передатчик — возле Мурманска.

Чтобы транслировать радиоволны такой огромной длины, и американцам, и русским приходилось зарывать опоры довольно глубоко, используя саму землю в качестве антенны. С окончанием холодной войны передатчики, на поддержание работы которых уходили немалые средства, оправдывали себя все меньше; на смену им пришли подводные лодки, которые для связи со штабом всплывали к поверхности океана. С подлодок можно было использовать уже более удобные высокие частоты, передавая радиоволновой сигнал, давно знакомый и всем нам, штатским — длина его волны составляет от нескольких километров до нескольких десятков сантиметров. Эти волны — рабочие лошадки века информации, они используются для передачи сигнала радио (что очевидно из их названия) и телевидения. Они же обеспечивают работу прибора, называемого радионяней, а также устройства, автоматически открывающего и закрывающего створки гаража, пульсомера, маяка, предупреждающего об опасности схода лавины. Эти же самые волны делают возможной работу авиационных радиослужб, аппаратов, передающих сигнал точного времени, а также маленьких чипов, не позволяющих воришкам стащить что-нибудь с прилавка магазина. И это лишь небольшая часть перечня сфер применения радиоволн.

Хорошенько заучите длины всех волн — я потом проверю

Следующими в диапазоне идут электромагнитные волны длиной от нескольких десятков сантиметров до миллиметра — микроволновое излучение. Они могут не только подогревать для вас еду. Эти же волны, только гораздо более низкой интенсивности, используются для связи — вы говорите по сотовому, выходите с ноутбука в Интернет… Они же позволяют вам установить беспроводное соединение с помощью Bluetooth, делают возможной GPS-навигацию, благодаря которой вы выбираетесь из тупика, в который заехали, а еще соединяют вас с абонентом в другой стране, передавая сигнал через спутник. Вообще, любая связь между Землей и спутниками осуществляется благодаря микроволновому излучению — обычно на самой низкой частоте волн, между 10 см и 1 мм.

Возможно, вас удивит широкое использование микроволнового излучения в работе устройств связи, особенно если вы, как и я, всегда считали их годными только для разморозки и подогрева готовой еды. Волны в микроволновках имеют длину волны в 12,2 см; еда нагревается благодаря тому, что молекулы воды (и в меньшей степени — жировые соединения) начинают вращаться. Молекулы Н2O, обладая как положительным, так и отрицательным зарядом, крутятся в разные стороны подобно стрелкам взбесившегося компаса, пытаясь угнаться за электрическим полем, которое перемещается со скоростью 2 450 000 000 раз в секунду; тем временем волны микроволнового излучения проникают в пищу. Ни стеклянная, ни керамическая посуда волнами не нагревается, поскольку молекул воды в себе не содержит.

Однако микроволновое излучение с другими длинами волны обладает частотами либо слишком высокими, либо слишком низкими для того, чтобы большая часть энергии поглощалась водой. Где бы эта самая вода ни находилась: в лотке с полуфабрикатом или в атмосфере, пребывая во взвешенном состоянии. Поскольку волны таких длин, в отличие от радиоволн, с заряженными частицами ионосферы не взаимодействуют, они легко распространяются в нашей атмосфере. Поэтому волны микроволнового излучения как нельзя лучше подходят не только для связи со спутниками, но и для связи с космическими кораблями далеко за пределами земной орбиты. Именно благодаря этим волнам мы держим связь с наиболее удаленным космическим объектом искусственного происхождения — запущенным НАСА автоматическим зондом «Вояджер-1», предназначенным для исследования далекого космоса.

«Ты меня слышишь? А то связь ни к черту».
Наиболее удаленная связь посредством микроволнового излучения, какую когда-либо устанавливал человек.

«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 года. К настоящему времени он удалился от Земли на расстояние в 16 млрд. км; предполагается, что зонд уже покинул пределы нашей Солнечной системы и каждый день покрывает расстояние в 1,6 млн. км. Как и все остальные электромагнитные волны, волны микроволновые, осуществляющие связь между Землей и далеким космосом, распространяются со скоростью света. Сейчас время прохождения сигнала с «Вояджера-1» до Земли равно почти 15 часам — для нас, говорящих по междугородной или международной связи, эта иногда слышимая в трубке задержка намного меньше.

Однако эхо во время связи по телефону встречается все реже — в наши дни телефонные переговоры, как и Интернет-связь, а также кабельное телевидение осуществляются благодаря инфракрасным волнам и оптиковолоконному кабелю. Обладая более высокими по сравнению с микроволновым излучением частотами и длиной волны от 1 мм до 760 нм (миллионные доли миллиметра), эти электромагнитные волны легко блокируются самыми разными плотными материалами. Вот почему в пульте дистанционного управления телевизором используются именно волны инфракрасного излучения. Если бы на месте инфракрасных оказались какие-нибудь другие волны, ссоры между соседями происходили бы ежедневно, а то и ежечасно. Запомните, что электромагнитные волны разнятся между собой лишь длиной волны и частотой. Удивительно то, что все они относятся к одному и тому же виду волн, только диапазон у них разный. И хотя мы об этом даже не задумываемся, волны в любой момент окружают нас, проходят через нас — бесконечные потоки сообщений, сигналов, информации, которые накладываются, перекрываются, совмещаются и текут дальше. И хотя нам доступна лишь крохотная частица всей электромагнитной какофонии, она, эта какофония, тем не менее, существует. Как сказал физик Ричард Фейнман, любитель игры на барабане бонго:

«Многочисленные волны проходят через эту комнату все разом, — и это ни для кого не секрет, но вы должны остановиться и по-настоящему задуматься над этим — только так вы проникнетесь всей сложностью, всей невообразимой природой Природы».{52}

Наверняка вы диву даетесь: как так получается, что радионяня выделяет из всей мешанины электромагнитных излучений ту единственную волну, сигнал которой и передает? Если все эти накладывающиеся друг на друга и отличающиеся лишь размерами волны представляют собой одно и то же — электромагнитные «вопли» всех и вся в немыслимых диапазонах, «звучащие» одновременно, как прибору удается распознать единственно нужный сигнал — плач вашего ребенка?

Работа всех приборов, в основе которых лежит принцип электромагнитной связи, зависит от одного вполне конкретного явления — резонанса. Именно благодаря резонансу волны, будь они электромагнитными или какими-то другими, взаимодействуют с окружающим нас миром. Резонанс, дитя волны и вибрации, — одно из наиболее приятных волновых явлений.

* * *

Марв, едва сводящий концы с концами музыкант, только что купил новую гитару.

Играет он отнюдь не блестяще — возможно, поэтому ему с трудом хватает на жизнь, — но все-таки кое-что уличными выступлениями зарабатывает. Потерзав несколько месяцев «Дом восходящего солнца», известную американскую балладу, Марв, наконец, собрал достаточно средств, чтобы заменить старый инструмент новым. Вот он с гордостью приносит новенькую гитару домой и принимается за ее настройку.

Марв трогает четвертую струну — она вибрирует со скоростью примерно 147 колебаний в секунду. Эта вибрация влечет за собой соответствующую вибрацию над поверхностью блестящей, лакированной доски, образующей верхнюю деку инструмента. Волны отражаются верхней декой — получается богатый звук. Распространяясь от вибрирующей деки вовне, они согревают мрачную, неуютную комнатушку, наполняя ее теплом.

Отношения между волнами и вибрациями настолько тесные, что едва ли возможно эту парочку разделить. Да, вибрации порождают волны, однако связь эта не односторонняя. Волны, в свою очередь, порождают вибрации — в частности, периодические волны, которые в конечном счете представляют собой распространяющиеся колебания определенного вида. То же самое можно сказать и о теплой ноте ре, исходящей от деки новенькой гитары. За спиной Марва, в углу комнаты, стоит старая гитара: поцарапанная, потертая, вся в наклейках. Пять лет она служила Марву верой и правдой, сопровождая его на групповых выступлениях, она помогла насобирать — монетку за монеткой — денег на покупку своей преемницы. С приобретением новой гитары музыкант мог выбросить прежнюю, как отжившую свой век, однако «старушка» стоит в углу идеально настроенная.

Ее четвертая струна также вибрирует со скоростью 147 колебаний в секунду.[25] И когда Марв играет ноту, звуковые волны частотой в 147 Гц, распространяясь через всю комнату, вызывают у четвертой струны «старушки» легкую ответную вибрацию. Частота волн совпадает со скоростью естественной вибрации старой струны. Последовательность приближающихся сжатий и разрежений подходящей звуковой волны гармонирует с естественным движением струны. Каждая последовательность, складываясь с предыдущей, создает в струне движение — струна начинает звучать на свойственной ей ноте. Получается, что гитары вместе играют одну и ту же ноту.

Очень похоже на то, как Марв качает сынишку на качелях в парке. «Выше, еще выше!» — визжит мальчик от восторга. Однако Марв, замотанный отец, весь день провел на ногах, думает о чем-то своем, так что не особенно усердствует. Он мог бы поднять качели гораздо выше, себе по плечи, и только тогда отпустить, но не поднимает. Вместо этого лишь слегка их подталкивает. И качели начинают раскачиваться. Потом ему остается лишь чуть-чуть помогать им в нужный момент — дуга, по которой перемещаются качели, естественным образом растет. Марв подталкивает качели машинально, не отдавая себе в этом отчета. Толкай он качели чаще или реже, он либо задевал бы сына, либо вообще промахивался. Качели в таком случае никогда не набрали бы скорость, а сынишка жаловался бы, что у него плохой папа.

Но вернемся к нашей «старушке» в углу комнаты. У нее вибрирует только четвертая струна — в ответ на ноту, рождаемую новой гитарой. Остальные струны «старушки» неподвижны — скорость их вибрации, их собственная частота не совпадает со скоростью и частотой четвертой струны. Каждый гребень звуковой волны для них все равно, что толчок качелей невпопад — он не усиливает их вибрации, эффекта нарастания не происходит.[26]

Однако у каждой струны нашей почтенного возраста гитары есть частота, на которой она резонирует с наибольшей готовностью — это частота, совпадающая с ее основным типом вибраций. Итак, Марв извлекает из новой гитары первые звуки — боюсь, это все тот же «Дом восходящего солнца», — и струны его «старушки» естественным образом мягко откликаются на определенные ноты. Как будто «старушка» со временем успела выучить мелодию и теперь с легкостью сопровождает игру Марва. Марв, конечно, этого «аккомпанемента» не замечает. За звуками новой гитары он не слышит резонирующих струн «старушки», однако они, тем не менее, резонируют, негромко отзываясь на созвучные им частоты. И только в самом конце композиции, когда Марв уже кладет руку на струны — и новенькая гитара замолкает, — он успевает услышать реверберирующие звуки «старушки».

* * *

Явление резонанса, при котором одна струна затрагивает другую, было использовано при создании целого ряда музыкальных инструментов. Один из них — струнный смычковый инструмент эпохи барокко под названием виола д'аморе.

Хотя внешний облик инструмента со временем претерпевал изменения, у огромного количества виол д'аморе, изготавливавшихся в XVIII веке, на пике их популярности, имелась одна общая черта — под шестью или семью струнами того же самого расположения, что у скрипки или альта, шел ряд резонансных струн — они находились под грифом. Струны были настроены на те же ноты, что и верхние, но музыкант во время игры их не касался. Они вибрировали под воздействием звуковых волн непосредственно задействованных в игре струн. Их ответный резонанс придавал инструменту гораздо более мягкое, богатое звучание — Леопольд Моцарт, отец Вольфганга Амадея Моцарта, утверждал, что эти «звуки особенно очаровывают тихим вечером».{53}

Резонаторные отверстия, или эфы, в передней части виолы д'аморе повторяли форму языков пламени или арабских мечей — можно предположить, что инструмент впервые появился в землях Среднего Востока (изначально он вполне мог называться «виолой мавров»[27]). Но вместо завитка скрипки, который идет за колками, виолу д'аморе украшали искусно вырезанной головой. Чаще всего это был Купидон с завязанными глазами — достойный символ для музыкального инструмента, у каждой струны которого имелся тайный партнер, ответно вибрировавший, иногда и в унисон.

«Погоди, не подсказывай! Эту я знаю… Вивальди?» Виола д'аморе работы Жана Батиста Деге Саломона, ок. 1740 г.

В XIX веке понятие резонанса стало символом не только любви, но и сопереживания, чувств одного человека к другому, особенно в плане эмоциональном или интуитивном. Обратимся к словам писателя, историка и философа Томаса Карлайла, убежденного кальвиниста; в 1828 году он так описывал своего шотландского соплеменника, поэта Роберта Бернса: «В нем слезы и вместе с тем всепоглощающий огонь; его возможно сравнить с молнией, мелькающей посреди летнего дождя. Его душа с готовностью откликается на каждый звук человеческого существа».{54}

Слово «резонанс» метафорически обозначало связь, выражаемую без помощи слов, почти телепатически, при которой двое настроены друг на друга. Например, в первой главе классического произведения Эмили Бронте «Грозовой перевал», написанного в 1847 году, мистер Локвуд по наитию постигает сущность своего хозяина, угрюмого Хитклифа: «Иные, возможно, заподозрят в нем некоторую долю чванства, не вяжущегося с хорошим воспитанием; но созвучная струна во мне самом подсказывает мне, что здесь скрывается нечто совсем другое: я знаю чутьем, что сдержанность мистера Хитклифа проистекает из его несклонности обнажать свои чувства или выказывать встречное тяготение».{55} То же самое можно сказать и о произведении «В дороге» Джека Ке-руака, написанном более сотни лет назад, в котором автор описывает отношения между Уильямом Берроузом и его женой Джоан Воллмер как весьма своеобразный резонанс душ: «Неожиданные нотки черствости и холодности между ними на самом деле были ничем иным, как своеобразным чувством юмора, — хохмя, они обменивались свойственным только им набором тончайших вибраций».{56}

В конце 1960-х и в 1970-е годы метафора вернула себе первоначальный смысл. Под словом «резонанс» снова стали подразумевать способность настроиться на волну окружения — хрустальные сферы с вращающимися вокруг планетами сменили размалеванные масляными красками всех цветов радуги стены ночных клубов. «Бич Бойз» пели о том, что нужно настроиться на хорошие вибрации, а Том Вулф в «Электропрохладительном кислотном тесте» писал: «…что-то происходит, возникает какая-то напряженность, кругом дурные вибрации».{57} В 1966 году Тимоти Лири бросил клич: «Включись, настройся, улетай», — который позднее объяснил так: «Настройся — то есть живи в гармонии с окружающим миром».{58}

* * *

В этом году, слушая игру музыкальной группы в нашем поселковом клубе, я вдруг поймал себя на мысли: а ведь за все время выступления музыкантов о резонансе я ни на минуту не забывал. И не потому, что группа играла на виоле д'аморе XVIII века. Наоборот, один из участников ударял в ханг, немного похожий на стальной барабан, но в виде «летающих тарелок» — музыкальный инструмент, придуманный в Швейцарии в 2000 году. А о резонансе я думал потому, что музыка на меня определенно подействовала.

Может, все дело в том, что я редко куда выбираюсь. Однако, думаю, играли музыканты действительно хорошо — внутри у меня все будто вибрировало в унисон, душа пела. Интересно, что при этом испытали остальные слушатели? Группу тепло приветствовали, но я уверен: музыка вызвала у публики самые разные чувства — у каждого свои. Что вполне в духе метафорического смысла резонанса. А ведь и правда, это как со струнами, настроенными вразнобой: то, что цепляет меня, совсем не обязательно созвучно вашему настроению. И все же, почему музыка оказывает на нас такое сильное влияние? Загадка да и только.

Древних греков поражала волшебная сила музыки, ее способность успокаивать или будоражить человеческую душу. Изучая математику и музыку, Пифагор совершил открытие — у музыкальной гармонии математическая основа. Он обнаружил, что наиболее гармоничные музыкальные интервалы — октава, кварта, квинта — находятся между нотами, чье расположение объясняется простой арифметикой. Например, у струнных инструментов две струны одинакового веса и силы натяжения созвучны в том случае, если их длины будут соответствовать простым пропорциям. Струны, разделенные октавой (то есть двенадцатью полутонами) будут укладываться в пропорцию 1:2 — одна струна в два раза длиннее другой. В случае же с квинтой (семь полутонов вверх) длины будут укладываться в пропорцию 2: 3. Ну а кварта (пять полутонов) подчиняется пропорции 3: 4. Получается, красота звуков имеет под собой строгое научное обоснование. Это открытие вдохновило Пифагора и его последователей на дальнейшие изыскания — они предположили, что математические выкладки, лежащие в основе музыкальной гармонии, могут объяснить устройство жизни, Вселенной… всего. Пифагор уверовал в математическое обоснование музыкальной гармонии и довольно долго придерживался этой идеи. Пифагорейцы утверждали: математические формулы, объясняющие ход Луны, планет и звезд по ночному небу, подчиняются музыкальной гармонии, порождают музыку сфер — вибрации или ноты, которые мы не слышим, но которые превосходно гармонируют друг с другом.{59} Более того, мы, люди, также порождаем неслышимую ухом музыку, являемся инструментами, способными издавать ответные вибрации. В этом, согласно теории Пифагора, и кроется секрет нашей восприимчивости к музыке слышимой. Музыкальный инструмент под названием «человек» временами может настраиваться и отражать неслышимую ухом музыку сфер. Надо полагать, именно об этом «Бич Бойз» и пели.

* * *

Хотя резонанс и служит яркой метафорой такому понятию, как общение, у этого физического явления есть другое, гораздо более прозаическое назначение — осуществлять все виды приема и передачи информации.

Резонансный контур лежит в основе принципа действия мобильного телефона, ноутбука с адаптером беспроводной сети, автомобильного радиоприемника или даже такого устройства, как радионяня. У резонансного имеется собственная частота, на которой он совершает колебания наиболее охотно; эта частота определяется конфигурацией резисторов и других электронных штуковин. Колебания — не что иное, как движение электрического тока туда и обратно по проводам контура. Принцип тот же, что и в примере с качелями на детской площадке — компоненты устройства создают такие условия, при которых ток колеблется в проводах особенно быстро.

Эти «качели» подталкивают как раз радиоволны. Будучи электромагнитным излучением, они в момент прохождения через металлическую антенну побуждают электроны в ней двигаться вверх-вниз; электроны порождают слабый ток. Причем, ток возникает при прохождении радиоволн через любой металлический предмет, будь то каминная кочерга, матрасные пружины или та же самая антенна. Однако движения электронов, то есть электрический ток, крайне слабы. Другое дело, если антенну соединить с резонансным контуром — возбуждаемые радиоволнами движения электронов совпадают с частотой, при которой контур резонирует, то есть с его резонансной частотой. Как слабые, но своевременные, соответствующие резонансной частоте качелей толчки наращивают их движение, так и легчайшие толчки радиоволн на резонансной частоте контура, воздействуя на электроны, наращивают ток.

Непостижимое переплетение проходящих через антенну устройства электромагнитных волн побуждает электроны в контуре колебаться взад-вперед. Но справедливо это только для тех волн, которые совпадают с резонансной частотой контура. Лишь они способны «подтолкнуть качели в нужный момент».

Таким образом, контур отзывается избирательно: из всей невообразимой какофонии электромагнитных волн он отфильтровывает тот сигнал, на который настроен. Совпадающая с резонансной частотой контура радиоволна называется несущей волной. Именно на нее — частоту, которая значительно усиливается по сравнению с остальными волнами, идущими фоном, — контур и отзывается. На эту несущую волну накладывается (совсем как океанические волны на большую волну зыби) тот единственно значимый сигнал: музыка по радио, разговор по телефону, плач малыша.

Волны определенным образом складываются, и улавливающему сигнал приемнику необходимо лишь выделить несущую волну (так широкую волну океанической зыби надо выровнять, чтобы осталось едва заметное волнение).

В некоторых приборах, например в радионяне, резонансная частота фиксирована; в других, таких как радиоприемник, резонансную частоту можно менять — поворотом колесика шкалы настройки. То же самое и с гитарой — поворот настроечного ключа меняет собственную частоту колебаний струны — та начинает откликаться на другие звуковые волны.

Итак, резонанс — важнейшее для эпохи дальней связи явление, благодаря ему из невероятного скопления электромагнитных излучений вычленяется один-единственный нужный сигнал.

* * *

Когда я жил в северо-западной части Лондона, то, работая в беседке нашего крошечного садика, регулярно сталкивался с феноменом резонанса. В крытой кровельным рубероидом восьмиугольной беседке было очень уютно во время дождя. Боюсь, человечество музыку падающих дождевых капель пока не оценило по достоинству. На мой взгляд, барабанная дробь льющейся с неба воды лучше всего позволяет сосредоточиться на работе. Чего никак не скажешь о звуке пролетающего над головой вертолета.

В то время уличная преступность в нашем районе цвела пышным цветом. До меня частенько доносился стрекот полицейского вертолета, преследующего подростков, когда те, пырнув кого-то ножом, удирали подворотнями. Так вот, шум вертолета создавал резонанс в беседке. Беседка — пустое помещение с открытым оконным проемом — выступала в роли огромного музыкального инструмента. Как на столб воздуха в трубке кларнета воздействуют изменяющиеся колебания давления воздуха, вызываемые вибрирующей тростью, в которую вы дуете, так и на воздух внутри беседки воздействует меняющееся давление, вызванное стрекотом вертолета. Пустое помещение с отверстиями обладает резонансной частотой гитарной струны. (Такую частоту вы слышите, когда дуете в горлышко стеклянной бутылки.) Оказалось, форма беседки и материалы, из которых она сделана, наделили ее собственной частотой колебаний, совпавшей с частотой колебаний работающих лопастей вертолетного винта. Если я оставлял окно открытым, стрекочущий звук был гораздо громче внутри беседки, чем снаружи. Порой мои барабанные перепонки едва не лопались: должен признаться, довольно неприятное напоминание о том, что звуковые волны — это изменения в давлении воздуха.

Возможно, мне стоило написать жалобу в органы местного самоуправления: мол, я стал жертвой резонирующих звуковых волн, вызванных захлестнувшей район волной подростковой преступности. Наверно, надо было потребовать, чтобы они с этой самой волной преступности что-то сделали, пока из-за нее не пострадали мои уши. А может, стоило написать жалобу шведской компании-изготовителю беседки, обвинив их в пренебрежении таким явлением, как резонанс, — не может быть, чтобы в Швеции не летали вертолеты.

* * *

Сомневаюсь, чтобы в свое время кто-то подавал жалобу на строителей гробниц и погребальных камер эпохи неолита. В конце каменного века (ок. 4 000 — 2 000 лет до н. э. в Европе) возводили мегалитические сооружения, большинство которых стоят и по сей день. Кроме земляных платформ, одиночных мегалитов и их комплексов, например Стоунхенджа, построенного в форме круга, многие выполнялись в виде земляных камер, иногда выложенных камнем, с одним или несколькими коридорами для доступа извне, часто крестообразной формы. И хотя в них были найдены только кости, утверждать, что постройки служили исключительно местами захоронений, нельзя — это могли быть и алтари для жертвоприношений, где поклонялись духам предков.

Акустическая археология как наука возникла совсем недавно; ученые, изучающие акустические свойства древних строений, предположили, что люди, спроектировавшие и построившие эти камеры, большое внимание уделяли резонансным свойствам подземных помещений.

В попытке пролить свет на принцип действия этих древних сооружений писатель Пол Деверо и профессор Принстонского университета Роберт Джан изучили акустические свойства ряда доисторических подземных камер на территории Великобритании и Ирландии.{60} Они обследовали дольмен Чун в Корнуолле — вырытое в земле мегалитическое однокамерное погребальное сооружение, и Уэйлендз-Смайти в Беркшире — длинный курган с выложенной камнем гробницей. После этого они провели исследование Ньюгрейндж — большой коридорной гробницы с крестообразной камерой, а также двух погребальных сооружений в Лох-Крю; все эти объекты находятся на территории ирландского графства Мит. В камере каждого мегалитического сооружения были установлены громкоговорители, через которые звучали тоны; при этом подбиралась частота наибольшей интенсивности звуковых вибраций и наиболее громкого звучания. Камеры резонировали благодаря звуковым волнам: волны распространялись по коридорам, отражались в тупиках и, накладываясь на обратном пути, усиливали звук. Сравнив частоты, дававшие самую мощную реверберацию, исследователи были в немалой степени удивлены.

Несмотря на то что постройки значительно отличались размерами, формой и строительными материалами, все они резонировали в очень низком диапазоне частот: 95-112 герц. Это вполне соответствует вокальному диапазону человеческого голоса, по крайней мере мужскому баритону. Найденные в подобных постройках человеческие останки позволили археологам прийти к общему заключению: строения использовались в качестве погребальных камер. Исследователи задумались: могут ли резонансные качества, особые для каждой камеры, указывать на то, что либо до, либо во время захоронения в камерах совершались ритуальные песнопения? Глубина и реверберация голоса, звучащего на резонансной частоте камеры, значительно усиливается; благодаря этому может «создаться устойчивое впечатление присутствия сверхъестественных сил — богов или духов предков».{61}

Ученые из Университета Рединга изучили акустические свойства Кэмстер-Раунд, неолитической коридорной гробницы на территории Шотландии, проанализировав на примере точной копии резонансные свойства сооружения. И выяснили: поскольку гробница выстроена как узкий коридор, ведущий в круглую камеру, вся постройка должна резонировать по типу бутылки. Такой тип резонанса наблюдается в резонаторе Гельмгольца — бутылке с горлышком, в которую дуют; воздух в бутылке расширяется и сжимается как одно целое, порождая звук. Ученые обнаружили, что камера устроена таким образом, чтобы резонировать по типу бутылки, производя звук внутри камеры (это гораздо более вероятно, нежели предположение о том, что молящиеся в каменном веке собирались у входа в камеру и старательно дули внутрь). Выполненная в определенном масштабе модель показала — резонанс внутри строения должен составлять 4-5 герц.{62} Однако минуточку! Это ведь гораздо ниже диапазона человеческого голоса и, если уж на то пошло, диапазона тональности музыкальных инструментов. Звуки ниже 20 герц люди даже не слышат. Неужели стройная теория о том, что в каменном веке религиозные песни во время ритуалов заставляли камеру Кэмстер-Раунд резонировать, рассыпалась в пух и прах?

Но ученые так не думали. По их мнению, должен существовать способ, который позволяет наращивать звуковые вибрации даже при настолько малых частотах. Чистый тон состоит из колебаний давления, которые нашим ухом как звук не улавливаются. Только когда колебания следуют одно за другим непрерывно, наши барабанные перепонки вибрируют со скоростью более двадцати раз в секунду, и мы различаем ноту. Но при ударах в барабан со скоростью четыре-пять раз в секунду как раз и возникнут слышимые звуки, повторяющиеся с частотой 4-5 герц. Каждый такой удар вызывает звуковые волновые колебания (подобно колебаниям, из которых состоит чистый тон), однако за ударом следует реверберация кожи барабана — уж ее-то мы слышим.

Длинный курган Стоун и Литлтон эпохи неолита, найденный в Сомерсете, неподалеку от моего дома. Что, если он действовал по принципу резонирующей камеры, придававшей религиозным песнопениям большую звучность?

И, следовательно, слышим барабанную дробь со скоростью четыре раза в секунду, пусть даже такая частота недостаточна для того, чтобы наш мозг соединил удары в звук определенной высоты.

Между тем, пора бы выдвигаться с нашим барабаном прямиком в Шотландию.

Ученые собрали в погребальной камере аудиторию и принялись бить в барабан со скоростью четыре удара в секунду (частота в 4 герца). Слушавшая публика потом призналась, что во время барабанного боя у них возникли необычные ощущения — они почувствовали, будто звук определенным образом влияет на их пульс и дыхание. Некоторые говорили, что если бы барабанный бой длился дольше, у них участилось бы дыхание. А вот во время ударов такой же силы, но более медленных, от которых пространство не резонировало, таких жалоб было меньше.

Конечно, подобные ощущения — штука субъективная, однако когда ученые НАСА при конструировании ракеты изучали воздействие вибраций на человеческое тело, они обнаружили, что разные части тела взрослого человека резонируют на разных частотах. Отдельные внутренние органы на определенных частотах вибрировали интенсивнее, вызывая существенное «затормаживание жизненных функций организма и неприятные ощущения».{63} И какова же резонансная частота человеческого туловища? Да точно такая, к какой пришли исследователи погребальной камеры в Кэмстер-Раунд, — 4-5 герц.

Может, люди эпохи неолита, ударяя в барабан и вызывая инфразвуковой резонанс, верили, что общаются с духами, божествами или предками? Исследования 1970-х годов показали, что на частоте 4-5 герц люди испытывают головокружение и в целом чувствуют себя нехорошо (вибрации нарастают, отзываясь во внутренних органах), но и впадают в сонливость, у них появляется ощущение, будто они раскачиваются и вот-вот упадут.{64} Может, зодчие каменного века при проектировании строений учитывали их особые резонансные качества?

Что, если резонансный звук казался им звуком потустороннего мира, вызывал инфразвуковые колебания в их собственных телах и даже изменял их сознание? Интересно, а потревоженные соседи к их совести не взывали?

* * *

Вы когда-нибудь просыпались среди ночи в холодном поту, внезапно сознавая, что не имеете ни малейшего представления о том, что такое электромагнитная волна? Нет? Я — тоже. Но раз уж эти волны буквально повсюду, не мешает познакомиться с ними поближе.

От механических волн — волн звуковых и волн на поверхности воды — их отличает главным образом то, что они не зависят от физической среды, через которую распространяются.

Значит, придется нам пересмотреть свои представления о волне. Хотя… нелегко вообразить волну вне среды — чего-то такого, что перемещалось бы одновременно с распространением волны. Например, вы рассматриваете волны на воде. Рассуждать об океанической волне без воды, через которую она распространяется, попросту смешно. Ведь это механический тип волны — волна представляет собой перемещающуюся форму физического движения в определенной среде, в данном случае, в воде.

Зависимость звуковых волн от физической среды не столь очевидна, но ее вполне можно продемонстрировать. Волны давления, которые составляют звук, существуют только тогда, когда имеется физическая среда, через которую они распространяются, — будь то воздух, вода или стена между вами и вашим соседом, ярым фанатом хеви-метала. Не верите? Подвесьте маленький колокольчик внутри запечатанной стеклянной банки, откачайте из банки воздух вакуумным насосом (не сомневаюсь, что он у вас всегда под рукой) и потрясите этот вакуумный колпак. Вот вы и услышите (вернее, не услышите) доказательство.

Звуковые колебания, производимые колокольчиком в вакууме, ваших ушей не достигают. Вот почему, как поется в песне одной группы, «в космосе никто не услышит твой крик» или, если на то пошло, не услышит, как твой космический корабль взорвется. Грандиозные взрывы на просторах открытого космоса, которые так любят демонстрировать в фантастических фильмах, на самом деле сопровождались бы полнейшей тишиной — в открытом космосе недостаточно газообразного вещества для распространения волн сжатия-разрежения. Ну, а киношной братии для усиления эффекта эпизода межгалактического сражения я бы посоветовал ставить фортепианный аккомпанемент в стиле Чарли Чаплина.

Такая вот музыка сфер.

А волны электромагнитные, не в пример волнам механическим, распространяются в вакууме легко и просто. К примеру, Солнце мы пусть и не слышим, зато определенно видим и ощущаем. Если бы вместо колокольчика вы поместили в вакуумный колпак раскаленную добела нить накаливания, сразу увидели бы расходящиеся от нее световые волны. (Еще бы, ведь у вас получилась бы первая лампа накаливания с частичным разрежением — лишь позднее такие лампы стали заполнять инертными газами.)

Итак, если электромагнитные волны способны распространяться и в отсутствие физической среды, за счет чего происходит «волнение»? Физики ответят, что это, мол, результат совместных колебаний электрического и магнитного полей. Но, по правде сказать, я с трудом представляю себе, как это происходит.

Электромагнитные волны распространяются и туда, и сюда одновременно 

Физики и математики способны описать и спрогнозировать поведение электромагнитных волн с невероятной точностью. Они знают все об их образовании, способе распространения из одной точки в другую, взаимодействии с веществом, а также с электрическими, магнитными и гравитационными полями. Они осведомлены о самых интимных подробностях жизни этих волн, а все благодаря блестящему шотландскому математику и физику Джеймсу Максвеллу, который в 1864 году вывел ряд уравнений, описывающих электромагнитные волны как колебания электрических и магнитных полей. Уравнения Максвелла описывали поведение электромагнитных волн настолько точно, что ими пользуются по сей день.

Максвелл с помощью математических выкладок объяснил принцип действия электромагнитных волн. Прежде было неясно, что, собственно, эти колебания электрических и магнитных полей собой представляли. Электрическое поле — некое свойство пространства, оно оказывает воздействие на электрический заряд; то же самое можно сказать и про магнитное поле и магнит. Они тесно связаны, словно две стороны монеты: движение электрического заряда порождает магнитное поле, а движение магнита — электрическое поле. Судя по всему, благодаря этой взаимозависимости волны в вакууме и распространяются.

И все же понять, что такое электромагнитные волны, не так-то просто, поэтому наберитесь терпения. Итак, давайте начнем…

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле (ориентированное по отношению к нему под прямым углом), магнитное поле, в свою очередь, порождает электрическое поле (ориентированное все под тем же прямым углом) и так далее.

Поскольку изменения в одном поле влекут за собой изменения в другом, и наоборот, оба распространяющихся через вакуум поля подобны паре управляющих дрезиной человек — такой сюжет часто показывают в кино. Энергия перемещается в пространстве как поперечная волна, состоящая из двух компонентов, электрического и магнитного, ориентированных друг к другу под прямыми углами.[28]

Распространяясь в вакууме подобным образом, электромагнитные волны обладают все той же скоростью — скоростью света, то есть примерно 300 000 км в секунду, или 300 000 000 м в секунду.[29] Электромагнитные волны — самые быстрые; они составляют предельную космическую скорость, и, насколько нам известно, ничто не в силах их обогнать.

* * *

В 1981 году скандально известный доктор биологических наук Руперт Шелдрейк высказал идею о существовании формы резонанса, которая сильно отличается от резонанса колеблющихся струн, контуров или погребальных камер. Он назвал ее морфическим резонансом{65}, предположив, что эта форма резонанса способна объяснить в числе прочего и то, каким образом эмбрион развивается во взрослый организм. Шелдрейк выдвинул гипотезу: едва только в природе впервые возникает модель — неважно, биологическая или физическая, — она с большой долей вероятности повторится. Ученый утверждает, что самоорганизующиеся системы — клетки, кристаллы, организмы, общества — черпают данные из бездонного источника коллективной «памяти», в котором содержится информация о будущих изменениях в системах.

В качестве одного из доказательств своей гипотезы Шелдрейк приводит исследование, начавшееся в 1954 году и длившееся двадцать лет. В ходе исследования изучались способности к обучению у пятидесяти поколений лабораторных крыс.{66} Время, затрачиваемое крысой каждого поколения на освоение конкретного умения, сравнивалось — с целью выяснить, передаются ли способности наследственно. Оказалось, каждое последующее поколение крыс обучалось одному и тому же навыку быстрее, чем предыдущее. Исходя из чего вы наверняка сделаете вывод: крысы наследовали высокую способность к обучению на генетическом уровне.

И ошибетесь. В ходе эксперимента открылось нечто удивительное — параллельно увеличивалась скорость обучения и у контрольной группы крыс, из поколения в поколение освобожденных от необходимости учиться. Каждое последующее поколение обучалось быстрее, чем предыдущее, и это несмотря на то, что они становились первыми во всем крысином роду неучей. Похоже, старую крысу все-таки можно обучить новому трюку. Однако гораздо легче обучить молодую крысу старому трюку.

«Мы с тобой на одной волне?»

Шелдрейк предположил, что этот же принцип применим и к людям. Вы не только сами быстрее осваиваете игру, играя в нее чаще, но и помогаете тем, кто родится после вас, научиться играть в нее быстрее. Однако рассказывать об этом своим чадам подросткового возраста все же не стоит, иначе они найдут новое оправдание своим ежедневным бдениям с игровой приставкой — мол, будущим поколениям юных геймеров будет легче.

У Шелдрейка возникла следующая мысль: более успешное обучение последующих поколений, будь то лабораторные крысы или устроившиеся на диване подростки с игровой приставкой, объясняется существованием морфического резонанса. Впрочем, постичь механизм его действия ученый не пытался, а лишь обозначил как основу феномена — этого и многих других, связанных со сложными системами. Вполне возможно, что как естественные, физические колебания посредством волн вызывают соответствующие резонансные колебания, так и физические и биологические системы сходным образом влияют на структуры друг друга. В конце концов, как указывает Шелдрейк, «атомы, молекулы, кристаллы, органеллы, клетки, ткани, органы и организмы — все состоят из частей, претерпевающих беспрерывные колебания, и все имеют собственные характерные виды колебаний и внутренний ритм <…>».{67}

Пожалуй, безумная идея — о том, что морфическим резонансом управляют космические вибрации — могла прийти в голову разве что человеку обкурившемуся или нанюхавшемуся чего-нибудь этакого. Тут поневоле вспомнишь Тимоти Лири. А что, если Шелдрейк все-таки прав? Но стоило ему свою гипотезу озвучить, как старая научная гвардия тут же на него ополчилась.

Джон Мэддокс, редактор одного авторитетного научного издания, гипотезу Шелдрейка о морфическом резонансе решительно заклеймил: мол, книга Шелдрейка «Новая наука о жизни» — «первый за многие годы кандидат на сожжение».{68} В 1994 году, давая интервью «Би-би-си», Мэддокс заявил, что Шелдрейк «вместо занятий наукой ударился в гадания на кофейной гуще».

Мэддокс выступал и за то, чтобы книгу Шелдрейка запретить «точно так же, как церковь запрещала труды Галилея, и по той же самой причине: поскольку это ересь». (Однако тот факт, что Галилей оказался прав, а церковь — нет, был странным образом упущен из виду.)

Мэддокс и другие скептически настроенные ученые пеняли Шелдрейку на то, что его гипотеза слишком уж неохватна, что невозможно получить такие данные, которые ее опровергли бы (условие, необходимое для критерия научности). И навесили на гипотезу ярлык псевдонаучности.

Но Шелдрейку досталось не только от ученых, отнесшихся к его гипотезе с предубеждением. В апреле 2008 года он получил небольшое ранение — его ударил ножом в ногу один из слушателей в лекционной аудитории; произошло это в Санта-Фе, штат Нью-Мексико. Нападавшего, японца по национальности, арестовали и предъявили ему обвинение. Позднее японец признался: ему показалось, что он стал подопытным кроликом в эксперименте Шелдрейка с контролем над сознанием, во время которого Шелдрейк использовал «телепатию на расстоянии».{69}

* * *

Творящие в области саунд-арта художники Брюс Одланд и Сэм Ойнджер положили принципы акустического резонанса в основу своего «Гармонического моста», установленного в 1998 году на эстакаде автомагистрали возле Массачусетского музея современного искусства. К ограждающим перилам эстакады параллельно дорожному движению была прикреплена пара алюминиевых «настроечных труб». Микрофоны в этих трубах при определенном положении подхватывают звуковые волны, которые затем транслируются в громкоговорители вдоль пешеходного тротуара под мостом.

Трубы действуют подобно огромным музыкальным инструментам — своего рода диджериду[30]; они отзываются на рев, скрежет и гудки машин, притормаживающих у светофора на эстакаде. Длина полых сквозных труб — без малого 5 м; объясняется это тем, что выбранная основная частота резонанса должна приближаться к 33 герц очень низко звучащей ноты «до», располагающейся на фортепиано на три октавы ниже ноты «до» первой октавы.

Как в случае с вибрациями гитарной струны, в трубах резонируют и другие частоты — более высокие гармоники ноты «до». Стремясь добиться того, чтобы вместе с резонансом опорного тона «до» выделялись бы разные гармоники, Одланд и Ойнджер экспериментировали с положением микрофонов в каждой трубе. В конце концов было найдено такое положение, при котором транслировавшиеся через громкоговорители звуки пришлись Одланду и Ойнджеру по душе. В одной трубе они расположили микрофон на одной шестой от всей ее длины — в этом положении он воспринимал больше шестой и двенадцатый обертоны: оба — ноты «соль» (в одном случае выше ноты «до» первой октавы, в другом — ниже). В другой трубе микрофон расположили на двух седьмых от всей длины, подчеркивая седьмой обертон, «си-бемоль». Отделенный от ноты «до» всего полутоном, этот обертон, пожалуй, наименее гармоничный. Но Одланду и Ойнджеру его блюзовый оттенок понравился.

Два нехитро устроенных музыкальных инструмента вносят благозвучность в малоприятную сумятицу звуков дорожного движения, отбирая только те чистые частоты, которые резонируют в столбах воздуха. Транслирующийся из громкоговорителей внизу звук представляет собой гармоничное сочетание нот из обеих труб — преимущественно «до», «соль» и «си-бемоль», — причем звучание той или иной гармоники усиливается или затихает, в зависимости от интенсивности и тональности гула проезжающих машин. Более низкие шумовые звуки, например от двигателей автобусов и грузовиков, дают больше низких нот, резонирующих в трубах, а более высокие, например от легковых машин, мотоциклов, голосов пешеходов, дают больше высоких гармоник. Как выразились сами Одланд и Ойнджер, звуки «вдохнули в бездушное урбанистическое пространство жизнь — из заброшенного оно вновь стало обитаемым».{70}

«Гармонический мост» возле Массачусетского музея современного искусства в Норт-Адамсе, штат Массачусетс, придуманный Брюсом Одландом и Сэмом Ойнджером.
Вверху: «Настроечная труба» на эстакаде.
Внизу: Громкоговоритель под мостом передает ноту, при которой мост резонирует

Феномен резонанса рождается из тесных взаимоотношений волн и вибраций. Итак, в качестве итога перечислим три простых факта:

Волны и вибрации тесно связаны. Вибрации порождают волны, а волны являются распространяющимися видами колебаний.

Все, что способно вибрировать, обладает характерными собственными частотами колебаний, на которых вибрирует с наибольшей готовностью.

Волны с частотой, совпадающей с собственной частотой колебаний определенного вибрирующего тела, стремятся усилить его вибрации, сделать их все более и более выраженными.

Постучите по качественно сделанному бокалу для вина — вы услышите звучание чистой ноты, то есть звук собственного вида колебаний. Отойдите в дальний конец комнаты и пропойте эту ноту (в любой октаве). Вернитесь и прислушайтесь: бокал еще звучит в ответ на порожденные вами звуковые волны.

В самом явлении резонанса может и не быть ничего удивительного — это всего лишь дитя волны и вибрации, однако оно всегда вызывает ощущение чего-то таинственного, намекает на невидимые глазу волновые чудеса. Пропойте одну за другой разные ноты — бокал отзовется только на те, которые созвучны его собственной частоте колебаний.

Но резонанс возникает не только внутри физических вибраций и механических волн. Возникает он и внутри колебаний электрических токов и электромагнитных волн, например радиоволн. Резонансный контур внутри приемников дальней связи — будь то радионяня или система связи с космическим кораблем — средство, с помощью которого мы отделяем из невообразимого смешения передаваемых электромагнитными волнами сигналов единственно нужный сигнал.

Каждая волна по сути своей — вестник, она несет информацию о том, что ее породило. Это одна из функций волны — любая волна имеет свой источник. Она возникает в результате некоего возмущения, вибрации, колебания, то есть в результате какого-то явления, и неважно, кратковременное оно или непрерывное.

Бывает, помехи в виде других волн отсутствуют, что позволяет заметить ту самую единственную волну и расшифровать ее послание. В тихую, безоблачную ночь выпрыгивающая из воды в другом конце пруда рыбина заставляет отражение луны в воде танцевать и тем самым подсказывает рыбаку, куда забросить удочку. Однако чаще всего рядом с нужными нам волнами присутствуют другие, вносящие сумятицу, особенно сейчас, с развитием связи. В английском языке само слово broadcast[31] в буквальном смысле означает «посев вразброс», то есть разбрасывание семян на как можно большей площади и как можно более равномерно. То же самое можно сказать и о многих электромагнитных волнах — широкое вещание предполагает их прием на максимально большой территории. В каждый момент времени нас пронизывает бесчисленное множество электромагнитных посланий, волнами омывающих пространство вокруг; это сигналы радиостанций, средств связи аварийных служб, сигналы международного времени, а также сигналы мобильной связи, связи Wi-Fi, спутниковой, сигналы управления воздушным движением, текстовые сообщения, работа камеры контроля за скоростным движением, работа телеканалов, метеорологических радиолокаторов… Полную картину их столкновений и взаимодействий друг с другом — тут они накладываются, там переплетаются — представить в уме невозможно.

Из всей какофонии мы выуживаем одно-единственное зерно необходимой нам информации, и помогает нам в этом резонанс. Именно с его помощью удается вычленить переносимые волнами послания и сигналы. Благодаря резонансу хаос жизни упорядочивается, обретает ясность, а порой и красоту.

ЧЕТВЕРТАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ПЛЫВЕТ ПО ТЕЧЕНИЮ

Протекающий по немецкой Баварии Айсбах (в переводе с немецкого — «ледяной ручей») представляет собой небольшой рукотворный водоток от реки Изар. Он течет вдоль проложенного под центральными улицами Мюнхена тоннеля, выходя из-под земли на территории парка «Английский сад».

Мшисто-зеленая вода, устремляясь из-под сводов тоннеля, тут же ударяется о вырастающий из бетонного основания крутой водораздел. Водораздел подбрасывает поток вверх, создавая стоячую волну около метра высотой — поток вздымается дугой и обрушивается на себя же, растекаясь вспененной водой. В летнее время на тротуаре Принцрегентен-штрассе, улицы, из-под которой вытекает Айсбах, собираются толпы галдящих туристов: свешиваясь с каменной балюстрады, они с любопытством разглядывают водный поток, фотографируют.

Но внимание их привлекает не столько волна, сколько седлающие ее серфингисты — те направляют свои доски вдоль стоячей волны, мчась с одного конца ледяного потока к другому. Местные жители катаются на волне Айсбаха еще с начала 1970-х — прямо в центре города, рядом с оживленной трассой. Канал всего метров десять шириной, на волне есть место только одному — выстраивается целая очередь из желающих прокатиться. Серфингист прыгает на передний склон стоячей волны и катается: с одной стороны водного потока до другой. Вода под серфингистом несется с приличной скоростью, но сам он остается на волне, поток его не уносит. Вода ледяная, и кататься можно только в специальном гидрокостюме; крутясь и выделывая невероятные прыжки, серфингисты порой окатывают зрителей на берегу тучей холодных брызг. Катаясь на такой волне, спортсмен в то же время никуда не удаляется — зрители видят каждое его движение с близкого расстояния, чего никогда не случается во время заплывов на океанических волнах. Только когда серфингист теряет равновесие или задевает поток краем доски, его уносит быстрым, в водоворотах, течением. И волну седлает следующий.

Серфинг на стоячей волне набирает в Мюнхене популярность. Серфингистов можно увидеть и на другом притоке этой же самой реки Изар — Флоссканале в местечке Флоссленде, что в южной части Мюнхена. Эта волна не такая внушительная, как волна Айсбаха, да и скорость потока медленней. Однако она устроена в самом широком месте канала, что позволяет большему числу зрителей понаблюдать за заплывами. Поэтому ежегодно в последнюю субботу июля там устраивают Мюнхенские открытые соревнования по серфингу. Это единственные соревнования в мире, проходящие в более чем 300 км от ближайшего побережья, а все благодаря стоячим волнам, формирующимся внутри бегущего потока.

Серфинг по-мюнхенски
* * * 

Так что же такое стоячая волна?

Это волна, которая не перемещается из одной точки в другую. Нормальные, движущиеся волны берут начало из какого-либо источника и распространяются в виде колебаний через среду, которая сама целиком не перемещается. А вот гребни и подошвы стоячей волны, в отличие от волны обычной, никуда не перемещаются — надо сказать, такое поведение волне не свойственно. Почему же стоячие волны остаются «на приколе»? Тому может быть две разных причины, в зависимости от того, перемещается или нет сама среда, в которой они образуются, как, например, мюнхенский водоток.

Не зависящую от потока стоячую волну вы найдете и среди музыкальных инструментов. Именно благодаря ей звучит чистая нота. Дуньте в мундштук флейты — нормальные, свободно распространяющиеся звуковые волны пройдут вверх-вниз по столбу воздуха в инструменте.[32] Звуковые волны достигают обоих концов флейты и отражаются, возвращаясь обратно. Получается, что одни и те же волны распространяются назад и вперед по одному и тому же столбу воздуха — те, что отражаются от дальнего конца, проходят через те, которые идут со стороны мундштука. Сжатие (повышенное давление) и разрежение (пониженное давление) воздуха в любой точке по всей длине инструмента — результат наложения, или интерференции, распространяющихся вдоль флейты в обе стороны звуковых волн. Там, где две области максимального сжатия, пики волн, накладываются, воздух сжимается вдвойне. Там, где сжатие одной волны накладывается на разрежение другой — пик встречается с подошвой, — волны взаимно уничтожаются — образуется нормальное давление воздуха. Что же получается в результате интерференции одинаковых звуковых волн, распространяющихся туда и обратно по одному и тому же столбу воздуха? А вот что: там, где две волны всегда взаимно уничтожаются, порождая минимальные колебания атмосферного давления, образуются неподвижные узлы; там, где сжатия и разрежения накладываются, порождая максимальные колебания атмосферного давления, образуются пучности.

Комбинация одних и тех же движущихся в противоположных направлениях волн порождает форму колебаний стоячей волны, определяемую длиной столба воздуха. Эта форма не распространяется вдоль всей флейты, она остается на месте. Благодаря ей инструмент резонирует на гармонической частоте, флейта держит устойчивую ноту, в то время как нормальные, движущиеся звуковые волны распространяются в результате изменения давления у отверстий. Когда во время игры музыкант меняет положение пальцев, зажимающих отверстия, пучности (максимальные изменения давления) формируются в других точках вдоль флейты — тональность звучания инструмента при этом меняется.

Не правда ли, убийственно сухое описание удивительно теплого, звонкого звучания флейты в руках настоящего виртуоза? Сможете ли вы теперь наслаждаться началом третьего акта оперы «Кармен» — вне всяких сомнений, прекраснейшего оперного соло на флейте, — не отвлекаясь на всякие там узлы и пучности? Или я все безнадежно испортил? Я могу еще объяснить вам образование стоячих волн на примере струнных инструментов, когда поперечные волны распространяются вверх-вниз по всей длине струн, отражаясь от закрепленных концов и накладываясь друг на друга. Впрочем, не стоит портить вам впечатление от прослушивания еще и сюиты Баха для виолончели. Данный вид стоячей волны не имеет собственного названия, но, думаю, ей подошло бы название интерферирующей стоячей волны.

Наблюдать стоячую волну воочию можно в заливах, бухтах, дельтах рек. Идущие с моря волны отражаются от прибрежной полосы, идут обратно в противоположном направлении и в результате интерферируют с новыми, идущими с моря волнами. В итоге чаще всего гребни и подошвы волн беспорядочно перемешиваются, но иногда, при определенных периодах движения волн (а значит, их скоростях), отраженные гребни и подошвы встречаются с прибывающими гребнями и подошвами в одних и тех же точках бухты — образуется стоячая волна фиксированной формы колебаний. Эти неподвижные последовательности вздымающейся и опадающей воды, известные как сейши, состоят из узлов, в которых прибывающая и отраженная волны друг друга взаимно уничтожают, образуя более-менее гладкую поверхность воды, а также пучностей, в которых прибывающая и отраженная волны накладываются, вынуждая поверхность воды в значительной степени подниматься и опускаться.

В зависимости от размеров акватории бухты и периодов волн, сейши вырастают до гигантских размеров — вздымающиеся и опадающие волны треплют пришвартованные суда, порой выбрасывая их на берег. Яростные сейши появляются и тогда, когда поблизости от водных объектов, например озер, случаются землетрясения. Вода устремляется вверх и низвергается вниз — волны, ударяясь о берег, поворачивают вспять, накладываясь на идущие следом. (То же самое явление можно наблюдать в тарелке с супом: когда вы несете тарелку к столу и вдруг спотыкаетесь, суп в тарелке начинает плескаться, ударяясь о ее стенки, — поднимающиеся и опускающиеся пучности формируются у стенок, а узел неподвижной суповой жидкости образуется в центре.)

Но серфингисты в Мюнхене катаются не на интерферирующей стоячей волне. Их волна относится ко второму типу стоячей волны — тому, что формируется внутри потока. Как и первый тип, в науке она все еще остается безымянной; я называю ее струйной стоячей волной. Миниатюрную копию волны этого типа можно увидеть в ручье, струящемся поверх чуть выступающего из воды камня.

Со стороны, защищенной препятствием (чуть ниже по течению) образуется либо резкий (по сравнению с уровнем воды) подъем вверх, либо (когда течение не такое быстрое) никуда не распространяющаяся легкая волнистость. Препятствие, в частности камень, направляет поток вверх. Оказываясь над уровнем равновесия, гребень под воздействием силы тяжести устремляется вниз, ныряя ниже уровня равновесия и образуя подошву. Через некоторое время, дальше по течению, поток возвращается к равновесному состоянию.

Наверняка под покровом сумерек дядюшка Рэт и мистер Крот, персонажи из «Ветра в ивах», бросают полоски коры в реку и гребут к струйной стоячей волне, чтобы прокатиться на ней.

* * *

Струйные стоячие волны формируются также и в атмосферных потоках — там их иногда можно увидеть как облака lenticularis[33]. Эти облака появляются в том случае, когда потоки ветра натыкаются на довольно крупное препятствие — холм или гору — и взмывают вверх. А свое название облака получили от латинского слова lentil, что значит «чечевица».

Ничего смешного в таком названии нет — облака и впрямь напоминают чечевичные зерна, пусть даже зерна эти белые и плывут по небу несколько километров.

Подбрасывающее воздушный поток вверх препятствие геологического происхождения действует точно так же, как и камень в ручье, или водораздел в Айсбахе. Когда атмосфера, как выражаются метеорологи, стабильна, воздушный поток поднимается и ныряет вниз со стороны, защищенной горой — совсем как водный поток. До тех пор пока ветер дует с постоянной скоростью, невидимая стоячая волна воздуха остается на месте с подветренной стороны горного пика. При определенной температуре и влажности атмосферы возле одного или нескольких гребней волны образуются облака в форме чечевичных зерен.

Крошечные капли формируются, когда воздух, поднимаясь с переднего края волны, расширяется и охлаждается до температуры конденсации. Тогда-то мы и наблюдаем облака, парящие там, где им положено парить, — внутри потока крепкого ветра. То есть воочию наблюдаем стоячую волну ветра. Крошечные капельки, формируясь у переднего края волны, подхватываются ветром. Позади волны, там, где воздушный поток ныряет и вновь нагревается, они испаряются. Со стороны облако кажется застывшим, хотя на самом деле внутри него капельки носятся, подхватываемые взмывающим и низвергающимся воздушным потоком.

Чечевицеобразные облака — отличительный признак местности, годной для занятий планеризмом. Пилоты катаются на стоячей волне с подветренной стороны горной вершины совсем как мюнхенские серфингисты в водном потоке — маневрируют планерами из стороны в сторону, не покидая восходящую часть воздушного потока. Чечевицеобразные облака служат планеристам чем-то вроде маяков, указывающих на те места, где невидимая воздушная река взмывает — там можно подняться на планере, и устремляется вниз — такой нисходящий поток грозит разбить планер о землю.

Саму воздушную реку, которая образует струйную стоячую волну с подветренной стороны горной вершины, вы не видите, зато видите чечевицеобразное облако у гребня волны
* * * 

Может показаться, что образование струйных стоячих волн зависит от потока, в то время как обычные движущиеся волны легко распространяются через неподвижную среду. Увы, все не так просто. Подобное утверждение справедливо далеко не для всех волн. Взять, к примеру, волны океанические. Течения возникают в океанах по всему миру; какой же эффект они оказывают на обычные движущиеся океанические волны? Иногда под влиянием течения волны превращаются в сущие чудовища.

Течение мыса Игольного проходит в юго-западном направлении вдоль восточного побережья Африки. Едва огибая мыс, самую южную точку континента, оно встречается со штормовыми волнами Южной Атлантики, идущими в противоположном направлении. Волны, сталкиваясь со встречным течением, замедляются. И сила их при этом убывает, подумаете вы. Ничего подобного! Не зря португальский мореплаватель Бартоломеу Диаш, шедший вдоль этого побережья в 1488 году, окрестил мыс Cabo das Tormentas[34].

Чтобы разобраться в том, почему океанические волны, наталкиваясь на встречное течение, растут в высоту, нам придется нагнать тех самых пришельцев из предыдущей главы, космический корабль которых потерпел крушение в пустыне.

К этому времени они, выйдя на дорогу, дошли до ближайшего городка и оказались в торговом центре. Визг и вопли местных жителей порядком их напугали. Они ринулись бежать — так быстро, как только конечности с присосками им позволяли, рванув к эскалаторам в надежде укрыться на другом этаже. Но, будучи незнакомыми с таким хитроумным изобретением, совершили ошибку: побежали вверх по эскалатору, ведущему вниз. Когда на ленту эскалатора ступил первый пришелец, скорость его бега замедлилась, поскольку лента шла ему навстречу. Бежавший за ним следом пришелец в замешательстве остановился и только потом прыгнул на ленту. То же самое один за другим проделали и остальные. В итоге, борясь с идущим навстречу полотном эскалатора, пришельцы сбились в кучку. И только соскакивая с эскалатора наверху, напротив магазина женского белья, запыхавшиеся пришельцы вновь растянулись цепочкой — каждый прыгал с движущегося полотна на твердую землю немного раньше следующего за ним.

Примерно так же ведут себя и океанические волны, наталкиваясь на встречное течение. Они проходят через него, замедляясь: гребни волн жмутся друг к другу — длина волны сокращается. Поскольку иного пути у воды нет, она, благодаря эффекту гармошки, устремляется вверх — волны растут.

Чудовищные волны появляются там, где большие океанические зыби наталкиваются на встречные океанические течения 

Этот самый эффект — одна из причин, по которым зыби у мыса Доброй Надежды вырастают до невероятных размеров. Но есть еще два фактора. Один — эффект Ревущих сороковых, океанических пространств: ватага яростных, беспощадных ветров несется вокруг земного шара на юг, не встречая на этих широтах Антарктического океана никаких препятствий в виде суши. Задувая навстречу Течению мыса Игольного, эти ветры щедро делятся своей энергией, подталкивая гребни волн вперед. Другой фактор — эффект, оказываемый на течение в момент фокусировки волновой энергии.

Тем временем пришельцы, оказавшись на верхнем этаже, вновь дружно хватаются за руки-присоски и с криками бегут вдоль торговых рядов. Тот, что в середине цепочки, спортивной формой не отличается и начинает отставать. Отставая, он потихоньку тянет за собой к середине крайних, которые мчатся стремглав.

То же самое происходит и с волнами по обе стороны от Течения мыса Игольного. Они, подобно более спортивным пришельцам по краям цепочки, продвигаются быстрее, не натыкаясь по ходу следования ни на какие преграды вроде встречного океанического течения. Эти волны тоже затягивает в середину, но не потому, что в середине собрались сплошь хиляки — бег срединных волн замедляется встречным течением. Происходит рефракция, вызываемая волнами, меняющими скорость распространения при столкновении со встречным течением. Волны фокусируются в середине; там, внутри течения, их энергия концентрируется на небольшой площади акватории, вынуждая гребни взметываться еще выше.

Вот почему волны в открытом море возле мыса Доброй Надежды вырастают под 30 м, если измерять от подошвы до гребня — почти с десятиэтажный дом. Более того, при сжатии волн гармошкой их склоны становятся особенно крутыми. Однако такие громадины, скорее, не правило, а исключение. Их называют аномальными волнами[35], они в два раза выше волн господствующего направления.

Видимо, аномальные волны возникают тогда, когда две и более штормовых волны, уже и без того высокие и крутые, благодаря течению, проходят через один участок акватории одновременно и совмещаются, образуя волну, затмевающую все остальные. Иногда за высоким гребнем следует не менее глубокая подошва. Она особенно опасна для кораблей, поскольку ее замечают в последний момент, когда корабль балансирует на гребне предыдущей волны.{71} Нет ничего удивительного в том, что морское дно возле южной оконечности Африки усеяно обломками судов.

«Какая царапина? Ах, эта? Так когда я посудину брал, она уже была».

В 1974 году в водах Течения мыса Игольного норвежский танкер «Уилстар» попал в шторм и пострадал от удара аномальной волны. Обшивку его носовой части при этом вспороло, что крышку банки с сардинами

* * * 

На днях мне попались на глаза строки, написанные в 1920-х годах американским поэтом Робертом Фростом:

Морская волна зелена.
Но там, где стихает прибой,
Восходит иная волна
Песчаною желтой горой.
То море на сушу пошло
Дома засыпать у людей,
Которых оно не смогло
Оставить в пучине своей.{72}

Прочитав их, я задумался о волнах песчаных. Они действительно волны, или таковыми только прикидываются?

Когда заходите на мелководье, обратите внимание на маленькие гребни песка под ногами. Мне всегда нравилось ощущение от этой плотно уложенной волнообразной ряби, массирующей ступни. Она образуется под действием волн, когда те накатывают на берег и вновь устремляются в море. Другая причина — приливы и отливы. Расстояние между отдельными гребнями песчаной ряби бывает совсем небольшим, всего в несколько сантиметров. Волнообразные гряды, отстоящие друг от друга на метр и более, формируются ниже быстрого, сильного течения — например, стремительного потока приливной волны, зажатого массивами суши. Когда течение быстрое, а песчинки довольно крупные, расстояние между отдельными гребнями ряби может достигать от 1 до 15 м; такие волны-переростки называют «мегаваликами ряби».

Плотно уложенные волнообразные наслоения влажного песка, образованные на морском берегу приливами и отливами. Сходство с рябью на воде поразительное. Но связывает ли их что-то еще?

К песчаным волнам относятся и еще более внушительные волнообразные гряды. Например, морское дно у побережья Голландии, где господствуют сильные течения, покрыто песчаными волнами на площади более 14 000 кв. км; при этом длина волны иногда достигает более 800 м, а высота — аж 18 м. Эти волны мигрируют вместе с течением, проходя от 10 до 150 м в год.{73}

Многие из этих так называемых русловых гряд и впрямь выглядят как песчаные волны. Они формируются под действием водных течений, иногда их даже называют песчаной рябью. Но в самом ли деле они — волны?

* * *

Что можно сказать о сухопутной родне этой подводной ряби — нанесенных ветром волнообразных песчаных образованиях?

Как и их подводная родня, эти волны бывают разных размеров. Самые маленькие — бесконечные полосы ряби вдоль сухой, продуваемой ветром части пляжа. В середине июля мне случилось наблюдать их на близком расстоянии. День хоть и выдался жаркий, для принятия солнечных ванн мало подходил — ветер гнал по земле песок, песчинки которого — стоило вам только прилечь на расстеленное одеяло — покалывали щеки и забивались в глаза и уши. Некоторое время я стойко переносил неудобства, глядя на едва различимую, всего в нескольких сантиметрах от поверхности земли, песчаную пелену, которая оседала в виде крошечной ряби. Временами мне казалось, что рябь даже колышется. Может, это форма волны, нанесенной ветром? Песчаная рябь рождалась из потока воздуха, совсем как чечевицеобразные облака стоячей волны, вот только когда ветер стихал, переставая ее подталкивать, замирала. С другой стороны, чечевицеобразное облако в момент исчезновения образовавшего его воздушного потока попросту рассеивается. Так может, Роберт Фрост был прав? Вдруг эта песчаная рябь — иссохшие, медленно распространяющиеся волны?

Что, если песчаные моря Сахары покрыты медленно бегущими сухими волнами?

Ну конечно, Фрост имел в виду вовсе не те неподвижные, поросшие быльем волны — он писал о дюнах из рыхлого, сыпучего песка. Которые свободно передвигаются под воздействием ветра.

Вы можете встретить их в засушливых, практически лишенных растительности, районах, например, в бескрайних песчаных морях Ливии и Египта. На громадных пространствах этих пустынь ничем не сдерживаемый песок передвигается свободно, образуя непрерывные, насколько глаз хватит, поля дюн. Которые под действием господствующих ветров шаг за шагом наступают. И так из года в год. В одном случае контуры этих песчаных морей напоминают плавные, изящно очерченные дуги — вроде океанических зыбей, в другом — остроконечные пики волн штормового моря.

Кажется, что пустынная дюна, как волна океаническая, будет существовать вечно, она «…в намеках говорит про неизменность»[36].{74} В то же время дюна — символ времени на исходе. Одна из острейших проблем современности — опустынивание, причинами которого служат и выбивание пастбищ, и вырубка лесов, и чрезмерное использование водных ресурсов. В итоге наступающие дюны засыпают все: плодородные земли, дороги, железнодорожные пути, деревни…

Больше всех от дюн страдает население Китая, где обширные пустыни на севере и северо-западе постепенно двигаются на восток. По подсчетам Азиатского банка развития на 2001 год дюны в провинции Ганьсу захватили 1 300 кв. км сельскохозяйственных угодий и угрожали занести песком четыре тысячи деревень.{75} С юга на древний город Дуньхуан, некогда важный перевалочный пункт на Великом шелковом пути, наступают дюны высотой без малого 500 м. Этот «горный хребет»

вынуждает оазис сокращаться — глубина озера Юэяцюань, в 1960-х годах достигавшая 10 м, сейчас едва дотягивает до метра. В конце 1990-х на всей территории Китая дюны каждый год поглощали более 10 000 кв. км пахотной и пастбищной земли.{76}

Неумолимо наступающий песок представляет опасность и для других стран. Данные отчетов за последние десять лет показали: в Афганистане на территории Систана засыпало более сотни деревень, в соседнем Иране — сто двадцать четыре. С постоянно растущим опустыниванием сталкиваются и в Бразилии, Индии, Мексике, Кении, Нигерии, Йемене.{77}

Пытаясь противостоять надвигающимся волнам песка, которые уже в 240 км от Пекина, китайское правительство запустило семилетний проект по высадке деревьев. Проект получил название «Зеленая китайская стена»; предполагается сформировать вокруг города «зеленый пояс» из деревьев протяженностью в 4 500 км. Идея проекта заключается в том, что корни деревьев скрепят почву, затрудняя и даже останавливая наступление пустыни.

И хотя эти волны песка далеки от какого бы то ни было океана, похоже, что в действительности «море на сушу пошло», чтобы «дома засыпать у людей, которых оно не смогло оставить в пучине своей».

Строки Роберта Фроста еще отзываются у меня в ушах, но пора бы уже разобраться с этой путаницей — раз и навсегда. Единственный способ выяснить, являются ли песчаная рябь, мегавалики ряби, барханы и дюны формами волн, — обратиться к специалисту.

Где такого специалиста найти? А вы поспрашивайте тут и там. Только имейте в виду — вам нужен геоморфолог, изучающий эоловые процессы.

* * *

Доктор Андреас Баас, старший преподаватель лондонского Кингз-Колледжа, читающий курс по физической географии, как раз из их числа. Дозвонившись до него, я обрадовался как ребенок — аж неловко за себя стало. И все-таки… на том конце провода со мной говорил человек, который способен подтвердить: да, перемещающиеся волнистые образования песка, обнаруженные в потоках воды или ветра, в самом деле являются волнами, пусть даже при этом они зернистой структуры и медленно распространяются. Представьте мое разочарование, когда Андреас Баас сказал, что я все не так понял.

«Мы, геоморфологи, всегда против того, чтобы дюны называли волнами, — сразу же начал он, — потому что механизм их формирования сильно отличается от механизма формирования океанических волн».

В итоге Баас не оставил от моей теории о дюнах камня на камне — буквально в порошок стер. Хотя и оставался при этом крайне любезным. Мои же попытки отстоять свою идею, доказать, что песчаные образования — это форма волны, с самого начала выглядели жалкими и неубедительными.

Мы едва начали нашу беседу, как доктор нанес первый удар: заявил, что дюны в корне отличаются от волн — на самом деле ветер не поднимает и не деформирует поверхность песка, как он это проделывает с водой. На море вода погружается до начального уровня, и возмущение среды распространяется вдоль поверхности. В случае с дюной ветер переносит песок, который начинает собираться вокруг какого-либо препятствия или небольшого бугорка, образуя скопление песчинок. Слушая объяснения Бааса разницы в формировании дюн и волн, я, сам того не заметив, потерял бдительность.

Дюна вырастает только благодаря потоку несомых ветром песчинок. Однако океаническая волна от потока воды не зависит

Ой, как же это, а? Впрочем, я тут же нашелся: а стоячая волна? Разве она формируется не в водном потоке? И, если уж на то пошло, не вокруг препятствия?

«Но вы говорите о воде, которая течет именно что через форму волны», — терпеливо втолковывал мне Баас. Песок уж точно не течет вместе с ветром через форму дюны, как это происходит в случае со струйной стоячей водой. Песчинки в середине огромной кучи песка никуда не перемещаются, несмотря на дующий над ними ветер. Сама дюна не формируется под влиянием общего потока песка, походя на горизонтальный оползень. В воздух поднимается и перемещается вместе с ветром лишь верхний слой песчинок.

Должен признаться: слова Бааса о том, что при сравнении дюн и стоячих волн в потоках все не так просто, меня порядком воодушевили.

Вторая причина, по которой дюны радикально отличаются от океанических волн, заключается в их форме. «Дюны асимметричны, в то время как волны обладают симметрией — наветренный и подветренный склоны волны практически идентичны», — сказал Баас.

Песчаные и океанические волны зачастую разнятся даже по форме

Оказывается, наветренный склон дюны достаточно пологий, около 11 градусов, в то время как подветренный круче — 30 градусов и более. С подветренной стороны периодически случаются обвалы — дюна под воздействием ветра сантиметр за сантиметром продвигается вперед.

На этот раз, получив очередной нокдаун, я тут же вскочил: как насчет волны, которая разбивается на берегу? Разве не обладает она пологим наветренным склоном и крутым подветренным, низвергающимся каскадом воды?

«Ну что ж, давайте рассуждать дальше, — согласился мой противник. — В случае с буруном перемещается весь поток воды. Вода внутри волны в данном случае на самом деле движется — вперед».

Думаете, меня этот довод вразумил?

Но вскоре Баас стер с моего лица снисходительную улыбочку, выдвинув третий аргумент: «Конечно же, в отличие от океанической волны, миграция волнообразной формы дюны осуществляется посредством переноса вещества над поверхностью». Другими словами, способ, которым песок перемещается, сдвигая дюну сантиметр за сантиметром, сильно отличается от способа передвижения воды во время распространения волны вдоль поверхности океана. Благодаря ветру песчинки скапливаются на одной стороне дюны и переносятся — вверх и через вершину, — совершая серию прыжков. Такой способ передвижения называется сальтацией. Периодические обвалы песка с подветренного склона дюны означают, что вся дюна передвигается — как медленно ползущий гусеничный танк.

Песчаные и океанические полны распространяются совершенно разными способами. Вот ведь, а! 

Моя защита начала рушиться: Баас своей аргументацией уничтожил теорию о дюне как волне напрочь. Вы и сами можете убедиться, как далеки песчаная волна и волна океаническая друг от друга, если представите себе картину полного штиля. Возьмем дюну: холмик песка стоит как вкопанный, никуда не двигается. Чтобы он начал передвигаться, необходимо постоянно на него воздействовать. С волной иначе — стоит вам только хлопнуть рукой по воде, возмущения в виде волны распространяются все дальше и дальше — на той частичке энергии, которую вы им изначально передали. То есть подталкивать волну не надо. Так и с поверхностью океана во время шторма — благодаря изначально переданной ветром энергии волны распространяются еще долго после окончания шторма. Ветра давно уже нет и в помине, а океанические зыби продолжают свой дальний, на сотни километров, забег.

Нет, ну надо же! С этим не поспоришь. Итак, я повержен.

И тут меня осенила гениальная идея. Как-то я читал о дорожных пробках: мол, они распространяются вдоль дорог вроде волн — само собой, не тех, что вздымаются и опадают, а волн сжатия, распространяющихся форм из более плотно едущих машин. Раз дюна передвигается вперед за счет подпитки песчинками с одной стороны и убыли этих самых песчинок с другой, нельзя ли представить ее в виде дорожной пробки, двигающейся за счет подпитки машинами с одной стороны и убыли машин с другой?

«Да-да, очень меткое сравнение, — одобрительно отозвался Баас. — Думаю, тут все зависит от того, насколько принятое вами определение волны строго», — прибавил он, великодушный в момент торжества над противником.

Я уже не был уверен в том, какое именно определение волны брал за основу, однако в одном не сомневался — строгостью оно не отличалось. Строго говоря, оно было весьма нестрогим.

* * *

Сменив прежнее лондонское житье-бытье на не лишенную своих прелестей жизнь в сельской местности Сомерсета, я стал слишком много времени проводить в разъездах по главной магистрали юго-западной Англии — трассе А303. Движение на ней паршивое в любое время суток, но если я по глупости отправляюсь в путь ближе к выходным, рискую угодить в один из «тромбов», плотно закупоривающих эту дорожную артерию.

Трасса чередует одностороннее движение с двусторонним, что порядком раздражает. При плотном движении слияние двух полос в одну неизбежно заставляет возвращаться, проезжая назад не один километр.

В принципе, понятно, откуда пробки. Но иногда они возникают на ровном месте (и вовсе не потому, что какой-то придурок гонит по внутренней полосе, перестраиваясь в самый последний момент).

Так вот, еще минуту назад все мы худо-бедно — в тесноте, да не в обиде — едем. А в следующую секунду — пока я, ничего не подозревая, любуюсь себе видом облаков над Салисберийской равниной — движение вдруг резко замедляется: мы плетемся черепашьим шагом.

В чем причина? Ремонтные работы? Авария? Какой-нибудь «тормоз» засмотрелся на облака и потерял управление? Неясно. Хотя мне и кажется, что стоит только проехать ближайший поворот, как все прояснится. Вдруг машины впереди трогаются — мы снова едем.

Так что же это все-таки было?

Юки Сугияма, профессор японского Университета Нагоя, возглавляет Математическое общество изучения транспортного потока. Прежде чем вы помчитесь в это общество вступать, предупреждаю: туда принимают только «физиков, инженеров, математиков и биологов, занимающихся проблемами транспортного потока».

Я позвонил профессору, чтобы пообщаться с ним на тему волн трафика. Тот объяснил: сужение участка дороги — совсем не обязательное условие для образования дорожной пробки. «Число участвующих в дорожном движении машин никогда не бывает постоянным, поэтому едва средняя плотность автомобилей превышает критическое значение, возникает пробка. Причем виновником может стать абсолютно любой автомобилист». Другими словами, если на трассе слишком много автомобилей, течение дорожного потока становится нестабильным. А значит, любой водитель, сам того не желая, может создать пробку. Что рано или поздно и происходит.

Уверенность Сугиямы в том, что пробка возникнет посреди оживленного движения и в отсутствие каких-либо серьезных затруднений, подкрепляется результатами эксперимента, в ходе которого машины двигаются по кругу безостановочно, не встречая на своем пути каких бы то ни было препятствий.{78}

Сугияма, как и другие ученые, изучающие закономерности дорожного движения, в течение многих лет проводил свои исследования, моделируя дорожные пробки на компьютере. Однако первым подтвердил теорию спонтанного образования пробки на практике.

Двадцать два автомобиля, рассредоточенные с шагом в двести метров по кругу, должны были двигаться на скорости 30 км/ч, причем, идти как можно ровнее, держась от машины впереди на безопасной дистанции.

После первого-второго круга дистанции между машинами начали меняться. И происходило это не по вине какого-то одного водителя — фактор небрежного вождения исключался. Просто по мере движения скорость каждого автомобиля хоть чуть-чуть, но менялась. И поскольку машины по кругу двигались в довольно плотном режиме, эти колебания случайного характера становились причиной нарушений равномерного движения. Которые вскоре стали нарастать.

Замечая, что впереди идущая машина слегка приблизилась, водитель притормаживает, но чуть больше необходимого — получается, что он слишком замедляет ход. Соответственно, то же самое происходит с машиной позади. Таким образом, «возмущение» в транспортном потоке нарастает. Проходит совсем немного времени, и вот уже развивается волна трафика — небольшая пробка машин в пять: машины, едва успев двинуться, тут же вновь останавливаются.

Как только автомобили, проходя всю пробку, добираются до ее «головы», они вновь двигаются свободно, со скоростью 30 км/ч. А тем временем позади них застревают очередные авто. Получается, что хотя автомобили едут вперед, сама пробка передвигается в транспортном потоке назад.

И пускай затор ничтожный, всего в пять машин, тем не менее, это пробка. Выходит, затрудняет движение вовсе не суженный участок дороги — достаточно более-менее плотного потока машин. Если рассматривать не эксперимент, а реальные дорожные условия, то километр трассы вмещает в себя невообразимое количество машин. В результате чего движение становится нестабильным, и образуется пробка вселенских масштабов. Механизм одинаков, независимо от особенностей ландшафта или скоростного режима. Измерения потока машин на разных трассах Германии и Японии показали: свободное движение начинает затрудняться при плотности в сорок машин на полтора километра.{79} Если число автомобилей увеличивается, движение становится нестабильным, а неизбежные легкие колебания в скоростных режимах водителей вскоре приводят к волне «движения с частыми остановками».

Если дорога на работу и обратно вас слишком утомляет, непременно попробуйте этот маршрут 

Скорость, с которой небольшая пробка в эксперименте Сугиямы продвигалась через транспортный поток назад, была примерно такой же, что и скорость распространения волны трафика на настоящей трассе. При видеосъемке с неба становится ясно: независимо от серьезности пробки скорость, с которой спонтанно образовавшийся затор из машин продвигается в обратном транспортному потоку направлении, всегда одна — около 20 км/ч.{80} Представьте себе пробку на трассе федерального значения, растянувшуюся километра на три. При условии, что общее число машин на отрезке дороги не меняется, пробка будет про двигаться назад: одни машины, добравшись до ее «головы», вернутся к свободному движению, другие, добравшись до ее «хвоста», застрянут. Через час трехкилометровая пробка передвинется примерно на 20 км назад (или, на самом деле, вперед — в противоположном направлении от движения самих машин).

Если тот факт, что волна трафика всегда движется с одной скоростью (невзирая на размер пробки и общую скорость движения потока машин), кажется вам противоречащим здравому смыслу, вспомните: скорость продвижения волны зависит, прежде всего, от скорости реакции водителей. Она определяется тем, насколько быстро водители, перед которыми дорога, наконец, расчищается, отъезжают. А эта скорость везде практически одинакова, несмотря на конкретные скоростные ограничения.

Наконец подошел черед главного вопроса, вопроса, что называется, на миллион:

Является ли волна трафика действительно волной? И если да, то к какому типу волн относится?

«Волна трафика — кластерное решение не сохраняющей энергию открытой системы[37]», — изрек Сугияма.

Отлично! Рад, что с этим мы разобрались.

Наконец мне удалось выяснить — волна трафика действительно передвигается таким же образом, как и песчаная дюна. Однако обе они существенно отличаются от волны океанической, причем даже той, что образуется в речном или морском течении и формируется внутри потока.

Дорожные пробки и дюны относятся к открытым системам — их энергия не заключена в определенные рамки, она вытекает. Поэтому чтобы волновая форма распространялась, нужно все время ее подпитывать. Если переносящий песчинки ветер стихает, дюна превращается в стоящую на месте кучу песка. Также и с волной трафика: если водители перестают выжимать газ, расходуя топливо, чтобы добраться до «головы» пробки и вырваться на свободу, то волна трафика не продвинется назад. Все так и будут целыми днями сидеть в своих машинах без всякого движения.

И наоборот, движущаяся вдоль водной поверхности волна существует в системе, которая рассеивает сравнительно мало энергии. Водная поверхность приходит в возмущение, и далее это возмущение распространяется самостоятельно — в качестве волны.

По крайней мере, именно так я понял профессора.

«Исследование явлений вроде дорожной пробки с точки зрения физических законов — совершенно новая, только зарождающаяся область физики, — поделился со мной профессор Сугияма. — И хотя пробки для нас — давно уже неотъемлемая часть жизни, мы до сих пор так до конца в их природе и не разобрались».

Перед тем как попрощаться, я полюбопытствовал у профессора: как ему пришла в голову идея изучать особенности поведения транспортного потока? Наверняка это произошло в то самое время, как он простаивал в пробке на трассе вроде британской А303?

«Что вы, — тут же возразил профессор, — я езжу подземкой. И совсем не вожу — попросту не умею. У меня и водительских прав-то никогда не было».

* * *

После всех этих заторов и пробок мне захотелось проветриться — я вновь отправился на прогулку вдоль местной речушки. Заканчивался июль; появившиеся на днях высокие башни облаков Cumulonimbus[38] пролили потоки дождя, который шел несколько дней. Русло речки заполнилось до краев; ее спокойные воды теперь мчались бурным потоком.

Камень в тени ивы, обычно торчавший из воды, почти целиком скрылся, едва угадываясь под водой. Поток воды устремлялся вокруг камня; его тихое журчание успокаивало. Казалось, вместе с потоком прочь уносятся все тревоги и волнения.

Как раз с подветренной стороны камня я обнаружил нашу старую знакомую — струйную стоячую волну. Не будь моя голова забита мыслями о волнах внутри потоков, я бы ее даже не заметил. В конце концов, вид у волны вполне заурядный — поток воды приподнимается и ныряет. Не занимательнее ветра в ивах.

Но тут я посмотрел на нее другими глазами. И мне показалось, что не так уж она и проста: в определенный момент бегущий поток как будто замирает. Только что вода поднималась и ныряла, образуя волну, и вот уже она исчезает. Однако сама-то волна остается, подпитываемая очередной порцией нескончаемого потока.

Может, вы и решите, будто я малость тронулся умом, но мне подумалось вот что: ну как этот вот волновой изгиб потока — на самом деле штука осязаемая, вещь сама по себе? Волна видима, на нее можно указать пальцем, о ней можно помыслить… И в то же время, это всего-навсего небольшое отклонение воды от основного курса. Мне показалось, что передо мной воплощение волны абстрактной. По правде говоря, о волнах внутри потоков рассуждать непросто. Кластерные решения, открытые системы, критические значения… Похоже, чем длиннее слова, тем они отвлеченней, тем сложнее постичь их смысл. Я буквально тонул в волнах. Волны увели меня в зыбкий мир умозрительного, и я нуждался в проводнике, который вернул бы мне твердую почву под ногами.

Придя домой, я стал искать телефон профессора философии, преподававшего нам в университете. А интересовало меня вот что: существовал ли такой мыслитель, который сказал о значении волны в потоке хоть что-то?

Оказалось, существовал — некий Гераклит, древнегреческий философ из досократиков, живший около 500 г. до н.э.

* * *

Свидетельств тому, что Гераклит написал о стоячих волнах хотя бы слово, нет; впрочем, о волнах как таковых он вообще не высказывался. Однако о реках и потоках у него кое-что есть. По крайней мере, ему приписывают несколько фраз на эту тему, хотя ни одна из Гераклитовых книг не сохранилась. Все, что мы знаем о его философии, дошло до нас через другие источники: цитата там, параграф здесь — всего лишь небольшие фрагменты, причем всегда в чьем-то пересказе.

Судя по дошедшим цитатам, Гераклит предпочитал выражаться загадками, неясными, многозначительными метафорами.[39] Он любил тезисы, содержащие внутреннее противоречие, вроде: «Путь вверх-вниз один и тот же», «Совместны у [окружности] круга начало и конец» или «Одно и то же в нас — живое и мертвое, бодрствующее и спящее, молодое в старое, ибо эти [противоположности], переменившись, суть те, а те, вновь переменившись, суть эти»{81}. Неудивительно, что некоторые называли его Гераклитом Темным, или Мрачным.

Гераклит абсолютно все рассматривал с точки зрения изменений. Хотя пламя кажется чем-то определенным — оно ярко светит, подрагивает на ветру, — в действительности это процесс, видимая фаза перехода одного состояния в другое. То же самое можно сказать и о реке; Гераклит утверждал, что «дважды тебе не войти в одну и ту же реку, ибо притекает другая вода»{82}. Дубовая балка под крышей лишь кажется чем-то постоянным, потому что ее изменения для нас не очевидны. Балка изменится через сотни лет, равно как и камень рассыплется в песок через тысячелетия. Подводя итог Гераклит философии Гераклита, Аристотель писал: «…но все и всегда движутся, только это скрыто от наших чувств»{83}. Гераклит также указывал на то, что «солнце должно бы было ежедневно обновляться»{84}, что кажется вполне разумным в наши дни, когда нам известно, что на солнце происходит непрерывный процесс термоядерного синтеза, в результате которого высвобождается энергия, и таким образом солнце в самом деле постоянно пребывает в состоянии изменения.

А вот слова гораздо более близкого нам по времени известного философа Бертрана Рассела: «Подобно философии, наука пыталась избежать учения о вечном потоке, найдя некий вечный субстрат среди изменяющихся явлений»{85}. Другими словами, ученые склонялись над микроскопами в надежде отыскать хоть что-то, что остается неизменным посреди окружающих нас изменений. Сначала роль неделимых строительных кирпичиков возлагалась на атомы, но с открытием радиоактивности оказалось, что и атомы делятся. Какое-то время неизменными считались составлявшие атом электроны и протоны, ведь в процессе образования новых веществ они не изменялись, а лишь меняли свое положение. Такое мнение бытовало до тех пор, пока не выяснилось, что при столкновении и эти частицы расщепляются, выделяя чистую энергию — мощные выбросы электромагнитных волн. В итоге, в поисках неизменности, люди пришли к единственному оставшемуся неделимым веществу — энергии.

Может быть, именно поэтому маленькая стоячая волна меня так заинтересовала. Подрагивая в потоке, она, вне всяких сомнений, была волной. И в то же время — ничем иным, как непрерывным множеством мгновений, очередным этапом безостановочного процесса, вздымающимся и опадающим отклонением в потоке воды. Если все вокруг — не что иное, как энергия (то есть изменения, ведь само слово в переводе с греческого означает «действие»), то эта скромно поблескивающая волна — символ непостоянства всего, что мы привыкли считать постоянным.

ПЯТАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ РВЕТ И МЕЧЕТ

Сержант Дэвид Эмме ехал в машине, сидя рядом с пулеметом, как вдруг раздался взрыв — боковую панель прошило осколками.

Это случилось 19 ноября 2004 года в небольшом городе Талль-Афар на северо-западе Ирака; тридцатидвухлетний американский солдат ехал в составе колонны, сопровождавшей полицейских-новобранцев. Не успела колонна выехать, как сержант почувствовал неладное: город как будто замер. Ребятня, обычно с криками носившаяся по пыльным дорогам, куда-то подевалась, лишь несколько парней постарше стояли на углу улицы. Один из них глянул на проезжавшего в колонне сержанта недобро, жестом показывая перерезанное горло.

Сержант по рации рассказал остальным об увиденном и предупредил: у него дурные предчувствия, так что каждый должен быть начеку. И он не обманулся — это случилось на первом же перекрестке.

Сработало самодельное взрывное устройство, спрятанное слева у обочины дороги — детонация произошла как раз тогда, когда колонна поравнялась с ним. Растущая волна невероятно высокого давления вокруг огненного шара расширяющихся газов несла с собой шрапнель, которой и разворотило боковину джипа. Сам Эмме оказался прямо на пути ударной волны, самой убийственной из всех волн.

Когда находившийся в джипе сержант пришел в себя, он не мог толком ни видеть, ни слышать: один из осколков вошел в его левый глаз, а от сильного взрыва левая барабанная перепонка лопнула. Человек двадцать пять скрывавшихся в соседних зданиях боевиков поливали огнем всю колонну сопровождения.

Эмме чувствовал, как водитель вытаскивает его из джипа и ведет к бронетранспортеру. Под ногами у них взлетали фонтанчики пыли от пуль, вокруг разрывались реактивные гранаты. Место Эмме за пулеметом в поврежденном джипе занял другой сержант; он подстрелил боевика, гнавшего начиненную взрывчаткой машину прямо на колонну.

Как только Эмме и водитель оказались в относительной безопасности бронетранспортера, их помчали к городской окраине, где располагалась передовая оперативная база. Эмме еще нашел в себе силы спуститься с бронетранспортера к подбежавшим врачам, но после сразу впал в кому. Сержанта перевезли в сначала в полевой госпиталь в Баладе, затем — в Багдад. Помимо разорванной барабанной перепонки и поврежденного глаза, у него оказался проломлен череп, обнаружился тяжелый ушиб левого полушария головного мозга. В Багдаде нейрохирурги сделали краниэктомию, удалив крупный осколок черепной кости, давивший на левую височную область. Через десять дней, находясь в палате отделения интенсивной терапии Военно-медицинского центра Уолтера Рида в Вашингтоне, сержант пришел в себя.

Очнувшийся Эмме, уверенный, что он все еще в Багдаде, принял медсестер за агентов ЦРУ. Его речь представляла собой бессмыслицу, он не в состоянии был выполнять простейшие указания. Обнаружились нарушения мышления, памяти, принятия решений; на поправку сержант пошел лишь спустя пять месяцев после когнитивной реабилитации. Его случай — классический пример типичной травмы служащих, принимавших участие в боевых операциях на территории Ирака и Афганистана: черепно-мозговая травма от ударной волны при взрыве самодельной придорожной мины.{86}

У комиссованных с подобными травмами, помимо непосредственных нарушений в познавательной сфере, проявляются и общие симптомы более длительного характера. Часто их объединяют общим термином «посттравматическое стрессовое расстройство»; они проявляются в тревожных состояниях, депрессии, алкоголизме, с ними связывают повышенное число самоубийств среди бывших военнослужащих. Исследование 2008 года, предметом которого стали ветераны операции «Свобода Ираку», показало, что среди служащих, у которых через три-четыре месяца после возвращения из мест боевых действий развивались симптомы посттравматического стрессового расстройства, был самый большой процент тех, кто пострадал при взрыве бомбы в непосредственной близости.{87}

По данным исследования, проведенного в 2008 году научно-исследовательской корпорацией «РЭНД»{88} из 1,64 млн. американских военных, принявших с 2001 года участие в иракском конфликте и операции «Несокрушимая свобода» в Афганистане, примерно «320 000 человек пострадали от вероятной черепно-мозговой травмы, полученной в ходе боевых действий». Получается, каждый пятый оказался в непосредственной близости от разорвавшейся бомбы. Но цифра так велика вовсе не потому, что боевики закладывают самодельные взрывные устройства на каждом шагу — все дело, как это ни парадоксально, в особой эффективности современного бронежилета. Бронежилет, защищая боевой состав от осколочных ранений, повышает шансы солдат выжить после разорвавшейся в непосредственной близости бомбы. Раньше в подобных случаях большинство попросту гибло.

Взрывная волна сильно влияет на деятельность мозга даже при отсутствии видимых внешних повреждений. Во время взрыва давление воздуха сначала резко повышается, затем внезапно падает — кратковременная, но ужасающая по своей разрушительной силе взрывная волна развивает скорость в 1 287 км/ч, то есть движется раз в десять быстрее ураганного ветра.{89} Такое невероятное давление череп в буквальном смысле деформирует, вызывая контузию или тяжелый ушиб тканей мозга. Кроме того, в кровеносных сосудах могут образоваться пузырьки воздуха, которые, попадая в мозг, повреждают целые области. Из компьютерной модели действия мощных ударных волн видно, что они устремляются в воздушный промежуток между головой солдата и шлемом, вызывая волнообразную деформацию черепа. Результат воздействия на мягкие ткани головного мозга сравним с последствиями от удара головой во время серьезной автомобильной катастрофы.{90} Современный шлем защищает голову солдата от разлетающихся осколков, но против ударных волн он бесполезен.

Поражения, вызванные действием ударной волны, редко принимаются во внимание. Во-первых, видимые телесные повреждения при этом незначительны; во-вторых, многие военные, столкнувшись с проблемами в психической сфере, возникшими после участия в боевых действиях, предпочитают о них умалчивать, опасаясь неблагоприятных для дальнейшей службы последствий. Травмы, вызванные действием ударной волны, для современных военных действий не просто типичны — они грозят перерасти в эпидемию скрытого характера.

* * *

Так что же эти ударные волны собой представляют?

Их нельзя выделить в отдельную категорию, как, к примеру, волны океанические, электромагнитные или акустические; скорее, ударные волны можно описать как те же самые волны любой категории, но пребывающие в отвратительном настроении. Другими словами, любая волна может быть описана как ударная в момент наибольшей силы, когда от ее благовоспитанности не остается и следа.

Самые впечатляющие и разрушительные ударные волны отмечаются среди волн акустических. Волны давления, стремительно несущиеся из эпицентра взрыва, суть акустические ударные волны, особенно неистовые образчики все тех же волн сжатия-разрежения, которые мы иногда слышим как звук. Однако я буду называть их просто ударными волнами давления, или, в случае их распространения через твердую материю, ударными волнами в твердых средах — чтобы избежать путаницы, поскольку многие все же связывают термин «акустический» с обычными звуковыми волнами, а вовсе не с теми, от которых барабанные перепонки лопаются.

На первый взгляд, сравнение из разряда «хорошее настроение — плохое настроение» едва ли приемлемо в качестве отличительного признака ударных волн от волн обычных, однако обычные волны могут вырастать до ударных и наоборот, так что, на мой взгляд, аналогия с настроением удачная. Так что же представляют собой волны, доведенные до бешенства? Независимо от того, к какой категории они принадлежат — к волнам океаническим, волнам давления или каким-то другим, — ударные волны непременно проявят свой крутой нрав, ведя себя типичным образом:

Их физиономии, такие непохожие на мягкие личики благовоспитанных собратьев, искажаются гневом. Форма ударной волны бывает разной — этим волнам не свойственна аккуратная симметрия обычных волн. К примеру, ударная волна давления обычно примчится к вам по воздуху в виде невероятно крутого скачка давления (одного или нескольких), сопровождаемого более плавным возвратом к нормальному давлению. Благовоспитанные волны давления, напротив, обладают симметричной кривой поднимающегося и падающего давления.

Обычно они мчатся сломя голову. Ударные волны в любой среде распространяются быстрее, чем нормальные волны соответствующей категории. В то время как у благовоспитанных волн скорость распространения через определенную среду постоянна, не зависит от их частоты и интенсивности, ударные волны мчатся быстрее остальных. И чем они интенсивнее, тем стремительнее.

Они слишком раздражены и нетерпеливы, чтобы соблюдать все Законы волны, которым подчиняются остальные. Ударные волны зачастую отражаются, преломляются и отклоняются не так, как это делают волны благовоспитанные; то же самое можно сказать о поведении двух ударных волн в том случае, когда они накладываются.

Они стремятся разнести все вдребезги. Часто ударные волны оказывают продолжительное, даже разрушительное воздействие на любую среду распространения. Например, когда ударная волна в твердых средах проходит через плотную материю, она может превратить ее в осколки. Если же среда жидкая или газообразная, волна ее нагреет, а то и раскалит добела. А вот благовоспитанные волны ведут себя примерно — оставляют окружающее пространство после своего пребывания неизменным.

Невидимые ударные волны, расходящиеся от выстрелов из установленного на линкоре орудия калибром 381 мм, можно обнаружить по следам, которые они оставляют на водной поверхности

Физики, понятное дело, за основу определения ударной волны взяли более устойчивую категорию, нежели колебания настроения. Те из вас, кто относит себя к лирикам, могут отвернуться и поглазеть в окно, поскольку я собираюсь, пусть и коротенько, об этой категории поведать. Так вот, по мнению ученых, ударная волна распространяется нелинейно, в то время как распространение обычных волн — линейное; под линейностью имеется в виду соблюдение принципа суперпозиции. Этот принцип заключается в следующем: в результате наложения двух волн непосредственно складываются их гребни и подошвы.

* * *

Все, можете поворачиваться — с нудной частью покончено.

Вне всяких сомнений, наиболее очевидный способ создания ударных волн — взрывы. Но они совсем не обязательно должны иметь рукотворную природу. Пример тому — ударная волна в воздухе, образовавшаяся во время грандиозного извержения вулкана Кракатау на одноименном индонезийском острове в 1883 году; остров в результате извержения прекратил существование. Волне понадобилось 10 часов 20 минут, чтобы пройти 11 620 км, отделявших остров от Лондона. В Лондоне она была зарегистрирована барографами Гринвичской обсерватории как внезапный скачок атмосферного давления, за которым последовал такой же резкий спад, после чего давление вернулось к нормальному значению.{91}

Проницательные наблюдатели за волнами наверняка уже вычислили, что раз волны давления покрыли такое расстояние за 10 часов 20 минут, они распространялись со скоростью ниже обычной. В конце концов, скорость звука (а именно с такой скоростью волны давления и распространяются) в воздушной среде при температуре +4,5°С равна примерно 1 207 км/ч, в то время как 11 620 км, пройденные за 10 часов 20 минут, означают скорость в 1 127 км/ч. В этом можно заметить противоречие второму свойству ударных волн, которое гласит: ударные волны распространяются быстрее волн обычных. На деле же ударная волна в атмосфере скачет вверх и вниз, проходя при этом расстояние гораздо большее, чем то, которое покрывает, скажем, ворон, летящий по прямой.

Еще один природный источник ударных волн — молния. Каждый раз, слыша гром, вы слышите ударные волны. При этом взрыв происходит в результате чудовищной силы колебаний воздуха, которые происходят из-за очень быстрого повышения давления на пути молнии вследствие сильного нагревания. Возникают волны давления с резко выраженным фронтом, за которым следует более плавный возврат к нормальному атмосферному давлению. Выходит, раскат грома и есть звучание этой самой волны давления? Такой вопрос я задал, беседуя с профессором Марком Крамером, изучающим ударные волны в Политехническом университете Виргинии. Профессор рассказал, что наши уши улавливают подобный скачок давления как «щелчок искрового разряда при подключении аккумулятора машины или стук при столкновении двух бильярдных шаров».

Так почему, поинтересовался я, раскат грома воспринимается нами как мощный, оглушительный треск (по крайней мере, вблизи)? Профессор ответил, что частично это происходит потому, что «молния, которую мы видим, на деле представляет собой множество разрядов». Множественные ударные волны следуют одна за другой с очень небольшим интервалом, поэтому звук усиливается. То же самое происходит и тогда, когда «гром образуется по всей длине вспышки молнии, которая обычно растягивается на несколько километров». Получается, что ударные волны образуются в разных точках разветвленной молнии — более удаленные волны достигают ваших ушей позже, чем более близкие. Оба эти фактора означают следующее: вместо щелчка электрического разряда одной ударной волны вы слышите треск множества волн, соединенных вместе.

Кроме резко выраженных фронтов громыхающие волны давления обладают еще одним свойством — распространяются быстрее, чем обычные звуковые волны. При этом они подчиняются правилу ударных волн: более интенсивные, звучащие громче, распространяются быстрее, чем менее интенсивные, звучащие тише. Как объяснил Крамер, это одна из причин того, почему грозу за многие километры от нас мы слышим как глухие раскаты, а не как звонкий треск. «Скорость распространения волны зависит от амплитуды», — сказал профессор. Амплитуда же — один из способов описания интенсивности, то есть мощности волны давления. «Получается, что разные части волны распространяются с разной скоростью, вызывая искажение этой самой волны», — продолжал профессор. Это искажение, как я узнал, и объясняет изменение звучания грома по мере того, как мы удаляемся или приближаемся к источнику громовых раскатов.

Взрыв, вызванный бомбой или резким расширением воздуха вдоль вспышки молнии, порождает волны самых разных частот и интенсивности — звуки пронзительные и гулкие, громкие и тихие. Эти волны смешиваются. Непосредственно возле вспышки ударные волны давления соединяются в оглушительный треск. Чем дальше от вспышки, тем сильнее звучание рассеивается. Поскольку более громкие и интенсивные ударные волны распространяются быстрее, они вырываются вперед. Таким образом, последовательность ударных волн вытягивается на протяжении всего расстояния, на которое они распространяются, звук при этом обретает глубину. Можно привести аналогию со стуком палки, которой вы ведете вдоль железной ограды: если вы ведете палкой быстро, удары сливаются в высокий звук, если медленно — в звук более низкий. Сами удары и в том, и в другом случае звучат одинаково, однако мы слышим их общее звучание как более высокое или более низкое, в зависимости от того, насколько короткий между ними временной интервал. Подобное вытягивание последовательности ударных волн является одной из причин того, почему раскаты грома в зависимости от удаленности воспринимаются совершенно по-разному.[40]

* * *

К счастью, чтобы прочувствовать ударную волну на себе, вам совсем не обязательно находиться вблизи от разрывающегося снаряда или молнии. Вы сами в состоянии ее породить — когда, сгруппировавшись, «бомбочкой» ныряете в бассейн. Громкий всплеск воды при вашем ударе о водную поверхность представляет собой нечто вроде громового разряда вдоль вспышки молнии, только в воде.

Вообще-то, пловцов, участвующих в соревнованиях, большими поклонниками ударных волн не назовешь. Спортсмены всеми силами стараются избежать встречи с ними, поскольку это пустая трата энергии. Вот почему вы никогда не увидите, как они лихо ныряют «бомбочкой», когда стартовый пистолет дает команду к заплыву на дистанцию в 200 м кролем на груди. (Хотя я с удовольствием посмотрел бы.) Наоборот, спортсмены стараются минимизировать всплеск на входе в воду, вытягивая руки в одну линию с телом, таким образом снижая сопротивление воды, а вместе с ним — образующиеся при всплеске ударные волны. Сокращение ударной волны ведет к сокращению потери энергии в воде. Однако в воде пловцов подстерегает другая столь же неприятная ударная волна — головная волна. Она возникает как раз перед головой отчаянно гребущего спортсмена.

Представляете, каким грохотом сопровождаются эти ударные волны?

Головная волна, говорите? А где же сильный удар и грохот, где всплеск, обыкновенный для ударной волны? Вообще, самыми очевидными источниками ударных волн считаются взрывы. Но они — не единственные: ударные волны порождаются и головными волнами, расходящимися спереди от двигающегося объекта — пловца, лодки на воде или даже объекта в воздушной среде, — пока этот объект двигается через среду с достаточной скоростью. Головные волны перерастают в ударные лишь в том случае, когда объект идет со скоростью не ниже обычной скорости распространения через данную среду волн — тогда они не успевают убраться с дороги и начинают толпиться, тесня друг дружку.

Если головная волна от пловца кажется вам для ударной волны слишком кроткой, что вы скажете по поводу других ударных волн — сверхзвукового хлопка в момент перехода самолета на сверхзвуковую скорость?

Это еще один пример ударной волны, но только в воздухе (мы слышим ее как звук), а не на поверхности воды. Однако принцип один и тот же. В небе самолет порождает волны давления спереди и сзади от себя, поскольку вызывает смещение воздушной среды — она вынуждена быстро смещаться перед самолетом и быстро возвращаться на первоначальное место позади него. Эти резкие перемещения воздуха вызывают перепады атмосферного давления, распространяющиеся вокруг самолета как волны давления. Волны давления идут в виде сферических слоев; некоторые расходятся от носа самолета, другие — от его хвоста. Они образуются независимо от скорости самолета. Хотя мы часто воспринимаем волны давления как звук, те, что расходятся от самолета, мы не слышим — рев двигателей стальной птицы их заглушает. Если только, конечно, самолет не летит со скоростью звука или быстрее — в таком случае мы попросту обречены на то, чтобы их услышать.

Формирование ударной волны при полете со скоростью звука

Когда сверхзвуковой самолет разгоняется до скорости звука — величины, обозначаемой числом Маха, равным 1,[41] — он двигается с той же скоростью, что и порождаемые им волны давления. Получается, волны у конического носа самолета не могут обогнать сам самолет — их скорости равны. Поэтому они громоздятся друг на друга — каждый пик давления накладывается на предыдущий. В итоге образуется головная волна огромной мощности. Когда самолет выходит на скорость звука, волны давления совмещаются, образуя головную ударную волну. Резко образовавшаяся ударная волна возросшего атмосферного давления растягивается перед носом самолета — головная волна при этом движется вместе с самолетом на скорости звука. Ударная волна упавшего атмосферного давления, — на самом деле не что иное, как кормовая корабельная волна, — идет от хвоста.

С земли взрывоподобные звуки слышны, когда пронзительно воющий самолет проносится, сопровождаемый ударными волнами высокого и низкого давления. За волной спереди тут же следует волна сзади (обычно оба «хлопка» разделяются слишком незначительным временным интервалом, чтобы их различить как отдельные звуки, если только самолет не летит высоко). Однако для пилота все выглядит иначе — развивая скорость, равную 1 Маха, он никогда не слышит «хлопка», поскольку фронт ударной волны всегда остается чуть впереди носа самолета. Пилот слышит «хлопок» ударной волны только тогда, когда форсирует скорость звука, то есть преодолевает звуковой барьер, который представляет собой всего-навсего ударную волну высокого давления впереди конусообразного носа. О барьере говорят потому, что необходимо значительное усиление тяги, чтобы пройти через эту область повышенного давления. Если скорость звука в воздушной среде, через которую идет самолет, равна 1 190 км/ч, увеличение тяги с 1 190 км/ч до 1 207 км/ч требует гораздо больших усилий, чем увеличение с 1 175 км/ч до 1 190 км/ч, поскольку в таком случае самолет идет со сверхзвуковой скоростью, превышая число Маха, равное 1, и вырывается за область высокого давления, являющуюся фронтом ударной волны. Когда пилот прорывается через звуковой барьер, область высокого давления проходит над кабиной — он слышит «хлопок».

Когда скорость самолета превышает скорость звука, фронт ударной волны из плоского диска становится конусообразным

С увеличением скорости (выше 1 Маха) расположение фронта ударной волны меняется. На скорости в 1 Мах фронт вытягивается перед самолетом наподобие гигантской «тарелки» высокого давления, прижатой к носу самолета; такая же «тарелка», только низкого давления, прижата к хвосту. При прорыве самолета через звуковой барьер обе «тарелки» преобразуются в конусы, тянущиеся от носа и хвоста самолета назад. На скорости в 2 Маха, в два раза превышающей скорость звука, эти конусы ударных волн принимают положение под углом в 45°. Если бы сверхзвуковой самолет несся с такой скоростью у вас над головой, вы услышали бы сверхзвуковой хлопок уже после того, как он пролетел над вами — конусы ударных волн дошли бы до вас с опозданием.

Когда воздух (или любая другая газообразная среда) сжимается, он нагревается, а когда расширяется — охлаждается. Вот почему порождаемая сверхзвуковым самолетом ударная волна иногда бывает видима как призрачное, неустойчивое облако — оно называется «воротником» или «яйцом» ударной волны. Поскольку за высоким давлением фронта ударной волны сразу следует область низкого давления, такое резкое снижение давления может охладить воздух — содержащийся в нем водяной пар тут же превращается в облако капелек. В зависимости от скорости, это сверхзвуковое облако принимает форму либо диска (на скорости в 1 Мах), либо конуса (на скорости, превышающей 1 Мах), «насаженного» на фюзеляж самолета.

При известной доле воображения облако можно сравнить с мятной подушечкой жевательной резинки, которую приносят в ресторане вместе со счетом (смотрите следующую страницу).

Звучание ударных волн на сверхзвуковой скорости также меняется — в зависимости от того, на какой высоте самолет летит. На больших высотах каждый конус ударной волны (передний и задний) к моменту достижения земли растягивается — звучат сильные, но глухие хлопки. Однако низколетящий самолет производит более высокие звуки, похожие на пару быстрых выстрелов или даже ударов кнута укротителя львов. (Если уж на то пошло, двух ударов, причем, скоординированных — укротители должны щелкать кнутами практически одновременно.) Но вне зависимости от того, глухие это удары или звонкие щелчки, за ударными волнами тут же следует оглушительный рев двигателей самолета.

* * *

Сравнение сверхзвукового самолета и кнута возникло не на пустом месте — в момент щелчка кончик кнута развивает сверхзвуковую скорость, рождающую ударную волну. Термины «удар пастуха» и «удар кучера» к приемам самозащиты никакого отношения не имеют. Так называются техники обращения с кнутом, при которых самый кончик (иначе — растреп) кнута рассекает воздух быстрее скорости звука, порождая щелчок ударной волны. Опытный пастух или кучер воспроизводит подобный удар с кажущейся для постороннего наблюдателя легкостью. Расслабленным движением кисти он посылает энергию в виде волны по веревке кнута и тут же дергает кнутовище на себя, усиливая напряжение. Волна, поначалу двигающаяся на малой скорости, под конец, проходя все сужающуюся веревку, разгоняется до сверхзвуковых значений. Возникает мощная ударная волна — резкий и оглушительный, как выстрел, удар кнута.

F/A-18 «Хорнет» (вверху) и «Супер Хорнет» (внизу) преодолевают звуковой барьер, пролетая через гигантские «мятные подушечки»

Колено возле рукояти, самая толстая часть кнута, сплетено из множества кожаных полос. Кнут постепенно сужается и в конце соединяется с одной-единственной полосой из кожи. К концу этой полосы привязывается растреп — маленький, но очень подвижный шнурок из нейлона или проволоки; именно им пастухи и щелкают.

Как постепенно сужающееся русло реки собирает приливную энергию, формируя крутой и быстрый волновой фронт, так и конец кнута концентрирует энергию, пущенную по кнуту в виде волны, только еще сильнее. Математики из Университета Аризоны вычислили: если диаметр шнурка на самом конце стандартного кнута длиной в 2 м равен одной десятой части кнута возле кнутовища, то при ударе таким кнутом волна перемещается на конце со скоростью, в тридцать два раза превышающей ту, с которой она перемещалась в самом начале{92}.

«Ну как, громко я щелкнул?»

Попрактиковавшись, можно запросто посылать волну вдоль кнута со сверхзвуковой скоростью. Замедленная съемка специальной аппаратурой показывает: ударная звуковая волна образуется при скорости движения шнурка, превышающей скорость звука в два раза. Э-ге-гей!..

* * *

Вы наверняка помните некоторые особенности ударных волн: они возникают внезапно, благодаря резко выраженным фронтам; распространяются быстрее, чем обычные волны. Третье свойство ударных волн — их сильное, порой даже разрушительное воздействие на среду распространения. Сержант Эмме на себе испытал, каково это — ударная волна, пройдя через его череп, вызвала тяжелый ушиб головного мозга. А некоторые солдаты, к несчастью, оказываются слишком близко от взрыва и погибают — ударные волны проходят через их тела.

Когда ударные волны распространяются через воздух, он довольно сильно нагревается — благодаря чрезвычайно высокому давлению фронта некоторых ударных волн. Иногда температура повышается настолько, что воздушная среда меняет свой химический состав. Именно таким образом ударная волна воздействовала на воздух в верхних слоях земной атмосферы; результатом явилось происшествие, ставшее одним из самых драматических в истории освоения космоса. Речь пойдет о злополучном запуске «Аполлона-13» с людьми на борту; аппарат должен был сесть на Луну. Чтобы понять, какую роль в этой драме сыграла ударная волна, вам придется малость покружить вместе с космонавтами, поскольку главные события развивались уже в последние минуты полета.

Мировая пресса освещала запуск 11 апреля 1970 года довольно сдержанно. За год до этого произошла высадка на Луну — событие, вызвавшее настоящий фурор, так что запуск «Аполлона-13» на этом фоне выглядел рядовым.

Однако как только на борту возникла нештатная ситуация, новости о полете заняли первые страницы всех мировых изданий. Каждый этап разворачивающейся драмы передавался в прямом телеэфире — весь мир словно затаил дыхание, гадая, удастся ли трем космонавтам приземлиться целыми и невредимыми.

Трудности возникли на третьи сутки полета, когда один из членов экипажа проводил обычную процедуру — включал вентиляторы, которые перемешивали жидкий кислород в двух бачках для двигательных отсеков. При выполнении процедуры произошло замыкание оголенных проводов в одном из бачков, приведшее к взрыву бачка. В результате сорвало панель отделения четвертого двигательного отсека (присутствие экипажа в отсеке не предполагалось — в нем размещались двигательные установки, электрическое оборудование и устройства для кондиционирования воздуха). Кроме того, взрыв повредил другой бачок.

Услышав сильный удар, космонавты поняли только одно — произошло нечто серьезное. Загорелась световая сигнализация, нарушилась работа силовых установок, приборы «сбрендили». Но экипаж по-прежнему толком не понимал, в чем дело. Командир экипажа Джим Ловелл посмотрел в иллюминатор и заметил вытекающий в открытый космос кислород. Именно тогда он соединился по радиосвязи с Центром управления полетами, произнеся ставшую впоследствии знаменитой фразу: «Хьюстон, у нас проблемы».

Высадка на Луну была отменена; специалисты из Космического центра им. Линдона Джонсона делали все, чтобы экипаж вернулся живым. Трем космонавтам предстояло избавиться от поврежденного «Одиссея», командного модуля, в котором экипаж обычно находится во время взлета и посадки, а также при орбитальном полете. И перейти в «Водолей», лунный модуль, предназначенный для посадки на Луну и взлета с нее. Поскольку ни о какой Луне и речи не было, «Водолей» предполагалось использовать в качестве своего рода спасательной шлюпки, бороздящей космические просторы. Однако в лунном отсеке запас кислорода был ограничен, всего на сорок пять часов, а этого никак не хватило бы для того, чтобы дождаться запланированного приземления. И вот в Центре управления полетами пошли на риск — принялись вычислять новую траекторию, чтобы ускорить возвращение космонавтов. Большую часть топлива лунного модуля решено было использовать для корректировки курса — при этом время пребывания экипажа в космосе сокращалось на девять часов. При условии правильности расчетов космический корабль вырвется из поля притяжения Луны и, подобно камню, пущенному из рогатки, полетит к Земле. Ну, а если нет… Однако запасного плана попросту не существовало.

Как только корабль удалось вывести на новый курс, пришлось отключить навигационную систему, аппаратуру наведения, сократить обогрев корабля — чтобы сберечь убывающую энергию. У космонавтов осталась только связь с Землей, да еще работала система вентилирования воздуха. Без должного обогрева температура в модуле постепенно упала до +4° С.

Очередное серьезное затруднение возникло из-за патронов поглотителя углекислого газа СO2, выдыхаемого космонавтами. Те патроны, что находились в лунном модуле, были рассчитаны на несколько часов работы — их с лихвой хватило бы при высадке на Луну, однако для обратного полета к Земле не хватало. Уровень углекислого газа близился к критической отметке. В Центре управления полетами нашлись светлые головы — было решено использовать патроны из командного модуля. При этом космонавты воспользовались подручными материалами: липкой лентой, пластиковыми трубками, картоном. Но судьба продолжала испытывать их на прочность: из Центра управления полетами экипажу сообщили, что угол приближения к Земле слишком мал. Они «промахнутся» и выйдут на слишком большую орбиту, где им уже не выжить. Поступила команда включить двигатель лунного модуля для коррекции траектории вручную, ориентируясь по видимой в иллюминатор Земле.

Но и после коррекции траектории напряжение не ослабевало. Космонавты должны были перейти из лунного модуля в командный — приготовить свою «спасательную шлюпку» к приземлению. Однако никто не знал, уцелел ли после взрыва теплозащитный экран, который должен был защищать входящий в атмосферу Земли модуль. Вот тут-то на сцену и выступает ударная волна.

Экипаж прекрасно понимал: командный модуль будет нестись к Земле на огромной — 40 000 км/ч — скорости в сопровождении мощной головной ударной волны. Давление повысится настолько, что воздух разогреется до +2 700° С. Понимали космонавты и то, что при такой температуре воздух из газообразного состояния перейдет в плазменное. То есть до такой степени раскалится, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделится, по крайней мере, один электрон.

Огненная головная ударная волна, мчащаяся впереди командного модуля, наглядно демонстрировала то, какими неистовыми ударные волны бывают, меняя среду, в которой распространяются, до неузнаваемости.

И космонавты, и специалисты из Центра управления полетами отдавали себе отчет в том, что свободные электроны в плазме станут отличными проводниками электрического тока и преградят путь электромагнитным волнам, посредством которых поддерживалась связь с модулем во время прохождения им слоев атмосферы уже на обратном пути. Проще говоря, это значило, что радиосвязь с модулем прервется минуты на три.

Не было никакой информации о том, в каком состоянии находится теплозащитный экран, от которого зависела жизнь космонавтов. Поврежден он или уцелел? Выдержит ли напор крайне высоких температур ударной волны?

Пассажиру рейса Фиджи — Новая Зеландия удалось сфотографировать «Аполлон-13» во время расстыковки рабочего отсека и лунного модуля, которые при входе в верхние слои атмосферы загорелись. Могла ли та же участь постичь и поврежденный командный модуль с тремя космонавтами на борту?

Командный модуль вошел в верхние слои атмосферы; воздух под давлением ударной волны стал переходить в преграждавшую распространение электромагнитных волн плазму. Связь между «Одиссеем» и Центром управления полетами оборвалась; ведущие новостных программ пояснили замершим у телеэкранов зрителям, что теперь уже ничего поделать нельзя, остается только ждать.

Спустя три минуты Центр управления полетами попытался связаться с модулем: «Одиссей», это Хьюстон. Как слышите? Прием». Ответа не последовало.

Три минуты, четыре… Радиосигнала от космонавтов по-прежнему не было.

Над ожидаемым местом приводнения — к юго-востоку от островов Американского Самоа в Тихом океане — кружили поисково-спасательные вертолеты. Все диспетчеры в пункте управления Космического центра имени Линдона Джонсона неотрывно следили за стрелками своих секундомеров. Спустя четыре с половиной минуты кое-кто в пункте управления уже потерял надежду.

В Центре управления полетами следят за идущим к Луне «Аполлоном-13». Весь драматизм ситуации, возникшей при возвращении модуля, лежит целиком и полностью на совести ударной волны

Вдруг раздался треск статического напряжения — по радиосвязи зазвучал голос пилота Джона Суайгерта. И весь мир с облегчением выдохнул.

Однако в фильме Рона Ховарда «Аполлон-13» эта пауза, которая на экране для большего драматического эффекта зачастую продлевается, была сокращена — время прерывания радиосвязи, вызванного ударными волнами, урезали. Не было никакой необходимости тянуть ее для нагнетания напряжения — действительность превзошла самые смелые фантазии Голливуда.

И все же без художественных преувеличений в сценарии не обошлось. «Привет, Хьюстон. Это «Одиссей», — говорит Суайгерт в фильме; оркестр в это время играет бодрую, оптимистичную музыку. — Рад снова вас слышать». Хотя на деле прозвучавшая фраза была куда как скромнее: «Все в порядке, Джо».

* * *

Похоже, я позаботился о дурной славе ударных волн. Однако то разрушительное воздействие, какое они оказывают на среду распространения, можно обернуть во благо. Особенно в том случае, если вы страдаете от камней в почках.

Дистанционная ударно-волновая литотрипсия — медицинский термин, обозначающий использование ударных волн для безоперационного дробления твердых конкрементов в почках. Пациента укладывают на особым образом устроенную кушетку, к которой подведен генератор ударных волн — он фокусирует высокоинтенсивные звуковые волны на почечном камне. В основе эффективности процедуры лежит тот факт, что большая часть энергии ударных волн поглощается телом в тех участках, где плотность сред резко меняется. Когда волны переходят из мягких тканей почки в твердый камень и выходят с его противоположной стороны, они вызывают в структурах камня напряжение. Это самое напряжение его и разрушает. Часовой процедуры, в ходе которой аппарат испускает до восьми тысяч ударных волн, достаточно для того, чтобы раздробить камень средних размеров — от 6 до 12 мм в поперечнике — на мелкие частицы, выводимые с мочой. Красота, да и только!

Чтобы избежать при литотрипсии неблагоприятного воздействия на костные и хрящевые ткани, ударные волны концентрируют на определенном участке. И тут уже используют волны менее агрессивной природы. Врач определяет точное местоположение почечного камня с помощью ультразвукового аппарата или работающего в режиме реального времени рентгеновского сканера — ни в одном из них ударные волны не применяются. Ультразвуковой сканер формирует картинку, испуская безвредные высокочастотные акустические волны и прислушиваясь к эху, которое отражается — очень похоже на принцип действия гидроакустического комплекса подводной лодки. (Представьте, будто почечный камень — подводная мина, которую вот-вот торпедируют ударные волны.) Рентгеновский сканер, называемый рентгеноскопом, испускает высокочастотные электромагнитные волны низкой интенсивности, которые проходят через пациента. Твердые объекты, такие как почечные камни, поглощают рентгеновские лучи в большем объеме, нежели мягкие ткани, поэтому обнаруживаются по акустической тени.

* * *

Если брать планетарные масштабы, то Земля также содержит в себе твердое «тело», окруженное более мягкой «тканью». Выройте ямку глубиной примерно в 5 000 км — это где-то три четверти пути до центра Земли, — и вы на него наткнетесь.

О строении Земли нам известны удивительные вещи. Внешний слой состоит из твердой земной коры, примерно 30 км толщиной; за ней идет верхняя мантия — слой твердых пород, который уходит на глубину около 60 км, за верхней мантией — мантия из очень вязкого вещества. На глубине без малого 3 000 км начинается внешнее ядро — слой из расплавленного железа и никеля; считается, что потоки внутри них обусловливают земной магнетизм. Прямо посреди этой жидкости располагается твердое внутреннее ядро около 2 500 км в поперечнике. Это почти три четверти диаметра Луны; внутреннее ядро состоит из твердого железа и никеля (а вовсе не сыра, как когда-то думали про Луну).

Но откуда мы все это знаем, если до сих пор забирались не глубже 12,3 км? (Скважину именно такой глубины пробурили русские на Кольском полуострове.) От ударных волн — тех, что вызываются землетрясениями.

Всемирная стандартизированная сейсмологическая сеть станций, создание которой завершилось в 1961 году, представляет собой глобальную систему измерительных устройств, улавливающих раскаты ударных волн от ядерных взрывов. Эта сеть должна была обеспечивать выполнение Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, заключенного в 1963 году между США, Британией и СССР. Согласно этому договору, запрещались любые наземные испытания ядерного оружия.

Но со временем сеть начали использовать и для высокоточного определения землетрясений. Каждое землетрясение засекалось с помощью метода триангуляции — сравнивалось время прибытия сейсмических волн, зафиксированных приборами в разных местах. Впервые стало ясно, что расположение эпицентров землетрясений — точек на поверхности, находящихся прямо над подземными источниками колебаний — далеко не случайно — большая их часть концентрируется вдоль хорошо заметных геологических разломов. Это открытие перевернуло наши представления о земной коре, подтвердив теорию о тектонике плит, согласно которой земная поверхность состоит из огромных плит твердых пород, постепенно перемещающихся относительно друг друга. Землетрясения в основном происходят на границах плит — при резком разрыве пород с их взаимным смещением накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли, то есть землетрясения. Смещение тектонических плит порождает ударные волны, реверберирующие по всей планете. И хотя каждый день в мире происходит около пятидесяти землетрясений, лишь малая их часть порождает колебания достаточно мощные для того, чтобы их могли уловить приборы в самых разных точках земного шара.{93}

Под землей землетрясение порождает огромное количество самых разных волн, каждая из которых ведет себя по-своему. Сейсмические волны подразделяются на две основные группы, в зависимости от способа распространения: внутри земли или вдоль поверхности.

Волны внутри земли распространяются быстрее волн, идущих вдоль поверхности. По ним сейсмологи определяют местонахождение землетрясения — сравнивают данные о времени прибытия волн, регистрируемые разными наблюдательными станциями. Самые быстрые, приходящие первыми — первичные волны, или Р-волны; они проносятся через землю со скоростью 8-13 км/с.{94} Р-волны относятся к продольным волнам и представляют собой сжатие-разрежение недр Земли. Другими словами, это волны плотности, волны сжатия-растяжения, которые распространяются посредством колебаний земного вещества вдоль направления движения волны. Р-волны — это ударно-волновая версия других волн сжатия-разрежения, а именно акустических волн. Мы слышим звуки, как под водой, так и через стену — от соседей; точно так же Р-волны проходят как через жидкие среды, так и через твердую материю Земли. От других акустических волн их отличает резко выраженный, мощный фронт волны и интенсивность колебаний.

Упругие сейсмические волны распространяются в недрах Земли. Р-волны представляют собой волны продольные, S-волны — поперечные

Находящийся в тысячах километров от эпицентра мощного землетрясения сейсмограф сначала зарегистрирует Р-волны. Несколькими минутами позже до него дойдут волны другого типа, также относимые к упругим сейсмическим волнам — вторичные волны, или S-волны. Они распространяются в недрах Земли медленнее — их скорость составляет всего 60% от скорости Р-волн, то есть от 4 до 12 км в секунду.{95} S-волны — поперечные: земная порода колеблется из стороны в сторону, или вверх-вниз относительно направления распространения волн.

Благодаря тщательному анализу сейсмических волн, тут же следующих за землетрясением (тип волн, расстояние, на котором они были зарегистрированы, скорость распространения), удалось составить довольно точное представление о недрах нашей планеты.

К примеру, на стороне земного шара, противоположной точке землетрясения, S-волн никогда не бывает. Эта гигантская «тень» — только не волн света, а сейсмических волн — свидетельствует о том, что в центре планеты находится вещество, препятствующее распространению S-волн сквозь Землю. Судя по размерам «тени», блокирующая область чуть больше Марса. Благодаря «тени» геологи определили, что находящийся под мантией Земли следующий слой, внешнее ядро, пребывает в жидком состоянии. Как они догадались? Дело в том, что поперечные волны, те самые, что колеблются из стороны в сторону, как S-волны, через жидкости не распространяются.

Но почему? А потому, что в отличие от твердых веществ, жидкость при движении из стороны в сторону не пружинит. Она не оказывает сопротивления движению по надвигам, в ней не возникают силы упругости, при наличии которых поперечная волна двигается в среде. S-волна может распространяться только через твердое вещество, поскольку оно оказывает сопротивление движению по надвигам. Твердая порода, возвращаясь в ту точку, откуда начала движение, когда возникло колебание в одну сторону, пружинит — то есть волновые вибрации через нее распространяются. А вот жидкость под воздействием вибраций из стороны в сторону не пружинит — она их поглощает, перетекая туда и обратно. Получается, что именно жидкое вещество преграждает поперечным S-волнам путь в недрах Земли, отбрасывая «тень» на противоположную сторону планеты.

Рассуждая подобным образом, геологи выстроили рабочую модель Земли, обозначив переход земной коры в вязкую мантию, а вязкой мантии — в жидкое внешнее ядро, сменяющееся твердым внутренним. Уточнению модели способствовал и тот факт, что Р-волны и S-волны при распространении через слои разной плотности меняют скорость. Иными словами, происходит рефракция. Волны, распространяясь по дуговой траектории, при прохождении градиентов плотности внутри одного слоя резко меняют направление. Однако сложить мозаику из отдельных, разрозненных фактов, непросто. Волны будто нарочно пытаются сбить нас со следа, переходя одна в другую: S-волна может перейти в Р-волну, и наоборот.

Разветвленная сеть сейсмографов позволяет провести «медицинский осмотр» планеты. Как поглощение и рассеяние ультразвуковых волн, пропускаемых через матку, позволяет увидеть еще не родившегося ребенка, так волны от сейсмических толчков землетрясения позволяют увидеть нутро матушки-Земли.

Вот мы тут рассуждаем о сейсмических волнах, а ведь чуть не забыли о самом главном (по крайней мере, для нас) их свойстве: сейсмические волны способны вызывать на поверхности земли ужасающие разрушения. Но повинны в разрушениях не столько упругие волны, сколько поверхностные волны. Само их название подсказывает — они распространяются вдоль поверхности Земли. Поверхностные волны берут начало от эпицентра землетрясения и проходят через твердую земную кору, не затрагивая более глубокие слои. Их скорость чуть ниже скорости S-волн; собственно, это третий тип регистрируемых сейсмографами волн.

Поверхностные волны подразделяются на два вида: волны Лява и волны Рэлея, названные по именам ученых, описавших их математически. Волны Лява колеблют земную поверхность горизонтально — из стороны в сторону относительно направления распространения волны. Волны Рэлея, наоборот, перекатываются вверх-вниз; земля при этом перемещается по траектории овала, что роднит волны Рэлея с волнами океаническими.[42]

Поверхностные волны, распространяясь вдоль земной коры, причиняют разрушения более серьезные, нежели упругие волны. Поверхностные волны, колеблющие землю из стороны в сторону, называются волнами Лява, а те, что перекатываются вверх-вниз — волнами Рэлея

Сходство волн Рэлея и морских волн было подмечено одним из очевидцев землетрясения 1886 года в городе Чарльстон, штат Южная Каролина:

«Земля пошла волнами — совсем как па море… И волны эти выглядели точь-в-точь как те, что я тысячу раз видел с берега Салливан-Айленда… Казалось, волны идут и с юго-запада, и с северо-запада, пересекая улицу по диагонали и проходя друг через друга; они поднимали меня и опускали — я как будто качался на волнах неспокойного моря».{96}

Величина поверхностных волн, а следовательно, и разрушительная сила землетрясения, зависит не только от амплитуды колебаний, но и от глубины положения их центра. Сильное землетрясение на глубине более 300 км породит лишь незначительные поверхностные волны по сравнению с землетрясением у поверхности земли. Центр ужасающего землетрясения в 7 баллов, произошедшего в январе 2010 года на Гаити и до основания разметавшего Порт-о-Пренс, находился всего в 13 км от поверхности земли. Поэтому его поверхностные волны оказались такими губительными, сравняв город и пригороды с землей. Здания и инфраструктура столицы гаитян, нации довольно бедной, возводились без учета сейсмической активности и не устояли против землетрясения и последовавшей за ним серии многочисленных повторных толчков. В результате за считанные часы погибло около 230 000 человек.

* * *

Однако существует в природе такой зверек, которому ударные волны близки и знакомы; взгляните на следующую страницу.

Это рак-щелкун, которого еще называют креветкой. Креветка принадлежит семейству Alpheidae, подтип ракообразные; она обитает среди океанических рифов тропических и умеренных широт. В длину креветка едва достигает 5 см; даже не верится, что такое тщедушное существо может иметь что-то общее с ударными волнами. Однако вспомните: ударные волны характеризует отнюдь не размер, а резко выраженный фронт, высокая скорость распространения и последствия воздействия на среду. Ударные мини-волны не только существуют, но и являются рабочим инструментом этой самой боксирующей креветки. Я говорю «боксирующей», потому что одна клешня у нее заметно больше другой — креветка напоминает потерявшего одну перчатку боксера.

«Не вздумай сунуться — клешня «заряжена»
Большая клешня креветки обладает функцией, отсутствующей у маленькой клешни: она создает кавитационный пузырек, который, в свою очередь, порождает ударную волну, оглушающую жертву

Захлопывая клешню с невероятной скоростью, креветка производит резкий щелкающий звук — так она общается с сородичами. Нырните на глубину и проплывите возле колонии этих креветок — можно подумать, будто вы очутились на подводной фабрике попкорна. Хлопки клешней нескольких креветок могут быть настолько громкими, что во время Второй мировой они даже мешали подводным лодкам отслеживать передвижения вражеских субмарин.

Однако щелкающие звуки составляют не только креветочную «азбуку Морзе» — они выступают в качестве смертоносного оружия. Когда креветка щелкает клешней, возникает струя воды, текущей со скоростью 105 км/ч. Когда дети плещутся в бассейне и под водой резко сжимают кулаки, получаются те же струи, только скорость у них меньше. Креветка с помощью струи оглушает, а иногда даже убивает небольшую рыбу и креветок других видов. Зрелище само по себе впечатляющее. Но удивительнее всего то, что орудием убийства выступает отнюдь не захлопывающаяся со звуком кастаньет клешня, а подводная ударная волна.{97}

И хотя ударная волна имеет малые масштабы, по силе воздействия ее можно сравнить с извержением Кракатау. Струя воды развивает скорость, достаточную для того, чтобы возник кавитационный пузырек. В момент зарождения струи давление падает настолько, что морская вода моментально превращается в пузырек водяного пара. В течение нескольких миллисекунд этот пузырек с силой схлопывается, порождая ударную волну, которая распространяется как участок сильного повышения давления и способна оглушить жертву на расстоянии 4 см.

Водяной пар в схлопнувшемся пузырьке мгновенно переходит обратно в жидкое состояние, нагреваясь до температуры около + 4 700° С. Подумать только, ведь это почти что температура поверхности Солнца! Одновременно происходит вспышка света. Она длится какую-то миллисекунду, и человеческому глазу незаметна, но при съемке 40 000 кадров в минуту видна. И хотя данный феномен — ударная волна давления, порождающая световую вспышку — известен как сонолюминесценция, заснявшие ее в природных условиях исследователи придумали термин «креветколюминесценция».{98}

* * *

Чем еще волны так примечательны? Тем, что мы их почти не замечаем.

И пускай в данном утверждении кроется внутреннее противоречие, доля правды в нем присутствует. Мы уделяем значительное внимание информации, которую волны переносят, однако сами волны не замечаем — для нас они всего лишь невидимые бойкие посыльные. Ведь вам совсем не обязательно понимать принцип работы лампочки накаливания, чтобы видеть освещенное пространство вокруг себя. И когда вам признаются в любви, вы не думаете (я на это очень надеюсь) о том, что это признание — не что иное, как последовательность периодических волн давления.

Вот и еще одна особенность ударных волн — мимо них так запросто не пройдешь. О приближении этих безжалостных чудовищ из мира волн оповещает сама среда распространения.

Как мы видим, ударные волны возникают в результате либо взрывов, будь то бомба, вулкан или щелчок клешни креветки, либо как головные ударные волны перед объектами, движущимися в среде со скоростью, обычной для волн в этой среде или выше. Однако существует еще один способ образования ударных волн: они появляются тогда, когда волна определенного типа достигает конца своего жизненного пути.

Вообще-то, такая ударная волна нам хорошо знакома. Закройте глаза и представьте себе волну — наверняка это она и будет.

Ну как, догадались, о чем я?

Это наш старый добрый знакомец — бурун. Вы, конечно же, помните: дойдя до прибрежного мелководья, морская волна, что называется, собирается гармошкой — замедляет бег, а склоны волны все набирают крутизну, пока гребень не перевешивает. И вот когда верхушка волны обрушивается вниз, волна превращается в ударную.

И то правда: буруны ведь обладают всеми характеристиками ударных волн. У них резко выраженный фронт — передний склон, который опрокидывается, расплескивается, накатывает, всегда круче пологого заднего. Они распространяются быстрее обычных волн, по крайней мере, это справедливо для бурунов внушительного вида, которые стремительно сменяют друг друга, разлетаясь брызгами. Когда буруны оборачиваются пенистыми потоками, они становятся неуправляемыми: Законы волны — отражение, рефракция и дифракция — уже не для них. К тому же большая часть энергии перемещающейся воды рассеивается — передается окружающему пространству в виде тепла и звука, а не продолжает свое существование в виде океанической волны.

Как и все ударные волны, буруны таят в себе угрозу, обладая разрушительной мощью. Любой серфингист знает, как опасно запрыгивать на огромный бурун; перед теми же, кто в достаточной мере ловок и везуч, ударные волны раскрываются во всей своей красе. Я мог бы наблюдать за этими волнами часы напролет. Мгновение, когда обычная волна оборачивается ударной, поистине волшебно.

Только что волны катили стройными рядами, как вдруг тишь да гладь сменяется хаосом: воздух перемешивается с водой, вода — с воздухом. Где еще можно любоваться таким изящным превращением порядка в полный беспорядок? Причем повторяющимся вновь и вновь. Конечно, это волшебное превращение вернее будет назвать переходом от линейной волны к нелинейной, но, право, это было бы несправедливо.

Разбиваясь о берег, волна умирает — точнее, подходит к концу та часть ее жизни, которую она провела в водной среде. Хотя энергия волны не исчезает — она преобразуется. Окончательно волна передает ее воздуху и берегу уже будучи ударной волной.

Альфред Теннисон написал:

Бей, бей, бей
В неподвижные камни, вода.
Благодатная радость потерянных дней
Не вернется ко мне никогда.{99}

ШЕСТАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ТЕЧЕТ МЕЖДУ НАМИ

В романтической комедии 1989 года «Когда Гарри встретил Салли» есть эпизод: Гарри Берне, которого играет Билли Кристал, говорит с приятелем Джессом о своем давшем трещину браке. Они сидят на футбольном матче, но за игрой не следят. Эпизод начинается как раз с того, что вскочившие вокруг них болельщики снова занимают свои места — по стадиону только что прокатилась волна.

Гарри делится грустными новостями: жена предложила пожить врозь. И выражение лица у него при этом соответствующее.

— Я спрашиваю ее: «Ты меня больше не любишь?» И знаешь, что она ответила?

Джесс мотает головой.

— «Я вообще тебя никогда не любила».

— Что она делает! — поражается такой черствости Джесс.

В это самое время болельщики вокруг них криками подбадривают игроков и срываются со своих мест — по стадиону проносится очередная волна. Гарри и Джесс вскакивают вместе со всеми, выбрасывая руки вверх, правда, делают это механически; сев, они тут же продолжают разговор.

Гарри признается: жена рассказала ему о своем решении пожить в освободившейся квартире знакомого всего за пять минут до того, как в дверь позвонили рабочие из фирмы по перевозкам.

— Спрашиваю Хелен: «Когда ты делала заказ?». Отвечает: «Неделю назад». Я ей: «Ты знала неделю назад и молчала?» Она: «Не хотела портить тебе день рождения».

Их снова прерывают радостные вопли — зрители вскакивают. Двое друзей поднимаются вместе со всеми — у Гарри все такое же безрадостное лицо, — а после возвращаются к прежней теме.

Выясняется, что жена все время лгала — на самом деле она бросила Гарри ради любовника-юриста.

— Измена супругов — это лишь следствие, это симптом общего неблагополучия, — возражает Джесс.

«Нда? — язвительно тянет Гарри; тем временем гул болельщиков нарастает. — Этот симптом имеет мою жену».

Когда я смотрел фильм впервые, эпизод меня немало позабавил — волна всеобщего ликования захлестывала двоих героев, а у них при этом были такие отсутствующие лица. Казалось, волна — символ неспособности Гарри остановить поток, в котором тонут его надежды на счастливую семейную жизнь. И хотя совершенно ясно, что на самом деле волна катилась по стадиону не сама по себе — ее постоянно питали зрители, — складывалось впечатление, будто она живет своей жизнью. Волна виделась единым целым, как будто не состояла из отдельных частей, как будто ее не питала коллективная энергия толпы болельщиков. Не верилось, что существует сила, способная заставить человека прыгать вместе со всеми от радости, пусть даже при этом он убит горем.

* * *

В США эту волну называют мексиканской, в Латинской Америке — испанским словом la ola[43]; впервые волна привлекла внимание прессы в 1986 году во время Чемпионата мира по футболу, проходившего в Мексике.

Как только болельщики взяли за моду выражать свои эмоции таким оригинальным способом, компания «Кока-кола», чей маркетинговый отдел сработал на «отлично», решила извлечь из этого выгоду — по телевизору стали крутить рекламные ролики волны с финальной фразой: Coca-Cola, la Ola del Mundial[44]. Поскольку компания была одним из спонсоров Чемпионата, эти ролики, а вместе с ними и волну, увидели 13,5 млрд. телезрителей.[45]

Большинству из нас в то или иное время доводилось по участвовать в этой волне: будь то крупное спортивное мероприятие или живое выступление группы «Колдплэй» на стадионе «Уэмбли» (где, между прочим, как-то организовали такую волну в сумерках — с помощью включенных мобильных телефонов). Помню, дело происходило в Лондоне: я сидел на стадионе и смотрел футбольный матч. Вдруг по стадиону прокатилась волна. Мне понравилось ощущение полной потери «я», подчинения коллективной воле. Подозреваю, не в последнюю очередь этим популярность явления и объясняется. Хотя конечно, перспектива лишиться собственной уникальности нас ужасает (что, возможно, свидетельствует о том, как жестоко мы обманываемся, когда думаем, будто нам нечего терять). Может, поэтому мы и подчиняемся на стадионе с такой охотой? Ведь это понарошку, не всерьез. Так малыш упрашивает взрослого притвориться чудовищем и погоняться за ним по саду, потому что мысль о настоящем чудовище его слишком пугает. Можно увлеченно наблюдать за волной со стороны, испытывать восторг, катаясь на ней, однако совсем иные ощущения возникают, когда волна — это вы сами. Вы становитесь средой ее распространения. Вы — частица ее объединенной энергии.

* * *

Гигантские медоносные пчелы, или Apis dorsata, живущие на юге и юго-востоке Азии, не роятся в закрытых ульях, как европейские пчелы. Подвешивая соты на открытом воздухе — на ветке или под скальным выступом, — они их облепляют. Получается огромный, жужжащий шар.{100}

Такое гнездо — самое впечатляющее зрелище в мире насекомых. Во-первых, благодаря своим, прямо скажем, внушительным масштабам: 0,9 м на 1,5 м; соты защищает живой «щит» из более чем 50 000 виляющих брюшками пчел. Во-вторых, благодаря волнам, напоминающим волны на стадионе, которые периодически проходят по поверхности «щита». Их порождают верхние в рое пчелы, совершая в высшей степени слаженные движения, которые до боли напоминают выходку хулигана, сверкающего в окне машины голыми ягодицами. Пчелы виляют брюшками, совершая волнообразные движения. Поскольку низ брюшка темнее желтой спинки, кажется, будто черная полоса перемещается по поверхности роя. Волны распространяются из одной точки расширяющейся спиралью. Подобный эффект называют «мерцанием».

Но с какой стати пчелам так «обнажаться»? Скорее всего, подобные движения призваны отпугнуть шершней, которые нападают на пчелиное гнездо, пытаясь добраться до личинок и меда. Но если пчела, обороняясь от хищника, пустит в ход жало, она погибнет. Поэтому пчелы разработали оборонительную стратегию с менее трагичным для себя исходом. Волна «мерцающих» пчелиных брюшков берет начало в самой уязвимой точке на поверхности роя — там, куда шершень, скорее всего, ударит. На расстоянии пчелы сливаются в одно насекомое, которое выглядит куда больше шершня.{101} Однако на хищников покрупнее уловка не действует. Поэтому когда на улей нападают птицы, гигантским медоносным пчелам ничего не остается, как прибегнуть к старому испытанному способу — исполнить роль камикадзе. При этом пчелы действуют так решительно, что заработали себе репутацию самых воинственных пчел в мире.

«Мерцание» пчел — самая впечатляющая хулиганская выходка Природы

Вам может показаться, что шершни в конце концов разберутся, что к чему. Но не стоит переоценивать мощь их интеллекта. Шершни действуют поодиночке, они не настолько сообразительны, чтобы разгадать обман, созданный не одной-единственной пчелой, а целым роем. Классический пример того, как коллективный разум перехитрил одинокого хищника. Причем разум, избравший своим орудием распространяющуюся через популяцию живых существ волну.

* * *

Помимо прочего, волны, распространяющиеся через группу индивидов, повышают шансы этой группы выжить в условиях недостатка пищи. По крайней мере, утверждение справедливо для одного примечательного вида амеб — Dictyostelium discoideum.

Амебы этого вида обитают в почве смешанных и широколиственных лесов и питаются бактериями, которые размножаются в перегнивающей палой листве. Их еще называют «социальными» амебами: в тяжелые времена отдельные амебы собираются вместе. Когда пищи достаточно, каждая амеба живет своей, отдельной от других жизнью — ест, размножается… Словом, сама себе хозяйка. В такой период жизни эти амебы ничем не отличаются от остальных «асоциальных» собратьев — не останавливаются, чтобы перекинуться словцом-другим, не заглядывают друг к другу на огонек, занимаются каждая своим делом. Однако едва запасы пищи подходят к концу, едва начинает маячить призрак голодной смерти, амебы, наконец, решают узнать друг друга ближе.

Сказать по правде, амебам этим свойственно бросаться из одной крайности в другую. Начинается с того, что некоторые особи подают химический сигнал, оказывающий на соседние организмы эффект сродни действию магнита — тех словно притягивает к источнику сигнала; в свою очередь, они испускают этот же сигнал. Таким образом — посредством волн химического сигнала и движения — о необходимости собраться всем вместе оповещается вся колония Dictyostelium discoideum. Когда «полянку» голодающих в лабораторной чашке Петри амеб снимали через определенные временные промежутки, волны их движения в итоге проявились как темные полосы, распространяющиеся среди популяции спиралями. Хотя отдельные амебы слишком малы, чтобы разглядеть их невооруженным глазом (всего 0,01 мм длиной), с движением амеб поверхность «полянки» темнеет — при движении амебы вытягиваются. Вид крошечных полос ряби — то светлеющей, то темнеющей — по-своему красив, но потом, когда амебы собираются вместе, все уже далеко не так прекрасно.

Через считанные часы, то есть, через двадцать-тридцать волн, амебы уже представляют собой группы до 100 000 особей в каждой; группы называются «слизнями». Каждый «слизень», длиной всего 2,5 мм, выглядит, как комок вазелиновой мази. Амебный «слизень» не имеет никакого отношения к слизню настоящему, из семейства моллюсков, распространенному в садах и огородах. И все же, как и их тезка, «слизень», а вернее составляющие его амебы, вырабатывает склизкое вещество. Вещество покрывает составляющие «слизня» отдельные организмы, позволяя им двигаться как единому целому.

Потому как волнообразная координация амеб продолжается и после того, как они собираются вместе. Те же самые волны химических сигналов и последующих движений пронизывают популяцию внутри «слизня», координируя их усилия, — «слизень» двигается как единый организм. Амебы в центре «слизня» совершают движения вперед-назад, формируя импульсы продольной волны, которые позволяют «слизню» потихоньку «ползти» вперед. Амебы, составляющие передний конец «слизня», чуть приподнятый над поверхностью, формируют спиральную волну, как при движении штопора, посылая скоординированные импульсы по всей длине «слизня» от начала к концу.{102}

«Слизень» — этакая лошадь из цирковой пантомимы, под попоной которой скрываются не двое, а 100 000 — ползет в поисках лучшей жизни, оставляя за собой склизкий след. Находя местечко посветлее и потеплее, он начинает «расти», возвышаясь над поверхностью подобно грибу и формируя на кончике плодовое тело. Пятая часть популяции — те амебы, которым выпал самый тяжкий жребий — отдали свои жизни ради общего блага. Вознеся других амеб на высоту 3 мм, они погибли. Оказавшиеся наверху счастливчики преобразуются в споры и разносятся ветром. Когда споры снова попадают в места обитания вкусных бактерий, они прорастают — получаются амебы. Причем, с прежними асоциальными замашками — заботятся лишь о собственном пропитании и размножении. При встрече друг с другом они едва кивают, буркнув каждая себе под нос «Здорово!» Это продолжается до тех пор, пока пища не подходит к концу. Тогда амебы вновь посылают друг другу волновые сигналы — весь цикл повторяется.

Командная работа в микроскопических масштабах. Голодные амебы Dictyostelium собираются вместе, созывая друг друга химическими сигналами, образуют «слизня», а уже «слизень» ползет на поиски лучшей жизни
* * *

Если брать большинство «обычных» механических волн, энергия распространяется вместе с формой волны, в то время как среда распространения — вода, воздух, камень или что-либо еще — остается практически на одном месте. Однако волны, которые катятся по стадиону, на поверхности огромного пчелиного роя или среди колонии «социальных» амеб, совершенно другие.

В каждом из этих примеров отдельная особь затрачивает определенную энергию, но соседней особи ее не передает. Спортивные фанаты, пчелы, амебы — все они отнюдь не пассивные объекты, захлестываемые движением, передающимся от соседей, как, например, при распространении океанической волны — частички воды вовлекаются в движение по круговой траектории вместе с остальными частичками. В этих же популяциях от одной особи к другой передается нечто совершенно иное — информация. Через толпу распространяется информация о том, как и когда каждый конкретный индивид должен двигаться, чтобы общими усилиями образовалась волна.

Впрочем, идея довольно спорная.

Спорная хотя бы потому, что «обычные» волны и сами переносят информацию. В конце концов, в первую очередь именно по этой причине мы обратили на них внимание. Например, видимые нам световые волны несут информацию об объектах, от которых отражаются; слышимые звуковые волны дают понять, кто или что их порождает. Потому мы и используем волны для связи — радиоволны, к примеру, несут сигнал от передающего устройства к вашему радиоприемнику. И все же, несмотря на свою непохожесть, все эти волны — волны энергии, переносимой из одной точки пространства в другую.

Однако волны, проходящие через толпы народа, пчелиные рои, комочки «социальных» амеб, представляют собой исключительно информацию. Единственное, что распространяется в форме волны от одной части популяции к другой, это сигнал для каждой особи сделать то-то и то-то.

Спросите физика, и он вам ответит: волны на стадионе не являются таковыми в строгом смысле этого понятия, потому что не переносят энергию через среду. Скорее, это среда затрачивает энергию, чтобы в определенной мере себя направлять. Тем не менее то, что мы видим — волна. И этого достаточно, чтобы считать ее подлинной, истинной волной, распространяющейся вихляниями пчелиных брюшков и сбивающимися в группы амебами. Ну и пусть она не подчиняется тем же физическим законам, что и другие волны. Подумаешь! Просто она сделана из другого теста.

Высоколобые умники с этим могут не согласиться.

Но знаете, что я им на это скажу? Пускай полюбуются на 50 000 пчелиных задниц.

* * *

Если вы задумали организовать волну на стадионе, без помощи друзей вам не обойтись. Причем нужны как минимум еще двадцать четыре человека, потому как прыгая и скандируя во время игры нью-йоркских «Джетс» вдвоем с приятелем, вы добьетесь нулевого результата.

Откуда это известно? Благодаря исследованиям профессора Тамаша Вичека из Будапештского университета.{103},{104}Он и его коллеги пришли к выводу: чтобы зажечь волну болельщиков на стадионе, нужно не меньше двадцати пяти человек, рассредоточенных в разных местах, которые будут действовать слаженно, в определенное время вскакивая. А вот насчет того, должны ли эти двадцать пять человек надираться, скидывать с себя футболки и орать речевки, в исследовании ничего не говорится. «Некоторые заявляли, что, мол, нужно вовсе не двадцать пять человек, — стал рассказывать Вичек, когда я поинтересовался его работой. — Они утверждали, что им хватило и четырех друзей. Однако выяснилось, что пяти человекам это удается далеко не с первого раза. Они должны предпринять несколько попыток, прежде чем их непосредственные соседи включатся в процесс, составляя те самые недостающие два десятка».

«Так, всем приготовиться… Слушайте, а в какую сторону: влево или вправо?» Чемпионат мира 1986 года в Мексике: именно тогда волны болельщиков на стадионе обрели бешеную популярность

Профессор Вичек заинтересовался волнами болельщиков совсем не потому, что сам — страстный поклонник спорта. Его интерес возник естественным образом из исследовательской работы по поведению других групп. Ранее он изучал то, каким образом синхронизируются аплодисменты зрителей, когда те вызывают актеров после игры. Темой другой его работы было распространение паники среди большой группы людей при возникновении чрезвычайной ситуации. Вичек как раз находился на спортивном соревновании — у него брали интервью для телевидения об этой его исследовательской работе, — когда на трибунах стадиона возникла волна. Она-то и стала той самой искрой, разжегшей в нем азарт исследователя.

Анализируя видеозаписи спортивных матчей, Вичек наблюдал, каким образом волны болельщиков возникают и распространяются. Пытаясь сымитировать поведение толпы, он составил ее упрощенную компьютерную модель. В ней присутствовали виртуальные люди — упрощенные версии людей из толпы, пребывавшие в одном из трех состояний: возбужденном, когда они сидели и были готовы подхватить волну; активном, когда они вскакивали и размахивали руками; пассивном, когда они просто размахивали руками, но о том, чтобы вскочить, и не помышляли. Тут я заметил Вичеку, что такая модель кажется вполне жизненной — во время некоторых футбольных матчей так и происходит.

Но хотя «люди» в компьютерной модели были довольно схематичны, они точно имитировали поведение людей на стадионе. Повозившись с настройками, Вичек с коллегами продемонстрировали: скорость, с которой волна распространяется по стадиону, определяется временем реагирования членов толпы. В действительности волна распространяется довольно быстро — со скоростью 43,5 км/ч.

Люди опытные могут организовать довольно-таки замысловатую волну. «Первокурсники Университета Нотр-Дам отличаются в этом деле особой сноровкой, — поделился Вичек. — Для них это своего рода искусство, часть студенческой культуры. Они могут направить волну в любую сторону. Даже в обе одновременно. Для выполнения такого трюка необходимы несколько десятков человек, четко представляющих, что и как им делать».

Однако менее опытные «волновики» даже не догадываются о том, что побуждает волну распространяться по зрительским трибунам в одну сторону, а не в другую. Если бы болельщики вскакивали только потому, что вскочили их соседи, можно было бы предположить, что кто-то, находящийся в определенной точке, дает отмашку — волна идет расширяющимся кругом, как рябь от брошенного в пруд камушка. Но в таком случае волна распространялась бы в обе стороны сразу, огибая стадион. Такого затейливого эффекта добиваются студенты из Университета Нотр-Дам после определенной тренировки. Более того, по наблюдениям Вичека, подавляющее число волн идет только в одном направлении. В ходе второго исследования{105} открылась даже следующая тенденция: «Мы обнаружили, что если брать волны по часовой стрелке и волны против часовой стрелки, их пропорция составляет 60:40».

В рамках данного исследования был проведен Интернет-опрос участвующих в распространении волны по стадиону. Как ни странно, из семидесяти пяти откликнувшихся человек все «волновики» из Европы отметили, что их волны распространяются вдоль трибун по часовой стрелке, а 70% «волновиков» из Австралии написали, что их волны идут против часовой стрелки. Картина до боли напоминает старую «сказку» о том, что вода в ванне закручивается в Северном полушарии в одну сторону, а в Южном полушарии — в другую.[46] Однако в случае с волнами «сказка» может обернуться «былью».

Но мне все это казалось настолько неправдоподобным, что я решил провести собственное исследование. И хотя всеохватным его не назовешь, я все же просмотрел 94 видеозаписи с волнами болельщиков на стадионе в You Tube. (Теперь-то, задним числом, я понимаю, что придумал себе это занятие с единственной целью — лишь бы делом не заниматься. То есть лишь бы не писать эту главу.) В 69 роликах волна распространялась по стадиону, находившемуся в Северном полушарии. Из этих шестидесяти девяти роликов я насчитал 40, в которых волна шла по часовой стрелке, и 29 — с волной против часовой стрелки. Получается, 58: 42, то есть результат в пользу волн по часовой стрелке. В остальных 25 видеороликах демонстрировались игры, проходившие в Южном полушарии. Из этих роликов в 10 волна распространялась по часовой стрелке, а в 15 — против. В итоге вышло 40: 60, то есть результат в пользу волн против часовой стрелки.

Я поинтересовался у одного специалиста по статистике, можно ли считать эти результаты значимыми. Мне сказали: в том, что волна в Северном полушарии пойдет в одном направлении, а в Южном — в другом, я могу быть уверенным на 96,6%. То есть вероятность зависимости разницы в направлении распространения волн от конкретного полушария велика. Похоже, волны в самом деле на севере чаще распространяются по часовой стрелке, на юге — против. Однако я просмотрел недостаточно видеороликов, чтобы утверждать это с точностью в 95%, каковая считается значимой. По мне, так все это чистой воды педантизм. Лично я считаю, что полученные данные достаточны для того, чтобы утверждать: волны болельщиков на стадионе в Северном полушарии скорее распространяются по часовой стрелке, а в Южном полушарии — против часовой стрелки. Это явление я именую Законом распространения волны болельщиков, обусловленным полушариями.

Таким образом, дело закрыто.

* * *

Возможно, вам любопытно будет узнать, что гиппопотамы тоже порождают волны толпы.

Правда, к сожалению, эти животные не вскакивают на задние конечности и не размахивают все, как один, морщинистыми передними лапами, распространяя рябь вдоль глинистых берегов реки Замбези. Но не смотря на это, волны информации эти животные порождают — в данном случае это звуки, идущие от одного стада к другому. То есть связь по цепочке.

Бегемоты-самцы, находясь в реке, высовывают из воды ноздри и производят оглушительный рев. Поскольку это самцы, можно предположить, что таким образом животные заявляют свои права на территорию. Когда профессор Уильям Барклоу из Фрэмингемского государственного колледжа, штат Массачусетс, изучил их поведение, он обнаружил, что рев одного самца вскоре вызывает ответный рев других, находящихся по соседству.

Рев самцов одного стада побуждает самцов другого, чуть дальше по реке, высунуть ноздри из воды и зареветь в ответ. Они, в свою очередь, вызывают рев третьего стада — и так по всей длине реки. Изучая поведение животных Танзании, Барклоу заметил, что волна рева бегемотов распространяется на расстояние 13 км за каких-то четыре минуты.{106}

Судя по всему, помимо шума над поверхностью воды, бегемоты издают и громкий звук под водой, поскольку их призывы побуждают других бегемотов, находящихся в реке, всплыть и включиться в общение. Барклоу называет этот тип связи подводным общением. Высовывая из воды ноздри, а пасть с нижней челюстью и горлом оставляя в воде, бегемот способен одновременно производить звуки как надводные, так и подводные.

Поскольку в пресной воде звуковые волны распространяются в четыре раза быстрее, чем в воздухе, находящиеся в реке другие бегемоты теоретически должны слышать два звука: сначала подводный, затем надводный. (Может, они воспринимают разницу между звуками во времени и определяют по ней местонахождение конкретного бегемота? Совсем как мы, когда определяем расстояние до бушующей грозы, подсчитывая секунды между вспышкой молнии и раскатом грома.)

У рева бегемота богатая тональность; очевидно, он включает в себя те же инфразвуковые частоты, что и трубный призыв слонов, слышный очень далеко. Похоже, стадионная волна у бегемотов устроена гораздо сложнее, нежели у нас, людей. Как знать, о чем там самцы толкуют. Может, в их посланиях содержатся фразы «моя земля», «мои самки» и «держись подальше»? По крайней мере, мы с уверенностью можем сказать одно: послание заканчивается фразой «передай дальше».

* * *

В Риме находится известный парк «Вилла Боргезе». У примыкающей к нему Пьяццале Наполеоне есть терраса, она нависает над величественной площадью Пьяцца-дель-Пополо. Эта выходящая на западную сторону терраса с видом на реку Тибр, на черепичные крыши домов, среди которых возвышается купол собора св. Петра, — место, где назначают свидания. Вечером парочки приходят на террасу, и в лучах закатного солнца парень любуется сияющими глазами своей возлюбленной.

Ну а для одного англичанина без растительности на голове эта площадка оказалась удобным наблюдательным пунктом — с нее хорошо видно необычное природное явление: наводняющие город стаи скворцов. Как-то я прилетел в Рим зимой и в солнечную погоду впервые их увидел. Признаться, я не сразу понял, что это такое: птицы сбились в огромную бесформенную стаю, которая то растягивалась, то сжималась, то отклонялась, то закручивалась; причудливые движения буквально гипнотизировали. С тех пор всякий раз, когда мне случалось проходить возле тех мест под конец дня, я заворачивал к террасе и, растолкав влюбленных локтями, не сводил глаз с гигантских туч птиц — тучи взмывали и устремлялись вниз, расширялись и сжимались, делились на несколько и сливались воедино. Зрелище никогда мне не надоедало; жаль, что продолжалось оно всего минут двадцать.

Стаи скворцов насчитывают от 200 до 50 000 особей; птицы устраивают такие представления над Римом почти каждый вечер в осеннее и зимнее время, возвращаясь из пригородов, где кормятся, в город, где в вершинах деревьев вьют гнезда. То есть они, в отличие от римлян, путешествуют в противоположном направлении.

Но какова же причина такого чудного поведения птиц в стае? Тысячи птиц, выписывая в воздухе замысловатые фигуры, определяются с местом для ночевки — каждому в этом грандиозном птичьем «оркестре» находится место на веточке-жердочке.

Почему-то всякий раз при виде этих стай мне вспоминается эпизод из классической кинокартины 1953 года «Каникулы господина Юло», снятой Жаком Тати. Находясь en vacance[47] в небольшом курортном городке Франции, господин Юло не может отвести глаз от капли нуги, стекающей с крючка сбоку тележки с мороженым, что возле отеля. Приторная нуга свешивается все ниже и ниже, кажется, она вот-вот упадет на землю. Смотреть на виснущую каплю спокойно господин Юло не может, но и проявить инициативу, подхватив ее, не решается. Однако мороженщик всегда успевает поймать каплю за мгновение до того, как она упадет.

Не представляю, с чего этот эпизод приходит мне на ум. В конце концов, скворцы не имеют с нугой ничего общего, ведь они практически невесомы. (Чего не скажешь об их помете — из-за него римляне скворцов недолюбливают. Птицы, демонстрирующие в небе фигуры высшего пилотажа, не задумываясь уделают ваш ненаглядный мотороллер «веспа» или «смарт-кар», случись вам по неосмотрительности припарковать авто под облюбованным ими деревом. И сейчас, когда количество птиц превышает число жителей Рима в четыре раза, проблема стоит особенно остро.)

Снимок «Шелест № 21» фотографа Ричарда Барнза, запечатлевшего стаю скворцов над Римом. В то время как птицы слаженно совершают воздушные маневры, темные области — места наибольшего скопления скворцов — волнами распространяются через стаю

Помнится, я заметил, что через стаи птиц из края в край проходят волны — что-то вроде ряби птичьей плотности. Темные полосы — в областях наибольшего скопления птиц — распространялись перпендикулярно направлению полета стаи. Эти волны меня тогда заинтересовали. Может, благодаря им птицы избегают столкновений — вроде суперсовременных скоростных поездов, при встрече умудряющихся не задеть друг друга? А может, с их помощью птицы общаются? Только процесс этот проходит на более сложном уровне.

Демонстрируемая скворцами удивительная слаженность перемещений в стае долгое время представляла для ученых загадку. В 1970-х годах была высказана даже такая идея: вожак стаи, находясь в ее гуще, порождает электростатическое поле, в нужный момент сообщая остальным птицам о необходимости изменить направление.{107} Ну, вроде как командует: «Всем влево… Так, погодите… теперь направо. Направо, направо!» А гораздо раньше, в 1930-х годах, в ходе исследования было сделано предположение о том, что все птицы в стае одновременно меняют направление полета благодаря… телепатии.{108}

Но ни то, ни другое предположение не подтвердилось; оказывается, птицы время от времени общаются друг с другом при помощи волн — «волн движения». В 1984 году методом замедленной съемки запечатлели полет стаи чернозобиков, болотных птиц из семейства бекасовых, во время перелетов сбивающихся в большие стаи. Выяснилось, что воздушный маневр может начать один-единственный чернозобик; этот маневр распространяется на всю стаю как «волна движения», координируя полет всей стаи.{109}

Однако не думайте, будто вся стая следует за одной-единственной птицей. Съемки показали, что инициатором смены движения может стать любая птица, однако при этом она не должна лететь в направлении, противоположном основной массе птиц. Если она летит от стаи, ее примеру никто не последует. Видимо, такое поведение предотвращает раскол стаи, который делает ее более уязвимой для нападения хищных птиц, предпочитающих выбирать жертву среди отбившихся от стаи особей. Действительно, защита от атак с воздуха представляется главной причиной этих «волн движения». Весть о приближении хищников распространяется довольно быстро — как только одна из сотен птиц на краю стаи ее заметит.[48] Например, при угрозе нападения сапсана стаи скворцов образуют шар, с которого, как с яблока, «счищается» кожура — такой маневр хищника запутывает и отвлекает. Оказывается, в полете каждой птице требуется около 70 миллисекунд, чтобы среагировать на движение непосредственных соседей. Но как только коллективная «волна движения» начинает распространяться по стае, эта цифра сокращается до 14 миллисекунд. Любопытно, что средняя скорость реакции чернозобика, измеренная в лабораторных условиях, составляет всего лишь 38 миллисекунд. По-видимому, ощущение проходящей через стаю волны ускоряет реакцию — птица реагирует быстрее, чем если бы ориентировалась только на движения непосредственных соседей. Видя приближающуюся волну, птицы готовы к смене направления полета на несколько миллисекунд раньше — совсем как танцор в расшитом блестками костюме, видя приближающуюся волну махов ногами, готовится в свою очередь совершить мах. Поэтому теорию скоординированного полета птиц в стае иногда называют гипотезой кордебалета.

* * *

Слаженный полет в стае вырабатывался у скворцов не одно тысячелетие, а вот волны болельщиков на стадионе изобрели совсем недавно. Интересно, когда возникла первая волна? Как при этом ватага зрителей согласовывала свои движения?

Как мы уже понимаем, для формирования волны необходима осознанная координация движений толпы. Волна пойдет вокруг стадиона только в том случае, если среди зрителей достаточно людей, уже знакомых со своей ролью в этом деле. Но как болельщикам удалось скоординироваться настолько, чтобы создать волну, когда подобное развлечение еще не стало массовым?[49]

Если верить официальному веб-сайту футбольной команды Вашингтонского университета{110}, самая первая волна прокатилась по стадиону «Хаски» в Сиэтле 31 октября 1981 года, когда футболисты Вашингтонского университета принимали у себя игроков из Стэнфорда.

Первая волна — прототип всех последующих волн болельщиков — была инициирована Робом Уэллером, выпускником Вашингтонского университета. Во время учебы Уэллер состоял в группе поддержки футбольной команды. В качестве исторической справки: изначально в группах поддержки участвовали только парни. К счастью для Уэллера, короткие юбчонки они не носили и помпонами не размахивали — в их задачу входило поддержание соответствующего настроя среди болельщиков. Игра проходила в честь встречи выпускников — события, ради которого в стенах университета целую неделю шли праздничные мероприятия. В тот день Уэллер участия в игре не принимал — он наблюдал за футболистами вместе с Биллом Бисселлом, бывшим директором официального маршевого оркестра. Однако Билл держал микрофон, собираясь вести публику за собой, как и десять лет назад.

В третьей четверти игры Уэллер и Бисселл попытались зажечь местных болельщиков, побуждая встать сначала самые нижние ряды, затем — средние и верхние. Должна была получиться волна концентрическая, отличная от той, которую все мы знаем и любим. Однако оказалось, что координировать такое сложное, подобное кругу от брошенного в воду камешка, движение слишком трудно. И все же старания Уэллера оказались не напрасными — волна прошла по U-образному стадиону, распространяясь из одного конца в другой. Как написали потом на веб-сайте команды: «Болельщики группами вскакивали и оставались стоять до тех пор, пока волна не достигла конца стадиона».{111}

Уэллер и Бисселл вернулись в 2001 году, двадцать лет спустя, чтобы организовать волну болельщиков во время матча между командами Вашингтонского и Стэнфордского университетов на стадионе «Хаски».

Вот как было дело.

* * *

По крайней мере, так я думал, пока не наткнулся на это:

ФАКТ, ОПРОВЕРЖЕНИЮ НЕ ПОДЛЕЖАЩИЙ: Я, ДЖОРДЖ ЧУМОВОЙ, ПЕРВЫЙ ПРИДУМАЛ ВОЛНУ. Я СРЕЖИССИРОВАЛ ЕЕ 15 ОКТЯБРЯ 1981 ГОДА ПЕРЕД ЗРИТЕЛЬСКОЙ АУДИТОРИЕЙ ВСЕЙ СТРАНЫ НА БИТКОМ НАБИТОМ СТАДИОНЕ ВО ВРЕМЯ СЕРИИ ПЛЕЙ-ОФФ МЕЖДУ «ОКЛЕНД АТЛЕТИКС» И «НЬЮ-ЙОРК ЯНКИЗ» АМЕРИКАНСКОЙ ЛИГИ.

Джордж Хендерсон Чумовой — личность среди болельщиков его родного штата Калифорния известная. Джордж — бывший школьный учитель; теперь он называет себя «профессионалом группы поддержки». Джорджа нельзя не заметить: его лысая голова с торчащими по бокам седыми патлами всегда мелькает в первых рядах болельщиков. К тому же, управляя толпой, Джордж громко выкрикивает речевки и наяривает на маленьком барабане.

Впрочем, я намерен игнорировать заявления любого, кто пишет исключительно прописными буквами (а именно в такой манере Джордж Чумовой предпочитает выражаться на страницах собственного сайта, заявляя свои права на изобретение волны{112}. Хотя притязания Джорджа могут оказаться вполне обоснованными.

Бейсбольный матч, который он имеет в виду, состоялся на стадионе «Окленд Колизеум» на целых шестнадцать дней раньше игры на стадионе «Хаски». Джордж Чумовой, как обычно, заводил толпу в своем секторе стадиона. «Я прокричал, чтобы все по моей команде — когда я взмахну — вскочили. Вскочили, прокричали речевки и снова сели». Если волна на каком-то этапе замирала, Джордж командовал своему сектору освистывать несознательных болельщиков. Во время первых двух попыток волна прошла всего несколько секторов. Каждый раз, когда она затухала, в секторе Джорджа недовольно свистели. «С третьей попытки волна прошла полный круг. После все вскочили и стоя аплодировали», — с гордостью вспоминал Джордж.{113}

Джордж Чумовой: может, он и профессионал из группы поддержки, но в самом ли деле честь изобретения волны болельщиков принадлежит ему?

Хорошо, а где же доказательства? Оказывается, игру 1981 года между «Окленд Атлетике» и «Нью-Йорк Янкиз» сняли; попала в кадр и прокатившаяся по зрительским трибунам волна. Вы наверняка подумаете: раз так, какие еще могут быть споры?

Однако когда Джон Кудо, владелец компании, отвечавшей за развлекательные мероприятия во время спортивных соревнований, разместил на своем сайте Gameops.com заметку, в которой отдал лавры изобретателя волны Джорджу «Чумовому», оскорбленные фанаты из Сиэтла забросали его гневными сообщениями, обвинив в ангажированности. Ему припомнили, что он работал с той самой компанией, которая как раз и представляла Джорджа. Кудо на сайте оправдывался:

«Я потратил немало времени на подготовку статьи о волне болельщиков, а также о притязаниях на первенство в ее изобретении как Джорджа, так и парней из Вашингтонского университета. После собственных изысканий и бесед с людьми со спортивного факультета университета я выяснил следующее: изобретение волны Уэллером — скорее местная легенда, которую в университете всячески поддерживали. Университет не смог убедить меня в том, что 31 октября 1981 года (день, когда Уэллер якобы «изобрел» волну) могло оказаться раньше 15 октября 1981 года (день, когда волна, поднятая на оклендском стадионе Джорджем, была запечатлена на видео).»{114}

Однако от дальнейшей полемики Джон Кудо отказался. «После того как мы опубликовали статью на сайте, фанаты из Вашингтонского университета чуть ли не пригрозили мне физической расправой».

А электронные сообщения, комментарии на сайте или почтовые письма на эту тему Кудо с некоторых пор игнорирует. (Так же поступлю и я.)

«… Ага! Как будто людская волна прокатилась по стадиону!»
* * *

В своем романе «Бельэтаж» Николсон Бейкер описывает с любовной тщательностью все, что происходит во время перерыва на обед у молодого офисного служащего Хауи. В какой-то момент Хауи заходит в мужской туалет, где слышит своего сослуживца — тот выразительно насвистывает мотив «Янки дудл»[50].

Он тут же вспоминает, как в начале рабочего дня, на конец, проснувшись после первой чашки кофе, принялся с чувством горланить песенку цветочницы из мюзикла «Моя прекрасная леди». И как через некоторое время заметил, что умудрился заглушить коллегу за перегородкой, вполголоса напевавшего мелодию из классики софт-рока. Тогда ему стало неловко. Однако позднее он порадовался, услышав ту же самую песенку цветочницы, правда, в несколько приукрашенном виде, — кто-то насвистывал ее, делая копии на ксероксе. Наверняка его оглушительное исполнение услышали многие.

Закончив предаваться воспоминаниям, Хауи выходит из туалета и уже в коридоре, на пути к рабочему месту, ловит себя на том, что насвистывает «Янки дудл». Как видно, мелодии бывают заразительными.

Эволюционист Ричард Докинз придумал термин «мем», которым обозначаются единицы информации, «мелодии, идеи, модные словечки и выражения, способы лепки горшков или сооружения арок», которые несут в себе элемент заразительности. Точно так же, как гены распространяются, переходя из одного тела в другое с помощью сперматозоидов или яйцеклеток, «мемы распространяются, переходя из одного мозга в другой в результате процесса, который в широком смысле можно назвать имитацией».{115}

Насвистываемые в романе Бейкера мемы — маленькие волны информации, распространяющиеся по офисному пространству. Но в отличие от волн на стадионе, эта имитационная рябь возникает без участия сознания, являясь незваным гостем.

В фантастическом рассказе Фрица Лейбера «Бум-пампам-пам-бим-бам-бом», написанном в 1958 году, группа амбициозных интеллектуалов собирается в студии художника-модерниста посмотреть на процесс создания знаменитых полотен в технике разбрызгивания. Среди гостей присутствует и известный джазовый барабанщик Толли Вашингтон. Он сидит и выбивает на щелевом барабане сумасшедшие ритмы, в то время как художник подходит к огромному белому холсту с кистью наизготовку. Барабанщик выбивает ритм — тот самый, который в названии рассказа, — а художник отряхивает с кисти краску. Краска ложится на холст, точно повторяя ритм: бум-пампампам-бим-бам-бом! Гости, сплошь люди творческие, подобным совпадением потрясены. Бесхитростная последовательность нот никак не идет у них из головы, и они невольно распространяют ее дальше, создавая на ее основе шедевры каждый в своей области.

Более того: ритм до того заразителен, что, подобно вирусу, инфицирует весь мир. Основанный на ритме новый стиль музыки становится хитом международных масштабов. Люди начинают таскать с собой фотографии клякс — пятен краски на холсте. Ритм грозит завладеть умами всего человечества. «Он проник в наши головы. Проник нам под кожу», — жалуется отчаявшийся психиатр, когда через несколько недель группа интеллектуалов вновь собирается. Все они попали в психосоматическую зависимость от ритма.

Единственный способ пресечь распространение музыкальной пандемии — провести спиритический сеанс. Оказалось, дальний предок Толли, джазового барабанщика, был черным магом-знахарем — наверняка это он подбросил ему в голову ритм, чтобы навредить потомку. И только в результате контакта с предком победное шествие ритма удается остановить.

Правда, этот мем вряд ли вписывается в рамки идеи Ричарда Докинза.

* * *

Заразительный ритм Лейбера — довольно замысловатый пример того, как идея распространяется волной, а точнее, цунами информации. Однако на деле все может оказаться гораздо прозаичнее. Возьмите хотя бы постоянно скачущие показатели финансовых рынков. Разве то возрастающие, то убывающие в цене активы рынка NASDAQ фондовых индексов Dow Jones и Hang Seng не образуют своего рода волну? Такое предположение обусловлено сформулированной Эллиоттом волновой теорией экономики.

Американец Ральф Эллиотт, бухгалтер по профессии, предложил свою теорию еще в 1930-х годах, когда потерял работу и большую часть сбережений во время Биржевого краха 1929 года. Если вкратце, то Эллиотт утверждал, что колебания показателей финансовых рынков представляют собой серию волн. Как рябь на поверхности океана может перекрываться более высокими волнами, которые в свою очередь перекрываются волнами приливно-отливными, так и колебания финансовых показателей происходят параллельно в разных временньгх масштабах. По Эллиотту, все циклы — маленький, промежуточный, первичный, главный суперцикл — состоят из пяти повышающих волн импульса, за которыми следуют три корректирующие волны спада.

Честно говоря, я не знаю, можно ли рассматривать гребни и подошвы колебаний финансовых рынков как истинные волны информации. Вдруг периоды подъема и спада всего лишь кажутся волнами — когда вы изображаете их на графике с временной шкалой. Но даже если слово «волна» в данном случае — просто метафора, она вполне наглядна.

«Волны» уверенности, управляющие активами глобальных рынков, в сущности, не что иное, как слагаемое состояний наших умов, множество всех наших индивидуальных ощущений финансовой стабильности, которое обусловливает наши каждодневные действия в отношении займов, сбережений, инвестиций.

Из чего логически можно вывести следующее утверждение: все трейдеры и фондовые менеджеры — серфингисты. Они стараются запрыгнуть на волну уверенности в нужный момент и нестись стремительно вперед, соскочив до того, как станет слишком поздно, и все рухнет.

А как насчет гриппа? Передаваясь от человека человеку, болезнь перерастает в эпидемию, а пересекая границы — в пандемию. В каждом вирусе содержится генетический код, который размножается в клетках зараженного организма, а уже этот самый организм, чихая и кашляя, заражает другой организм. Пандемия гриппа 1968 года распространилась из Гонконга по всему миру за считанные месяцы. Уровень смертности был сравнительно низким — всего около миллиона случаев летального исхода. А вот испанский грипп 1918 года, напротив, только за год убил более 40 млн. человек; по приблизительным подсчетам, заразилось до трети населения мира.{116} Но и гонконгский, и испанский грипп — ничто в сравнении с «Черной смертью», пандемией скорее бактериальной, нежели вирусной; считается, что она выкосила около 60% населения Европы середины XIV века.{117}

В 2009 году весь мир с тревогой гадал, насколько опасной окажется пандемия свиного гриппа Н1N1, начавшегося в апреле в мексиканском штате Веракрус и за несколько месяцев охватившего большинство стран мира. К концу года в 130 странах от гриппа умерли почти 13 тыс. человек{118}, однако то, что сначала виделось неконтролируемой волной распространения смертности, теперь считается скорее волной паники. А также прибылей компании «Рош», швейцарского фармацевтического гиганта, к концу 2009 года рассчитывавшей на 2,65 млрд. долларов от мировых продаж антивирусного препарата «Тамифлю».{119}

Но пусть на начальной стадии пандемии число смертельных исходов, по счастью, оказалось гораздо ниже, нежели во время предшествующих пандемий, вирус, тем не менее, распространялся по странам и континентам, как гигантская волна. Центры по контролю и профилактике заболеваний подсчитали, что только в США число подхвативших вирус составило что-то между 39 и 80 млн. человек.{120} Эта «мексиканская волна» оказалась неожиданной и грозила перерасти в неконтролируемую пандемию. Ее движение не было похоже на движение волны болельщиков по стадиону — волна распространялась вдоль путей сообщения, в основном с воздушными рейсами. И все-таки это была волна — волна генетической информации, для которой средой распространения стало человечество земного шара. По мере того как люди, переболев, выздоравливали, волна начинала распространяться как регулярная. По счастью, она не преобразовалась в медицинский эквивалент ударной волны, при которой «человеческая» среда распространения подвергалась бы воздействию волны постоянно. То есть люди не выздоравливали бы, а умирали.

Кредитный кризис 2009 года можно назвать финансовым эквивалентом ударной волны. Гребень экономического доверия чрезмерно вырос — вся система оказалась угрожающе нестабильной. Волнообразные скачки показателей, слабые или сильные, пришли в полный беспорядок — рынки обрушились сами на себя, захваченные водоворотом экономической нестабильности и потерянных состояний. Имели место как обычные реверсивные тенденции финансового спада: упавшие в цене акции, подешевевшая недвижимость и растущая безработица, — так и необратимый, широко распространившийся ущерб: банки по всему миру приходилось поддерживать на государственном уровне, а большинство финансовых учреждений потерпели полный крах.

Может показаться, что хаос и беспорядок в финансовом мире не имеют ничего общего со старыми добрыми волнами на стадионе. В конце концов, волны на стадионе — эти безвредные волны информации — не что иное, как неординарный способ управления коллективом. Пробегающая по толпе людей волна притягательна тем, что вовлекает в одну и ту же бессмысленную деятельность, согласованную и в то же время спонтанную, всех и каждого. И раз уж нам удается своими слаженными действиями организовать волну на стадионе, наверняка удастся сообща покончить с пандемиями — медицинскими, финансовыми или какими другими, — пока они не переросли в ударные волны, вред от которых непоправим.

СЕДЬМАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ТО НАКАТЫВАЕТ, ТО ОТСТУПАЕТ

«Какая волна в море самая большая?» — спросил меня как-то приятель; в тот сентябрьский вечер мы с ним сидели за кружкой пива. Мне сразу представилось, что мы не просто потягиваем пиво, а участвуем в викторине, которые частенько устраивают в пабах. Как будто наш столик играет против остальных столиков, а вопрос прозвучал из уст ведущего за барной стойкой. Я представил картину довольно живо. Но вовсе не потому, что питаю к подобным викторинам особое пристрастие — наоборот, я их терпеть не могу, так как вечно проигрываю. Все дело в том, что вопрос оказался из разряда моих любимейших: каждый уверен, что знает правильный ответ, но в действительности ошибается.

Итак, ноль баллов столику возле бара. Потому что их предположение о том, что самая большая волна — это огромный бурун, разбивающийся о берег во время урагана и прочих стихийных бедствий, неверно.

То же самое получают и завсегдатаи за столиком у камина; эти шепчут что-то про аномальные волны, быстро царапая на клочке бумаги их высоту: 18-30 м. Об аномальных волнах известно еще по свидетельствам моряков прошлых столетий: они якобы появляются среди яростно бушующего моря совершенно неожиданно, образуя гигантские стены, которые намного превосходят штормовое волнение вокруг.[51]

Волны урагана Кэрол, разметавшего в 1954 году город Олд-Лайм, штат Коннектикут
Аномальная волна угрожающе нависла над кормой торгового судна, идущего в бурных водах Бискайского залива возле берега Франции, ок. 1940 г.
Волна цунами, родившаяся в водах Индийского океана и захлестнувшая тайский Ао Нанг 

Даже невозмутимые всезнайки, молча сидящие за отдельным столиком, дают неправильный ответ. Самая большая волна вовсе не цунами, как они полагали, не та, что возникла в результате землетрясения 26 декабря 2004 года и погубила 230 000 человек в прибрежных районах Индийского океана.

Но существует — и безоговорочную победу одерживает наш с приятелем столик! — волна намного больше всех перечисленных.

Собственно, вот она:

В этот момент с лиц игроков за другими столиками враз исчезают снисходительные ухмылочки.

Возможно, она и не выглядит такой уж большой, поскольку особой высотой похвастать не может — всего около метра от гребня до подошвы. Однако волна эта невероятно огромна, если измерить ее от гребня до гребня — сотни километров. Это приливно-отливная волна.

Только не следует путать приливную волну с волной цунами, которую иногда называют так же. И которая, на деле, с приливными волнами не имеет ничего общего — цунами образуется в результате единичных событий, например, значительных сдвигов морского дна во время землетрясения, когда возникает сильное возмущение на уровне воды, распространяющееся в океане. В эту книгу подобная путаница не просочится. Особенно после того, как СМИ, освещая жуткие события декабря 2004 года, давали на первых полосах термин «цунами» без всяких приливных волн — значит, ошибка наконец-то изжита.

Так вот, приливно-отливные волны образуются под действием сил притяжения Солнца и Луны. Влияние этих двух небесных тел заключается в том, что водная оболочка на ближней и дальней сторонах земного шара слегка деформируется, вспучиваясь. Вы возразите: какое еще вспучивание? При чем здесь волны? Однако не стоит забывать, что вращение Земли вызывает перемещение волн через океаны, поскольку они стремятся сохранить равновесие, ориентируясь на положение Солнца и Луны.

Чтобы представить эти перемещения, давайте вспомним, как в непосредственной близости от магнита смещаются железные опилки. Тонкий слой рассыпанных на листе бумаги опилок мало похож на покрывающий часть сферического глобуса океан, однако движения опилок, собирающихся в кучку, когда магнит останавливают примерно в 2-3 см над ними, наводит на мысль о вызываемом приливами и отливами «вспучивании» океанических вод. Как рябь верхних частичек проходит через слой остальных опилок по мере того, как вы двигаете лист бумаги по столу, под которым находится магнит, так и «вспучивание» распространяется по океаническим поверхностям по мере вращения Земли. Хотя, конечно, воздействие притяжения Солнца и Земли на воду — явление гораздо более сложное, нежели воздействие магнита на железные опилки. То же самое можно сказать и об отклике океанических вод. Ясно, что модель взаимодействия железных опилок и магнита в качестве примера крайне схематична.

Однако приливы и отливы, вне всяких сомнений, считаются волнами: их гребни и подошвы — регулярные подъемы и спады уровня воды у берегов. И если измерять такие волны расстоянием от гребня до гребня, все остальные океанические волны перед ними меркнут.

Что-что? Кружка пива победителю? Спасибо, мне, пожалуйста, пинту темного.

* * *

И все же, справедливо ли называть приливно-отливные волны волнами? Обычные океанические волны — те, которые зарождаются под влиянием ветра — совершенно точно являются волнами, а не течениями, потому что распространяются через водную среду, в то время как она, среда, остается практически на месте. Разве приливы и отливы в этом смысле не течения?

Любой, кому довелось наблюдать прилив в заливе Моркам на ланкаширском побережье, нисколько в том не усомнится. Песчаная отмель залива, иногда называемая «влажной Сахарой», занимает территорию в 310 кв. км. Когда приливная волна наступает, многочисленные узкие проливы, бухточки и отмели покрываются водой, прибывающей со скоростью 16 км/ч. Находиться в тех местах без опытного проводника и таблицы приливов-отливов крайне опасно, к тому же, во время прилива незаметные на первый взгляд вымоины в земле заполняются водой — образуются зыбучие пески.

В феврале 2004 года произошел трагический случай, продемонстрировавший всю опасность приливной воды — нелегальные иммигранты из Китая в количестве двадцати одного человека, собиравшие в заливе Моркам съедобные моллюски, утонули. Возле побережья разыгрался шторм, и прибывающая вечерняя волна прилива обогнала людей — те оказались отрезаны от берега преградившими им путь зыбучими песками. Судя по всему, сборщики из местных предупреждали китайцев об опасности перехода по пескам в такое время суток, показывая на часы, однако китайцы, плохо знавшие английский, да и не доверявшие конкурентам, предупреждению не вняли. Когда люди оказались в ловушке, одному удалось дозвониться по мобильному до службы спасения, но принявший звонок оператор не смог понять их точного местонахождения. Он перезвонил по определившемуся номеру, но услышал только крики и отдельные слова: «тонуть», «вода». А еще «порывы ветра, заглушавшие вопли на незнакомом языке».{121} Потом уже выяснилось, что бригадир сообщил группе сборщиков неправильное время прилива.

Однако наибольшее впечатление производит поток воды сизигийного прилива — прилива, начинающегося во время полнолуния или новолуния, когда волны накатывают и от ступают дальше всего, — устремляющийся по узкому каналу. Например, возле Гебридских островов, где приливная вода, направляющаяся через пролив Корриврекан, оказывается зажатой между островами Джура и Скарба. В периоды сизигийного прилива скорость потока в проливе достигает 8,5 узлов или 16 км/ч. Из-за неровного в этих местах рельефа дна возникают мощные водовороты, стоячие волны и выбросы воды. Устремляясь над провалом, где дно сначала уходит на глубину около 220 м, а потом резко поеные вздымается остроконечной скалой 29 м, поток образует коварный водоворот — водоворот Корриврекан. На звание образовано от гэльского coirebhreacain, означающего «бурлящий морской котел».

Водоворот Корриврекан фигурирует в кульминационном эпизоде одного фильма, снятого британским режиссером Майклом Пауэллом в 1945 году. В фильме героиня едет к своему жениху, богатому фабриканту, на вымышленный Кило-ран, один из Гебридских островов, но вынуждена задержаться на острове Малл. Там она влюбляется в красивого морского офицера, который возвращается на все тот же Килоран. Разрываясь между возникшими нежными чувствами и твердым решением выйти замуж по расчету, героиня, презрев бурное море и штормовую погоду, настаивает на продолжении путешествия. Само собой, морской офицер вызывается ее сопровождать. И совершает героический поступок, когда судно захлестывает вода, и их утягивает в клокочущие воды водоворота Корриврекан. Этот классический фильм называется «Я знаю, что делаю!». Наверняка вы были бы очень рады услышать эту же фразу от рулевого на пароме во время переправы через быстрые воды сизигийного прилива.

Водоворот Корриврекан образуется в результате стремительного течения приливных вод над сильно изрезанным морским дном

И подобных узких проливов в мире немало. Например, в Японии: водовороты Наруто образуются благодаря приливному течению между островами Ава и Сикоку — в проливе, соединяющем Тихий океан и Внутреннее море. Однако в Норвегии, пожалуй, таких бурных потоков больше, чем где-либо. Приливные потоки, рождающие мощный Мальстрем между оконечностью архипелага Лофотенские острова и островом Верей, внутри Северного полярного круга, бегут со скоростью 10-11 узлов, то есть 19 км/ч. Именно они вдохновили Жюля Верна на изображение страшной воронки в своем романе «Двадцать тысяч лье под водой». Но самый быстрый приливный поток — Сальстраумен, его скорость достигает 22 узлов, или 40 км/ч. Его водовороты можно увидеть под мостом недалеко от норвежского города Буде.

На картине Утагава Хиросигэ «Волнение, вызванное водоворотами в провинции Ава» (1853-1856) изображены водовороты, образующиеся в результате стремительного потока приливных вод через японский пролив Наруто

Приливно-отливные потоки отличаются от обычных океанических течений — тех, что обусловлены восходящим потоком более теплых вод и нисходящим вод более холодных, а также преобладающими ветрами — тем, что меняют направление своего течения в зависимости от времени суток. Вдоль большинства побережий, например, окружающих Атлантический океан, приливы полусуточные, то есть в течение лунных суток случаются две полные и две малые воды. В то время как вдоль других побережий, например вокруг Мексиканского залива и Южно-Китайского моря, приливы суточные, то есть в течение лунных суток случается одна полная и одна малая вода.[52] Но даже если они и меняют направление движения с определенной регулярностью, это все равно течения. Как же прилив может одновременно быть еще и волной? Приливные волны слишком широки, да и высотой не отличаются, потому в открытом море мы их не замечаем — только возле берега. И все же, если вы сравните приливы с обычными, вызванными ветром океаническими волнами, накатывающими на пологий берег, вы убедитесь в их сходстве друг с другом.

Мы знаем, что обычные океанические волны при приближении к берегу преобразуются: из глубоководных в мелководные. Дно все поднимается, и волна больше не может двигаться по круговой траектории, как это было в открытом море. Постепенно круговые орбиты уплощаются, пока не остается лишь движение вперед-назад — хорошо известное нам волнение, когда волны то накатывают на берег, то отходят от него. Как только глубина снижается до одной двадцатой длины волны, волны из глубоководных становятся мелководными.

В то же время приливы — это всегда мелководные волны. Потому что даже самые глубокие впадины самых глубоких океанов, где толща воды достигает 11 км, намного меньше одной двадцатой длины приливных волн, которые от одного гребня до другого растягиваются на сотни километров. То, что мы видим приливные волны как течения, обусловлено масштабностью этого явления. Сравните себя, наблюдающего за приливной волной, и краба-отшельника, наблюдающего за обычной океанической волной, которая плещется туда-сюда на песчаной отмели. С точки зрения краба, накатывающая мелководная волна — всего лишь омывающая песок вода. То же самое происходит, когда мы наблюдаем за мелководной приливной волной. Приливные и океанические волны различаются не только масштабами — очередные гребни у них накатывают с разной периодичностью во времени. Океанические волны, распространяющиеся свободно и взаимодействующие друг с другом, могут накатывать как им заблагорассудится, а волнам приливным, «понуждаемым» равномерным движением небесных тел, свойственна предсказуемость.

Хотя большинство из нас с приливами знакомо, мало кто знает, что подобные же волны, вызванные действием силы тяжести, распространяются и через твердую оболочку Земли. Эти земные приливы образуются в то самое время, когда слегка эластичная порода земной коры деформируется в результате все того же совместного гравитационного воздействия Солнца и Луны. В период сизигийных приливов земля вспучивается на высоту до полуметра. Как и океанические приливы, земной прилив распространяется по всей планете по мере того, как она вращается, в попытке сохранить равновесие, ориентируясь на гравитационные силы Солнца и Луны. Поскольку грунт — не жидкость, поведение земной коры не имеет ничего общего с течениями, вызываемыми океаническими приливами и отливами. Земной прилив практически незаметен, его трудно измерить. Однако физикам из Европейского совета по ядерным исследованиям в Женеве приходится принимать земной прилив в расчет при проведении опытов с Большим адронным коллайдером, который в ходе земного прилива смещается.

Когда же волны идущего с океана прилива сжимаются наподобие гармошки, устремляясь в устье реки и образуя крутой фронт волны, его называют бором. В отличие от обычной океанической волны, бор на берег не обрушивается, а движется навстречу течению реки, причем, проходит так многие километры. Иногда он представляет собой группы легких волнений, которые могут предваряться полосой пены или даже ныряющим буруном, который перехлестывает через себя, образуя «трубу».

Боры замечены на шестидесяти семи реках по всему миру.{122} Известно, что в Британии таких рек тринадцать, хотя некоторые из боров настолько малы, что там и смотреть-то не на что. Наиболее эффектный бор образуется в нижнем течении реки Северн. В ее устье амплитуда прилива — разница между уровнями малой и большой воды — может достигать 13,7 м[53], формируя бор, склон волны которого равен двум с половиной метрам во время сизигийных приливов в полнолуния или новолуния, ближайшие к датам весеннего и осеннего равноденствия.

Видя, как идущий во главе прилива бор все катит и катит, вы можете посчитать, что это волна, вполне подходящая для занятий серфингом. Что на ней можно оставаться гораздо дольше, чем на волне обычной, накатывающей на берег. Наверняка именно так рассуждал подполковник Джон Черчилль, в 1950-х ставший первым смельчаком, запрыгнувшим на бор.

Известный как Бешеный Джек благодаря своим подвигам во Вторую мировую, когда он возглавлял подразделение бойцов, Джон Черчилль также был страстным лучником, в 1939 году представляя Великобританию на всемирных спортивных соревнованиях. Зачастую он отправлялся в бой с большим луком, поражая врага стрелами. Несмотря на то что шотландцем Черчилль не был, он обожал волынку; во время наступления на норвежский Вогсей он сидел на носу десантного корабля и играл «Марш клана Камерон». Подражая шотландцам во всем, Черчилль вел своих подчиненных в атаку, издавая боевой клич и потрясая обоюдоострым, с широкой рукоятью клеймором, без которого, по выражению самого Бешеного Джека, офицер «имел недостойный вид».

Снимок 1940-х годов: во время учений Бешеный Джек бежит впереди солдат, потрясая верным шотландским мечом 

Но и в мирное время Джон Черчилль не упускал случая произвести на других впечатление. Например, частенько шокировал пассажиров пригородной электрички из Лондона тем, что вдруг открывал окно поезда и швырял в вечернюю темноту за окном свой портфель. (Пассажиры и не подозревали, что ловкач тщательно выбирал момент — чемодан приземлялся аккурат в его саду, и ему не приходилось тащить его всю дорогу со станции до дома.)

По окончании войны Джон Черчилль тренировал новобранцев на одной из баз Королевских военно-воздушных сил Австралии, где и пристрастился к серфингу. Вернувшись осенью 1954 года в Англию, он заглянул в гости к Фрэнку Роуботему, инженеру на одном из участков Северна. Взяв с Роуботема клятву молчать, Черчилль поведал тому о своей задумке: прокатиться на севернском боре. К Роуботему же он пришел обсудить детали. Роуботем охотно посвятил его во все особенности бора, сообщил точное время прилива и отлива. Итак, 21 июля 1955 года, в половине одиннадцатого утра, сорокавосьмилетний искатель приключений поплыл с берега напротив городка Стоунбенч навстречу идущему бору; едва волна приблизилась, он тут же вскочил на доску.{123}

Вообще-то марафонским тот знаменитый заплыв не назовешь — Бешеный Джек продержался всего пару минут. Пройдя на волне чуть более 500 м вверх по течению, он достиг мелководья, где поперек всего русла тянутся перекаты. С изменением глубины русла бор перекатился через себя и распался; такое происходит еще в нескольких местах на всем пути его следования. Неожиданные завихрения воды привели к тому, что Бешеный Джек потерял равновесие и свалился. Однако он-то рассчитывал прокатиться на боре не один километр. Так что, выбравшись на берег, он клятвенно пообещал вернуться через год.

И хотя этому не суждено было случиться, его пример оказался заразительным. Современные серфингисты усовершенствовали технику, и теперь могут оставаться на волне, не теряя равновесия. Надо сказать, седлавшие севернский бор серфингисты многие годы удерживали мировую пальму первенства по длительности заплыва.

* * *

Когда мне было шесть месяцев, я оглох на правое ухо. Признаться, больших неудобств мне это никогда не доставляло, разве что во время званого ужина я не мог поддерживать разговор с соседом справа. И все-таки глухота на одно ухо не позволяла мне определять направление источника звука. Так что если во время прогулки я слышал птичьи трели, определить, откуда именно они идут, не мог. А когда забывал, где оставил мобильный, и набирал свой номер, чтобы найти телефон по звонку, долго бродил по комнате, пытаясь понять, в каком месте звук громче.

И все-таки есть преимущество у такой глухоты на одно ухо. Благодаря ей я понял одно загадочное явление, связанное с приливами, — почему влияние на них Луны сильнее, чем Солнца. А загадочным оно представляется потому, что сила гравитационного притяжения Луны, воздействующая на Землю, гораздо слабее силы гравитационного притяжения Солнца. Ученые мужи даже подсчитали, насколько—в 178 раз.[54] И странно слышать разговоры о том, что Луна контролирует приливы и отливы на 68%, в то время как Солнце — только на 32%. С чего вдруг более слабой силе гравитационного притяжения воздействовать на приливы сильнее? Попытаюсь объяснить этот парадокс с помощью того, чем обделен: способности определять направление источника звука на слух.

Один из способов, которым мы — или в данном случае вернее сказать «вы»? — определяем источник звука, например, трель запропастившегося мобильника, заключается в неосознаваемом нами сравнении звуковых волн, достигающих каждого уха. Разница в интенсивности и позволяет определить, откуда именно доносится звук, справа он относительно вас или слева. Если разница отсутствует, вам ясно, что мобильник либо где-то впереди, либо где-то позади. Если разница существенная, он где-то в стороне, а в какой именно, вы судите по громкости.

Все мы знаем, что легче определить источник по более близкому звуку, нежели по более далекому, но многие ли могут объяснить, почему? А потому, что при близко расположенном источнике звука — того же самого звонка телефона — разницу во времени, за которое волны достигают одного и другого уха, определить легче. Громкость самого звонка особой роли не играет (главное, чтобы вы слышали звук отчетливо), решающее значение имеет разница интенсивности звука в каждом ухе. Даже если мощность звука из близко расположенного источника убавить, а мощность звука из отдаленного источника прибавить, разница в интенсивности звука в каждом ухе в первом случае будет гораздо значительнее, нежели во втором.

Причина, по которой легче определить направление сигнала мобильного, когда он находится вблизи, состоит в следующем: звуковые волны распространяется в виде концентрических сфер. Если бы вы могли видеть звуковые волны, попеременные изменения атмосферного давления выглядели бы как шары, которые расходятся от мобильного, «надуваясь» с невероятной быстротой, но, в отличие от воздушных шаров, не лопаются. По мере увеличения воздушного шара в размерах, яркость его окраски слабеет — краска распространяется на все большую и большую поверхность; то же самое происходит и с интенсивностью звука — она убывает по мере распространения энергии по все растущей сфере.

Важным фактором в производимых нами без участия нашего сознания расчетах направления является определение того, насколько интенсивность звонка меняется за те несколько сантиметров, что звуковые волны проходят дальше, до другого уха. Смена интенсивности вычисляется с помощью геометрических построений — она зависит от разницы между площадями поверхностей «сфер» звуковых волн у каждого уха. Когда мобильный лежит достаточно близко, обе сферы достаточно малы, и те несколько дополнительных сантиметров разницы между диаметром сфер у одного уха и диаметром сфер у другого уха составляют существенную разницу по отношению к площадям их поверхностей. Когда мобильный лежит в другой части комнаты, разница из тех же нескольких сантиметров в диаметре между сферами у каждого уха гораздо менее существенна по отношению к площадям их поверхностей.

Успешность поисков мобильного по звонку зависит от способности уловить малейшую разницу в интенсивности звука у одного и другого уха. В моем случае разумнее всего будет обратиться за помощью

Теперь, когда вы свой мобильный отыскали, вам наверняка интересно, когда же я, наконец, выполню обещание: объясню, почему маленькая Луна влияет на приливы и отливы сильнее, чем огромное Солнце.

Постоянное гравитационное поле Луны не является прямым аналогом звуковой волны, исходящей от вашего мобильного в виде постоянно расширяющейся сферы. Однако вполне допустимо вообразить гравитационное поле Луны как расширяющуюся по мере увеличения расстояния сферу, которая занимает все большую площадь. Таким образом, его интенсивность снижается в той же пропорции, что и интенсивность звуковых волн. И хотя разница в расстояниях огромна, и в том, и в другом случае интенсивность снижается. Потому что и в том, и в другом случае площадь сфер растет.

Помните: разница в интенсивности звука у каждого уха ярче выражена при более близком расположении источника, даже если звук, исходящий из более далекого источника, слышен громче. То же самое справедливо и для сил гравитационного притяжения. Находящаяся ближе Луна воздействует на более близкий к ней океан сильнее, нежели на удаленный, если сравнивать силу ее воздействия с силой воздействия Солнца. Пусть даже силы гравитационного притяжения Солнца сами по себе гораздо мощнее. Да, они мощнее, но их влияние распределено более равномерно. Ведь именно разница в притяжении и становится причиной приливов. Если бы притяжение, независимо от его мощности, воздействовало на весь океан с одинаковой силой, такого явления как прилив попросту не существовало бы.

* * *

Несмотря на то что тему моей глухоты на одно ухо мы уже обсудили и закрыли, я странным образом продолжаю размышлять вот о чем:

«Кто-нибудь видел мой мобильник?»

Почему? Вовсе не потому, что слуховая трубка у уха выглядит особенно стильно, а потому, что эта воронка прекрасно демонстрирует то, как дельта реки вынуждает переднюю волну прилива преобразовываться в бор.

Наиболее мощным бор выглядит там, где береговая линия вокруг устья реки образует большой клин — путь приливной волны, направляющейся в сторону большой земли, все сужается и сужается. Рельеф морского и речного дна также должен подниматься постепенно — вода в таком случае будет постепенно приближаться к мелководью, что лишь сильнее сузит его течение. И наконец, последний — по порядку, но не по важности — момент: для данной области должна быть характерна значительная амплитуда прилива.

Неудивительно, что бор на Северне — зрелище достойное. Бристольский залив вклинивается в устье реки, как гигантская воронка; южный берег Ирландии лишь способствует этому сужению, которое продолжается и дальше. Возле порта Эивонмаус залив достигает примерно 8 км в ширину, а уже через 24 км вверх по течению Северна, у порта Шарпнесс, сужается до каких-то 1,5 км. Еще через 32 км русло составляет всего 50 м в ширину. Рельеф дна, постепенно поднимаясь, также способствует сужению: со 100 м в южной части Ирландии до 3-4 м (во время малой воды) в устье реки.

Итак, вернемся к аналогии со слуховой трубкой: как конусообразная воронка трубки направляет входящие в нее звуковые волны, проводя их дальше, к еще более узкому слуховому каналу, и тем самым концентрируя энергию и интенсивность волн внутри воронки, так и конусообразное устье Северна направляет входящий в него накат приливной волны. Единственная разница в том, что звук представляет собой незаметную глазу последовательность подъема и падения волн давления, а бор — единичный скачок от малой воды к полной воде.

На самом деле отличие это не единственное: на Северне выстроена дамба Мейзимор, которая встречает вольту в самом конце ее пути и останавливает. В то время как отверстие слуховой трубки заканчивается кем-то вроде меня.

* * *

По мере того как бор продвигается вдоль Северна, его скорость варьируется от 13 до 21 км/ч — бор ускоряется или замедляется в зависимости от глубины и ширины речного русла.

«Если увидите, что волна идет высокая, не околачивайтесь поблизости, держитесь от нее подальше. В лучшем случае намокнете, в худшем — смоет». Так учил меня старик, в обществе которого я коротал вечер за барной стойкой гостиницы «Белл-Инн» возле деревушки Фрэмптон-на-Северне; на следующий день я собирался поглядеть на идущий бор. «А случится, что бор перехлестнет через берег, не дурите — руки в ноги и бежать».

Если верить прогнозу, этот прилив мог стать особенно мощным. Недавно было осеннее равноденствие и последовавшее за ним новолуние, так что приливная волна ожидалась самая большая в году.

Наблюдение за ходом бора — дело нехитрое. Стоишь на берегу реки и смотришь на проходящий мимо вал. Можно увидеть его несколько раз — в разных точках змеящегося Северна, — если быстро заскакивать в машину и мчаться к очередному месту. В 8: 15 утра я был там, где река огибает деревню Арлингем. На месте уже собралось человек пятьдесят наблюдателей, некоторые даже устроились с удобством, захватив складные стулья и термосы. Мы увидели серфингистов — затянутые с ног до головы в гидрокостюмы, с досками под мышкой они пробирались через заиленные участки берега. Оказавшись, наконец, в воде, серфингисты взобрались на доски.

Бор идет вверх по Северну со скоростью около 16 км/ч

Хотя я и оделся потеплее, холодный ветер пробирал до костей; впрочем, кто действительно мерз, так это гребущие к волне серфингисты. Они перемещались туда-сюда, выбирая наилучшую позицию, и все поглядывали в ту сторону, откуда в любой момент мог показаться бор. Публика на берегу, грея руки о чашки с горячим чаем, не сводила глаз с поворота реки.

Сначала послышался шум, и только затем показалась волна. Пенистые воды катились с шипением, похожим на разбивающийся о берег бурун, вот только отката назад у волны не было — она двигалась вперед и только вперед.

Приливный вал появится черед двенадцать с половиной минут

Фронт показавшейся из-за поворота волны выглядел белой полоской пены. Шедшая волна не была одинакова по всей ширине русла — в середине она практически сходила на нет. Крутой склон волны наблюдался по бокам канала, на мелководье. Непосредственно за фронтом бора — на более высоком уровне — клокотали неспокойные воды прилива, которые заканчивались слабым волнением. Позже я узнал, что эти спутники волны называются довольно забавно: «щенки». Когда бор был уже в непосредственной близости от серфингистов, они развернулись валу навстречу и, бросившись на доски плашмя, принялись вовсю грести. Для некоторых на этом все и закончилось — они не смогли развить необходимую скорость, чтобы волну нагнать. Или же им просто не посчастливилось — они оказались в той части реки, где фронт волны либо слишком пологий, либо чересчур бурный. Однако везунчики волну оседлали и уже унеслись далеко: стоя на доске, они катили, преследуемые по пятам «щенками». И вскоре скрылись за поворотом реки.

«Слышь, приятель? Подошла точно, как по расписанию»
* * *

Среди серфингистов в тот день был и Стив Кинг из ближайшей деревушки Сол. Когда-то Стив установил мировой рекорд, удержавшись на волне дольше всех; дело было как раз на Северне, во время хода бора. Обрадовавшись возможности расспросить о серфинге настоящего профи, я в тот же день пошел искать Стива. Расспрашивая местных жителей, я, наконец, пришел к сараю, в котором Стив, по специальности инженер-судомеханик, хранил свою лодку. Стив занимается тем, что определяет и наносит на карту особенности рельефа речного и морского дна: «как те парни с теодолитами вдоль дороги, только мы, в отличие от них, имеем дело с дном». Стив показал мне свой раритетный, небесно-голубого цвета фургончик «фольксваген», восстановленный до последнего винтика, с багажником на крыше для доски — типичную машинку серфингиста. «Ну да, тут я не оригинален», — как бы извиняясь, признался Стив.

Я бы так не сказал. Вдоль пляжей Калифорнии их действительно много — такими «Фольксвагенами» все стоянки забиты. То же самое можно сказать и про популярное среди серфингистов северное побережье Корнуолла. Однако в сельской глуши, в самом центре сельскохозяйственного Глостершира, этот серф-мобиль смотрелся довольно необычно. Как, собственно, и сам серфинг на реке. «Знаете, ощущения довольно необычные, — признался Стив. — Представьте себе такую пасторальную картину, с коровой, пережевывающей жвачку… И тут вдруг я — несусь на доске. Мне до сих пор не верится, что здесь, посреди красот английской сельской местности, есть пригодная для серфинга волна».

Впервые Стив прокатился на боре в семнадцать; теперь он серфингист со стажем — двадцать шесть лет. «За всю жизнь я если и пропустил волны, то одну-две максимум». (Само собой, Стив имел в виду реальную, большую волну. Слабенькие боры появляются на Северне довольно часто, но только самые высокие пригодны для серфинга.)

Я поинтересовался, что позволяет серфингистам удержаться на волне. «Ну, во-первых, на поворотах необходимо направлять доску к внутреннему берегу». И приливное течение, и встречное течение самой реки внешний берег на по воротах подмывают — в тех местах глубина больше; наносы же скапливаются у противоположного берега. Стив предпочитает держаться внутреннего берега, поскольку на мелководье волна бора вырастает, становясь круче. Чтобы не сойти с дистанции, серфингисту приходится курсировать от одного берега к другому по мере того, как река петляет. «Опыт приходит только после детального изучения приливов и особенностей русла реки, потому что карта песчаных наносов постоянно меняется».

А сегодняшний бор как показался? «Сегодня мы отлично покатались, волна в самый раз. Вот в прошлом году была чересчур высокой. Кстати, я тогда побил мировой рекорд по дальности заплыва — прошел 12 км; по времени это заняло чуть больше часа». Но хотя в 1996 году рекорд Стива, 9 км, засчитали, его новое достижение осталось незамеченным. Комитет «Книги рекордов Гинесса» заявку на рекорд не принял, поскольку факт установления рекорда не был подтвержден GPS-данными.

А официальный мировой рекорд по дальности заплыва принадлежит бразильцу Серхио Лаусу. 8 июня 2009 года Лаус оставался на волне тридцать шесть минут, покрыв расстояние в 11,8 км — на волне бора на Арагуари, реке, протекающей среди амазонских тропических лесов северной части Бразилии. Однако раз уж мы с вами принимаем в расчет и неофициальные рекорды, стоит упомянуть и о таком, принадлежащем все тому же Лаусу: в феврале 2009 года он сумел прокатиться на волне аж 16,6 км!

Но заслугой тому не только опытность Лауса — приливная волна бора на реке Арагуари сама по себе довольно мощная и высокая. Местные называют ее «поророка», что переводится как «гремящая волна».

* * *

В мировом рейтинге бор высотой 2,7 м на Северне занимает пятое место.{124} Что совсем неплохо, хотя вы наверняка ожидали места повыше, раз уж амплитуда прилива в устье Северна, достигающая 13,7 м, считается второй в мире. Однако помните: амплитуда — всего лишь один из факторов, учитываемых при оценке бора. Важно и то, до какой степени береговая линия устья и русло реки сужаются, образуя воронку. А также то, каким образом рельеф дна перед устьем реки, а также дна самой реки поднимается.

К тому же, места не закрепляются раз и навсегда. Если рельеф речного русла меняется, бор может вообще исчезнуть. Бор на Сене раньше занимал второе место в мире, впрочем, он сам по себе настолько необычен, что заслуживает выделения в особую категорию. При высоте в 7,3 м он приводил к многочисленным авариям судов со смертельными исходами; в 1960-х годах на Сене, наконец, углубили дно, выровняв его. И теперь la barre[55] уже не вздымается крутыми волнами вдоль берегов — фронт бора, по сути, прекратил свое существование. Итак, после дисквалифицированной Сены второе место перешло к реке Арагуари с ее приливной волной «поророка», достигающей максимума в 6 м.

Таким образом, если бразильская река получает серебро, кому же достается золото? А золото достается китайской реке Цяньтан, провинция Ханчжоу — бор под названием «Серебряный дракон» (иногда — «Черный дракон») достигает невероятных 8,8 м. В сравнении с приливными валами на бразильской и китайской реках остальные — сущие карлики. «Эти боры оставили другие далеко позади», — авторитетно заявил профессор Хьюберт Чэнсон, преподаватель из Университета Квинсленда; профессору, изучившему явление вдоль и поперек, ничего не стоит завалить вас информацией по приливному валу.

Оцените всю красоту этих небольших волн, идущих вслед за бором. Перед вами «поророка» — приливный вал на реке Арагуари в северной части Бразилии, оседлав который, Серхио Лаус установил мировой рекорд в серфинге по дальности заплыва

Но даже после того, как места присуждены и медали розданы, споры не утихают: пускай «поророка» и ниже «Серебряного дракона», пусть скорость бразильского вала и меньше (24 км/ч по сравнению с 40 км/ч китайской реки), специалисты считают его самым мощным бором в мире. «Количество попутно выделяемой бором энергии на Арагуари в два раза больше, чем на реке Цяньтан, — заявил Чэнсон. — Это гораздо более широкий поток, и распространяется он гораздо дальше — время его хода на двенадцать часов превышает время хода потока на Цяньтан, составляющего всего два-четыре часа».

Однако, независимо от того, мощнее он или слабее, приливный вал «Серебряный дракон» пользуется заслуженной репутацией самого опасного: только за последние двадцать лет он унес жизни около сотни наблюдателей за волнами. Объем приливного вала на Цяньтан, может, и не так велик, как объем вала на Арагуари, однако сужающаяся с 96 км до 3 км воронка залива Ханчжоувань приводит к образованию стены мутного, бурлящего потока невероятной мощности.

Можно представить, сколько человек уже погибло в водах бора за прошлые тысячелетия, ведь традиция наблюдать за бором на реке Цяньтан имеет давнюю историю. Люди собирались поглядеть на «Серебряного дракона» еще в 1056 году нашей эры; тогда же была составлена первая из известных на сегодняшний день таблица приливов и отливов. Ее составили специально для желавших понаблюдать за бором — в ней было отмечено наиболее точное время прохода приливного вала по реке.{125} Но, скорее всего, древние китайцы заинтересовались этим явлением гораздо раньше: известно, что публика к тому времени отличалась многочисленностью, причем, аристократия наблюдала за событием со всеми удобствами — на берегу со стороны деревни Яньгуань для них возвели павильон.{126} Более того, философ Чжуанцзы описал в своих сочинениях разрушительной силы прилив, случившийся в IV в. до н.э.:

«Вода в реке бурлит и клокочет, взметывает волны высотою с башни и горные пики, оглушая ревом и вскипая мощью, грозящей затмить и солнце, и нeбo»[56].{127}

Но даже если угрозы поглотить и солнце, и небо оказались пустыми — а мы с вами тому явные свидетели, — бор норовил смыть любого, кто стоял на берегу слишком близко. Относительно недавно, 3 октября 1993 года, произошла жуткая трагедия: смыло восемьдесят шесть человек. В конце концов, местные власти обустроили специальные площадки, на которых каждый сентябрь, когда приливная волна особенно высока и отмечается Китайский международный фестиваль наблюдения приливов на реке Цяньтан, собираются зрители.

И все же несчастные случаи происходят. И совсем не потому, что прилив застигает зрителей врасплох: жившему в XI веке поэту Су Дунпо в его реве слышался «крик сонма мужей, как будто в низовья реки вошел корабль завоевателей с копьеносцами на борту»{128}.[57] Наблюдая ход бора, когда волна взмывает и обрушивается, сметая все на своем пути, не всегда возможно оценить его истинную мощь. Если вдоль берегов, где и стоят люди, неглубоко, вал резко, без всяких видимых предупреждений, вырастает и, перехлестывая через ограждение, достает до пешеходного тротуара. «Серебряный дракон» непостоянен, он подвержен частым сменам настроения.

«Люблю смотреть при свете лунном на вод приливы и отливы»[58], — говорил Су Дунпо{129}, однако в наше время об этом нечего и думать. Ночные любования водным потоком запретили после еще более недавнего ужасного происшествия, когда 2 августа 2007 года в темноте смыло тридцать четыре человека. Вот уж воистину, если «Серебряный дракон» почувствует голод, он утолит его в любое время: и днем, и ночью.

* * *

Раз уж сила гравитационного притяжения воздействует на весь земной шар, откуда такая разница в амплитудах прилива? Почему на тихоокеанском острове Таити она не дотягивает и до 30 см, а у Брисбена на австралийском побережье, в 6 000 км к востоку, составляет 1,7 м? Почему в устье Северна максимум амплитуды — 13,7 м, а у Ньюкуэй, всего на 160 км дальше, достигает лишь половины этого значения? Общего ответа на эти вопросы нет, потому как в каждом конкретном случае должны учитываться факторы как локального, так и глобального масштаба.

Приливные волны не просто распространяются от одного края океана к другому, с востока на запад и обратно, как вы могли подумать, исходя из того, что Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Вообще-то, полная вода прилива распространяется вдоль берегов океанов. Для наглядности проведем нехитрый опыт. Возьмите сковороду, заполненную на 2,5 см водой. Поставьте ее на стол и слегка подвигайте из стороны в сторону, чтобы возникла волна — она будет подниматься то с одного края, то с другого. Приливные же волны в океане перемещаются иначе. Чтобы сымитировать их ход, добавьте вращение: подвигайте сковороду так, чтобы она описывала легкие круговые движения — волна будет распространяться вдоль края сковороды. Вот это больше похоже на правду. Приливные волны стремятся обойти океанические бассейны вкруговую — получается, что полная вода, гребень приливной волны, проходит порты один за другим.

Некоторые области, называемые океанографами амфидромиями, находятся в центре системы распространяющихся вкруговую приливных волн. В этой области, как и в центре сковороды, уровень воды едва колеблется. У острова, расположенного поблизости от такой амфидромии, например тихоокеанского Таити, приливные волны будут иметь практически нулевую амплитуду.

Но, понятное дело, не все так просто. Дно океана не бывает ровным и плоским, с антипригарным тефлоновым покрытием. Изрезанный рельеф дна и береговой линии обусловливает гораздо более сложную схему распространения приливных волн. Вода образует круговое вращение вокруг отдельных областей внутри самого океанического бассейна.

Думаете, приливные волны просто болтаются себе туда и обратно? А вот и нет: они совершают круговые движения вокруг амфидромических точек, самые значительные из которых отмечены на этой карте

Но что заставляет приливные волны распространяться именно таким образом? Причиной тому вращение планеты. Существует такое явление, как сила Кориолиса, — это отклоняющая сила вращения Земли, действующая на движение особо крупных масс воды на поверхности.[59] Эта же сила заставляет циклоны вращаться по спирали — их снимки из космоса мы видели не раз. Благодаря силе Кориолиса, вода в Северном полушарии при движении отклоняется вправо, а в Южном — влево. Вот почему приливные волны вращаются по часовой стрелке к северу от экватора и против часовой стрелки к югу от экватора.

Итак, свойственное приливным волнам круговое движение до некоторой степени объясняет разницу в амплитуде приливов в разных областях Земли — эта разница обусловлена близостью берега к океанической области амфидромии. Ну а факторы локального масштаба? Благодаря уникальному рельефу, береговая линия никогда не бывает ровной и гладкой. Как мы уже убедились, эффект воронки, в которую превращается залив или устье реки, вынуждает волны собираться «гармошкой», в результате чего амплитуда прилива по сравнению с соседними областями береговой линии увеличивается.

Существует еще один фактор, благодаря которому амплитуды прилива вдоль одной части берега повышаются по сравнению с другой частью берега. Называется это явление приливным резонансом: отражения одной приливной волны накладываются на гребень следующей приливной волны, еще больше увеличивая амплитуду. Приливная волна отражается от берега — совсем как рябь в ванне отражается от ее стенок. Когда береговая линия окружена континентальным шельфом, а это справедливо для большинства океанических бассейнов, приливный резонанс возникает в результате взаимодействия отражения с последующей малой водой. Когда соблюдается определенное расстояние — приливные волны и отражения встречаются у кромки шельфа, — амплитуда прилива резко возрастает. Как, например, в канадском заливе Фанди и в Бристольском заливе, переходящем в реку Северн.

На расстоянии чуть более 600 км от узкой части Бристольского залива в сторону Атлантического океана находится точка, где континентальный шельф Европы заканчивается — морское дно круто обрывается в мрачную бездну. Если измерить эту глубину (у кромки шельфа Кельтского моря), получится одна четвертая длины волны самого мощного прилива в этой части Атлантического океана. Значит, стоячая волна, она же сейш, образуется с узлом (точка минимальной амплитуды колебаний волн) в месте кромки шельфа; пучность (точка максимальной амплитуды колебаний волн) образуется в узкой части Бристольского залива.

Но как бы незначительно волны от берега ни отражались, это все равно способствует возникновению резонанса (тут уместно вспомнить качели, которые подталкивают в определенный момент, наращивая их естественные колебания), поскольку эти волны всегда синхронизируются с последующей малой водой, образуя узел у кромки шельфа. Благодаря явлению резонанса волновые колебания воды у берега нарастают — амплитуда прилива увеличивается по сравнению с тем, какой она была бы при отсутствии континентального шельфа, отстоящего от берега на данном расстоянии. То же самое происходит и у залива Фанди, только в еще больших масштабах.

Полная вода достигает узкой части Бристольского залива, отражается и на обратном пути встречает идущую следом малую воду; место встречи — кромка континентального шельфа Кельтского моря.
Образуется приливный резонанс с узлом у кромки шельфа и пучностью возле устья реки

В некоторых морях, наоборот, амплитуда приливов едва заметна. Происходит это по той простой причине, что морские акватории недостаточно обширны — чем меньше площадь замкнутого моря, тем менее выражены будут его приливы. Запомните: вызывающая приливы сила гравитационного притяжения зависит от разницы притяжения между одной частью водной массы и другой. Лишь когда море или океан достаточно велики, эта разница видна. Вот почему приливы Балтийского и Средиземного морей так малы, что практически незаметны.

Александру Македонскому, в IV веке до нашей эры вторгшемуся в Индию, приливы порядком досадили. Этот живший в древние времена великий человек был знаком только с едва заметными приливами Средиземного моря и оказался совершенно не готов к тому, что произошло, когда флотилия его легких судов пришвартовалась на реке Инд. Из сообщения древнегреческого историка Арриана нам известно, что после отлива суда оказались на мели — факт, воинов Александра порядком озадачивший. Однако их ждало еще большее потрясение — позднее в этот же день суда снова оказались в воде благодаря нахлынувшему приливу, который поднялся вверх по реке в виде бора:

«Суда, завязшие в грязи, были тихонько подняты приливом и поплыли дальше, не потерпев никакого ущерба. Те же, которые стояли на более твердом грунте и не были прочно укреплены на месте, под напором воды или наскочили одно на другое, или же ударились о берег и разбились».{130}

Все той же неосведомленностью о приливах объясняется и тот факт, что в Библии это природное явление ни разу не упоминается. Ведь Палестина выходит к Средиземному морю, а сколько-нибудь серьезными мореходами израильтяне не были.

Прогнозирование приливов — штука неблагодарная. И не только из-за географических особенностей той или иной местности. Сложность еще и в том, что для каждой конкретной области приливная амплитуда сильно разнится по времени. Главная причина тому — изменения в положении Солнца и Луны. Самые большие амплитуды прилива, сизигийные приливы, происходят во время полнолуния или новолуния. То есть, когда Солнце, Луна и Земля выстраиваются на одной линии, силы гравитационного притяжения Солнца и Луны, направленные на Землю, усиливаются. С другой стороны, сизигийный отлив, при котором амплитуда прилива достигает минимума, происходит как раз тогда, когда Солнце и Луна находятся не на одной линии, а под прямым углом друг к другу. При таком положении солнечный свет падает на часть Луны — мы видим не полную Луну, а лишь ее половину. И хотя сама по себе Луна влияет на приливы гораздо сильнее, чем Солнце, важнее всего взаимное расположение этих небесных тел относительно друг друга.

Положение Земли, Солнца и Луны относительно друг друга во время сизигийных приливов и отливов в полнолуние, первую и последнюю четверти, а также новолуние

Более того, амплитуда прилива зависит и от погоды. При низком, предвещающим шторм атмосферном давлении воздух оказывает на воду не такое сильное давление — уровень воды поднимается только слегка. Когда же в сторону берега задувает штормовой ветер, уровень воды поднимается больше — это называется штормовым нагоном. При особенно крупном штормовом нагоне, совпадающем с полной водой, прибрежным районам грозит серьезное затопление. Штормовой нагон, вызванный ураганом «Катрина», ударившим по южному побережью США в августе 2005 года, привел к грандиозному затоплению — под воду ушел практически весь город Новый Орлеан. Вода поднялась до 8,5 м, а в некоторых областях, где нагон усилился полной водой, выше 9 м.

Но и кроме погоды существуют факторы, сообщающие приливам индивидуальность. Необходимо принимать во внимание и то, что, во-первых, на протяжении всего лунного месяца расстояние между Землей и Луной меняется, а во-вторых, на протяжении всего солнечного года расстояние между Землей и Солнцем меняется. Силы гравитационного притяжения то усиливаются, то ослабевают; максимум наступает тогда, когда Земля оказывается наиболее близко и к Солнцу, и к Луне.[60]

Неудивительно, что даже с помощью современных компьютеров и замеряющих уровень воды приборов давать точный прогноз приливов от недели к неделе, из области к области практически невозможно. Одни силы при этом надо сложить, другие — вычесть: уравнение слишком уж сложное. Однако результат прост: беспрестанное возрастание и убывание воды.

* * *

Разумеется, перемещение гигантских масс воды подразумевает высвобождение невероятного количества энергии.

Принимая во внимание конечность запасов полезных ископаемых, было бы разумно использовать хотя бы часть этой энергии. Технология добычи энергии от порождаемых ветром океанических волн и порождаемых силами гравитационного притяжения приливных волн существует, а уж Великобритания с ее обширными береговыми линиями и высокими амплитудами приливов просто обязана использовать энергию и тех, и других волн. В правительственном отчете за 2006 год подсчитано: 15-20% всех текущих потребностей страны в энергии может быть покрыто за счет «возобновляемой энергии моря»{131}. Слишком смело? Но еще в конце 1990-х годов Комитет по использованию морских ресурсов пришел к выводу, что «даже если 0,1% возобновляемой энергии океанов удастся преобразовать в электричество, мировые потребности в энергии будут удовлетворены в пятикратном объеме».{132}

Однако идея использовать энергию приливов вовсе не нова. В 1999 году возле средневекового монастыря Нендрум на острове у озера Стренгфорд-Лох в северной части Ирландии обнаружили руины приливной мельницы. В озеро заходят приливы, их амплитуда достигает 3,6 м. С подходом приливной волны монахи открывали шлюз, заполняя водой запруду у мельницы. Когда приливная волна спадала, вода из запруды отводилась вниз по выложенному камнем каналу на горизонтально расположенное гребное колесо, которое вращало мельничный жернов, перемалывавший зерно в помещении уровнем выше. Найденная во время раскопок под жерновом дубовая балка была исследована методом датировки по числу годовых колец; выяснилось, что ее изготовили из дерева, срубленного в 787 г. н.э.{133} Археологи предполагают, что мельница была выстроена тогда же. Если так, то это самая первая в мире мельница, работавшая на энергии приливной волны.

И хотя приливные мельницы не нашли такого широкого применения, как мельницы ветряные или речные, имеются сведения о по меньшей мере 220 приливных мельницах, которыми пользовались в то или иное время на территории Англии и Уэльса.{134} Из них сохранились только семь, причем две находятся в рабочем состоянии. Считается, что на восточном побережье США существовало около трех сотен приливных мельниц, а на атлантическом побережье Франции — около сотни{135}. Две таких «приливных электростанции» по-прежнему действовали в устье реки Ране в Бретани, когда начались работы по сооружению первой в мире установки, преобразующей в электричество энергию приливов. Строительство завершилось в 1967 году; с тех пор ежегодно полезная мощность электростанции составляет 540 000 000 киловатт. Этого достаточно, чтобы обеспечить энергией 250 000 семей.

Электростанция, работающая за счет приливной волны реки Ране, представляет собой расположенную поперек устья дамбу 762 м длиной. Во время прилива морская вода, устремляясь против течения, вращает двадцать четыре турбины. При смене направления приливного потока шлюзовые ворота закрываются, задерживая воду. Она вновь используется для работы турбин. Электростанция также может действовать как установка аккумулирования энергии — при избытке электроэнергии в сети ее расходуют на то, чтобы накачивать воду в речной бассейн, которую затем по мере надобности превращают обратно в электричество. За более чем сорок лет использования установки на ней не произошло ни одной аварии, кроме того, она не выбрасывает в атмосферу углерод. Чем не «зеленое» производство?

* * *

Но раз в устье реки Северн амплитуда прилива такая высокая, почему мы до сих пор не перекрыли его дамбой?

В 1920 году отдел гражданского строительства Министерства транспорта опубликовал проект возведения дамбы — в качестве меры против «высоких цен на уголь и <…> сложного положения с трудовыми ресурсами в угледобывающей промышленности».{136} Однако большинство газет откликнулись статьями скептического и даже критического характера; дальнейшую разработку проекта отложили. Тем не менее, в 1927 году правительство вновь о нем вспомнило: был составлен комитет, которому поручили найти подходящее место для строительства. Но затем возникли опасения, что шахтеры Южного Уэльса останутся без работы. И проект опять заморозили. Потом к нему не раз возвращались, но снова откладывали в долгий ящик. В 1945 году от реализации проекта отказались по той причине, что вырабатываемое дамбой электричество пусть и дешевле, чем электричество от существующих угольных станций, но все же обойдется дороже, чем электричество от современных электростанций на угле. Не сочли строительство дамбы экономически оправданным и в 1981 году — очередной комитет обнаружил, что хотя электричество и будет дешевле вырабатываемого угольной станцией, оно все же выйдет дороже, чем электричество от атомной электростанции.

С приходом нового тысячелетия об идее использовать энергию приливных волн вновь вспомнили. На этот раз ее взялись рассматривать с точки зрения экологичности. Великобритания в рамках общеевропейского соглашения взяла на себя обязательства по увеличению процента электричества, добываемого из восстанавливаемых источников: с 5% до 15% к 2015 году. В недавнем отчете подсчитана предполагаемая энергетическая мощность дамбы, перекрывающей примерно 14,5 км между Кардиффом и приморским городом Уэстон-сьюпер-Мэр, — 17 тераватт. Это эквивалентно работе трех атомных электростанций.{137} Строительство подобной дамбы, состоящей из 216 водяных турбин, представляется проектом довольно амбициозным и затратным, стоящим примерно 22,5 млрд. долларов.

Вы наверняка думаете, будто экологи поддержали этот проект обеими руками. Ан нет: одно только его упоминание вызвало протесты среди многих природоохранных организаций и защитников окружающей среды. Например, Королевское общество защиты птиц выступило против — по той причине, что прибрежные участки, на которых кормятся около 69 тысяч перелетных и зимующих птиц, окажутся затопленными{138}. Общество «Друзья Земли» также возражает против такого монолитного сооружения — по их мнению, дамба не только оттянет на себя средства, выделенные на внедрение других технологий по использованию возобновляемых источников энергии, но и создаст слишком мощные энергетические потоки, которые трудно будет встроить в национальную энергетическую сеть{139}.

Другие считают, что изменения приливно-отливных течений в русле Северна, воды которой насыщены наносами, повлечет за собой существенное заиливание русла, а это, в свою очередь, грозит в ливневый период потопами в Глочестершире, и без того им подверженном. По их мнению, русло реки Ране, где построена приливная электростанция, избежало заиливания только потому, что содержание наносных материалов в ее водах невелико. А вот установленная в 1968 году небольшая дамба через выходящую в залив Фанди реку Птикодьяк в канадской провинции Нью-Брансуик, воды которой насыщены наносами, вызвало заиливание обширных районов реки, что имело трагические последствия для рыб и других представителей фауны. Строительство неширокой дамбы, по верху которой прошла соединившая два берега автомобильная дорога, в статье «Монреаль газетт» было названо «одним из самых бессмысленных <…> злодеяний человечества против окружающей среды».

Глобальный экономический кризис может «зарезать» строительство дамбы на Северне — уже в который раз. В октябре 2009 года «Таймс» сообщила о том, что кабинет министров изучает возможность осуществления проекта. В статье были процитированы слова собственного источника газеты в Парламенте: «Они склоняются к тому, чтобы проект замять. Скажут, что только откладывают, в то время как на самом деле судьба проекта предрешена».

Однако, скорее всего, у этой давней истории будет продолжение. Даже если проект в конце концов одобрят и дамбу построят, случится очередная катастрофа: свое существование прекратит бор. И даже если все препоны со стороны экологических обществ и организаций будут преодолены, сторонникам строительства придется иметь дело с серфингистами и наблюдателями за волнами. Последние придут на митинг, вооружившись термосами с горячим чаем.

* * *

Существует гипотеза о том, что приливы способствовали зарождению жизни на Земле. Большинство ученых единодушны: в период формирования Земли — около 4,5 млрд. лет назад — наша протопланета испытала неожиданный удар другой планеты, Тейи, размерами примерно с Марс. Эту теорию называют Теорией большого всплеска — в результате удара в космос взметнулась гигантская масса расплавленного вещества, среди которого были частички мантии Земли, а также частицы Тейи. В течение года частички объединились в шар — так возникла Луна.

Если от времени возникновения Луны совершить скачок на полмиллиарда лет вперед, окажется, что на нашей планете успели возникнуть океаны, она в достаточной мере остыла и покрылась твердой земной корой. Но по-прежнему оставалась безжизненной.

В свои молодые годы Земля вращалась куда быстрее, чем сейчас, то есть дни были гораздо короче. В том, насколько именно, мнения ученых расходятся; согласно не которым подсчетам, сутки длились всего четырнадцать часов. Получается, полная вода возникала каждые семь часов или около того.{140} Примерно в это же время Луна находилась гораздо ближе к Земле, а значит, силы ее гравитационного притяжения действовали на океаны нашей планеты гораздо сильнее. Выходит, приливы до зарождения жизни на планете были гораздо мощнее нынешних. Океанические потоки омывали только что зародившиеся континенты, устремляясь со скоростью 483 км/ч; попутно в воду попадали минеральные вещества, необходимые для питания будущих живых организмов.

Однако некоторые ученые придерживаются мнения, будто приливы активно участвовали в зарождении жизни на планете с самого начала. «Многие явления, способствовавшие образованию первых организмов, включали в себя процесс удаления воды, — пояснил Кевин Занле, занимающийся исследованием планет в Исследовательском центре Эймса при НАСА в Калифорнии. — Возникла необходимость каким-то образом концентрировать растворы. Один из способов — выброс воды на горячие камни, по которым она растечется тонким слоем и испарится».{141} Разумеется, такая задача приливам вполне по силам.

Думая в этом же направлении, молекулярный биолог профессор Ричард Лейд предположил, что регулярные приливы, покрывающие обширные территории безжизненной земли, и последующие отливы могли послужить движущим механизмом для размножения ранних типов ДНК и РНК — молекул, несущих в себе генетический код. Приливы могли способствовать размножению этих молекул таким же образом, каким в наше время судебные эксперты воспроизводят ДНК.

Когда перед судмедэкспертами ставят задачу — создать профиль ДНК из крайне малого образца, взятого с места преступления, скажем, волосяного фолликула, — они должны воспроизвести ДНК, чтобы получить достаточно материала для опытов. Это делается в термоциклере, где молекулы многократно нагреваются и охлаждаются — ДНК, в результате многократного расщепления молекул и последующего восстановления их спиральной структуры, размножаются. (На случай если вам действительно интересно, этот процесс называется полимеразной цепной реакцией.) Лейд выдвинул гипотезу о том, что подобный же механизм воспроизводства может возникнуть в ходе многократного высушивания и смачивания соленой водой. Если вкратце, то первые приливы на Земле могли управлять процессом воспроизводства строительных кирпичиков жизни{142}.{143}

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.{144}

ВОСЬМАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ РАСЦВЕЧИВАЕТ НАШ МИР ЯРКИМИ КРАСКАМИ

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

Я вдруг заметил у ближайшего края прямоугольного бассейна перемежающиеся области с большим и меньшим волнением — это достигли бортика линии интерференции с усилением и ослаблением. Наконец, я почувствовал, что наблюдения за волнами принимают уже садистский характер, и решил положить этому конец. Зачерпнув воду с мотыльками, я положил их на деревянный пол террасы, чтобы они обсохли. И потом порхали еще день (или ночь).

Находясь на борту самолета, можно увидеть характерный рисунок интерференции волн в гораздо более крупных масштабах. Если посмотреть в иллюминатор на простирающийся внизу океан, иногда можно заметить, как равномерно расходящиеся линии зыби, идущие в одном направлении, накладываются на линии зыби, идущие в другую сторону. Линии сливаются, образуя своего рода сетку из наложенных и нейтрализованных гребней и подошв. По правде говоря, все волны одного типа, проходя друг через друга, интерферируют подобным образом, если, конечно, это не ударные волны, для которых закон не писан.

* * *

Поскольку явление интерференции лежит в самой основе поведения волн, неудивительно, что его демонстрируют и волны световые. Однако для того, чтобы раскрыть механизм образования переливчатого цвета на крыльях павлиньего глаза, придется копнуть глубже.

Электромагнитные волны видимого нам спектра варьируются от примерно 400-450 нанометров (нм)[61] (для нас это темно-синий и голубой) до примерно 700-750 нм (мы видим это как красный). Границы каждого спектра невозможно определить четко — нельзя сказать, где заканчивается один цвет и начинается другой, все зависит от окружающих условий и особенностей зрения воспринимающего. Например, гремучники Центральной Америки наловчились различать более длинные инфракрасные волны, исходящие от их жертв в виде тепла, а пчелы различают более короткие ультрафиолетовые волны, отражаемые некоторыми цветками. Однако для нас, людей, и инфракрасные, и ультрафиолетовые волны невидимы.

Тот факт, что длина световой волны определяет ее цвет, является главным для понимания того, почему крылья павлиньего глаза переливаются всеми цветами радуги.

Не обладающие пигментом гироиды образуют цвета в результате интерференции; синий же цвет объясняется тем, что световые волны длиной в 400 нм выглядят синими.

Чтобы вникнуть в принцип действия гироидов, отвечающих за разнообразие цветов, обратимся к еще одному виду бабочек — у этого вида окраска так ослепительна, что насекомое стало объектом пристального научного изучения. Называется она морфо; ее обнаружили под густым пологом джунглей Латинской Америки. У некоторых особей этого отряда чешуекрылых вся поверхность крыльев окрашена в синий цвет с металлическим отливом; сами крылья достигают 20 см в размахе. Когда бабочка взмахивает крыльями (даже не крыльями, а крылами — так они велики), вспышки синего делают ее заметной на расстоянии 400 метров. Ее легко увидеть над кронами деревьев, если смотреть с низко летящего самолета.

Гироиды на поверхности чешуек крыла морфо — и не только этой, а и других бабочек с разноцветными крыльями — образуют переливающиеся цвета в результате отражения солнечного света от тончайших, многочисленных слоев прозрачного хитина. В обычный микроскоп пластинки не увидеть. Поэтому чтобы разгадать тайну завораживающих переливов бабочки, придется сфотографировать чешуйки с помощью электронного микроскопа. По фотографии можно будет сказать, что разрывы между слоями расположены на одинаковом расстоянии и невероятно малы — около 200 нм, что составляет примерно половину длины волны синего цвета.

Рассмотрим бабочку морфо. Края прозрачных слоев хитина идут вдоль всей длины переливчатых чешуек крыла, каждая из которых меньше точки. Сами края зазубрены. В электронный микроскоп видно, что срез поверхности чешуйки крыла напоминает по виду составленные в ряд новогодние ели.{145}

Но даже вырасти эти новогодние ели в человеческий рост, вы все равно не смогли бы поставить такое деревце у себя дома, потому что они больше похожи на прозрачный пластилин, которому специальной формочкой придали вид ели.

На сделанном с помощью электронного микроскопа снимке виден срез особых геометрических образований на поверхности чешуек крыла бабочки Morpho rhetenor из подсемейства морфиды, своей затейливой структурой напоминающий торговую площадку садового центра в преддверии Нового года

«Ветками» служат небольшие зазубрины вдоль «стволов» — это и есть слои, играющие исключительно важную роль. Расстояние между отдельными «ветками»-зазубринами выдерживается с удивительной точностью — в 200 нм.

Световые волны, отражаясь от верхних и нижних поверхностей этих слоев хитина, в момент наложения друг на друга интерферируют. Солнечный свет, отражаясь от верхней части слоя, интерферирует со светом, который прошел через прозрачный материал и отразился от нижней части слоя. То, как обе отраженные части света интерферируют, зависит от разницы в расстоянии, которое преодолевает каждая часть, от изменения скорости распространения при прохождении через хитин и от длины световой волны. Взаимное сочетание всех этих характеристик определяет, совпадают две наложившиеся друг на друга световые волны по фазе (совпадают ли их гребни и подошвы, усиливая друг друга) или нет (гребни совпадают с подошвами, и волны друг друга нейтрализуют). В зависимости от этого волны интерферируют либо с усилением — и в таком случае цвет становится ярче, либо с ослаблением — цвет тускнеет.

У волн синего спектра отражения от верхней и нижней частей слоя совпадают по фазе — цвет усиливается. У более длинных волн красного спектра отражения по фазе не совпадают — цвет тускнеет

Точно выдерживаемая толщина «веток» «новогодних елей» и расстояние между их «ветками» гарантирует, что из всего волнового спектра солнечного света только волны с длиной около 400 нм, то есть синий спектр, интерферируют с усилением и, следовательно, выглядят ярче. Благодаря тому что отражения волн синего спектра совпадают по фазе друг с другом, они усиливаются, отражаясь от «веток новогодних елей»; волны других спектров по фазе не совпадают и интерферируют с ослаблением, нейтрализуя друг друга и тускнея. Слои, расположенные один за другим, распространяют отражения волн с определенной длиной, а бурый пигмент меланина в основании «новогодних елей» поглощает остальные, не отразившиеся волны света, препятствуя их смешению с чистым синим спектром. Получается, интерференция выступает в роли волшебного разделителя, выхватывая из сплетения волн различной длины (которое мы видим как солнечный свет) только синий спектр, блестящий так, что аж глаза режет.

Но рассматривая бабочку из подсемейства морфид, упрятанную под стекло, вы ничего не поймете. Ее красота видна только тогда, когда насекомое раскрывает и закрывает крылья, окраска которых при этом меняется. Если у вас за домом не растет тропический лес, отправляйтесь в зоопарк и найдите вольер с бабочками. Вот тогда вы на собственном опыте убедитесь: по мере того как бабочка складывает крылья, они из полыхающих синим цвета электрик медленно превращаются в радующие глубоким синим оттенком. Если смотреть на крылья не прямо, в упор, можно заметить, как оттенки меняются. Этот эффект переливающейся радуги, при котором оттенок цвета кажется глубже, можно увидеть только у живой бабочки, пока она двигается.

Едва заметные изменения оттенков цвета обусловлены все тем же явлением интерференции. Когда свет падает на слои хитина под непрямым углом, разница между тем, как свет отражается от верхней и нижней частей, не так велика, как разница при свете, падающем перпендикулярно. То есть чуть более короткие волны света интерферируют с усилением. Поэтому когда вы смотрите на крылья сбоку, они приобретают более глубокий синий цвет — становится видимой та часть света, волна которой короче, чем волна цвета электрик.

Если рассматривать нашу бабочку с близкого расстояния, станет заметной еще одна ее особенность: кажется, что яркая окраска при раскрытии крыльев вспыхивает, при закрытии — гаснет. Глядя на крылья под углом скольжения, практически сбоку, вы увидите, что синий цвет совсем исчезнет.

Цвет крыльев бабочки меняется в зависимости от того, под каким углом на них смотрят, потому как в зависимости от угла интерферируют с усилением волны разных спектров. Я пытался упростить схему, но не уверен, что мне это удалось

По мере увеличения угла зрения интерферируют с усилением более короткие волны спектра глубокого синего, а вот волны, которые интерферировали бы с усилением при действительно малом угле, слишком коротки, чтобы мы их видели. Они больше не принадлежат той части спектра, что для нас видима. Когда вы смотрите на крыло под углом, вам кажется, будто цвет гаснет. Объясняется это тем, что под таким углом интерферируют с усилением и «вспыхивают» невидимые ультрафиолетовые волны (с длиной волны менее 400 нм). В полете синяя окраска на крыльях бабочки то появляется, то исчезает. Такие вспышки цвета дают эволюционное преимущество — они предостерегают хищных птиц, как превышающего скорость автомобилиста, заметившего сигналы в зеркале заднего обзора.

* * *

Переливчатые, сложные по составу цвета присущи не только бабочкам. К примеру, надкрылья жуков тоже представляют собой богатую палитру оттенков цвета металлик. У примечательного жука златки (Chrysochroa fulgidissima) надкрылья окрашены не только с лицевой стороны, но и с изнаночной. Если смотреть на жука под разными углами, его окраска будет меняться с желтовато-зеленой до темно-синей сверху и с зеленой до рыжевато-бурой снизу. Но переливчатая окраска свойственна и менее экзотическим видам. Крошечный, всего 6 мм длиной, листоед мятный (Chrysolina menthastri) может похвастать насыщенным зеленым окрасом с медным оттенком. Правда, он оставит ваши грядки без мяты. Но ведь красавчик, а?

Переливчатая окраска жуков обусловлена не особым строением их хитинового панциря на микроскопическом уровне, а все той же интерференцией световых волн. За сложные цветовые сочетания отвечает прозрачный хитин, покрывающий надкрылья тонкими, всего около сотни нанометров, слоями. Изумрудно-зеленые и медные оттенки напоминают переливы бензинового пятна или мыльного пузыря, образующиеся благодаря интерференции световых волн, отражающихся от верхней и нижней поверхностей бесконечно тонких слоев.

А ведь есть еще птицы. Радужные переливы любого пера — результат волновой природы света. Пожалуй, самым впечатляющим примером служит яркое — синих, зеленых, красных и золотистых оттенков — оперение райской птицы. Интенсивность окраски хвостовых перьев самцов играет важнейшую роль во время брачных танцев, привлекая самок. Прекрасны цветовые переходы на шейках некоторых видов колибри. В основном преобладают зеленые и синие тона, однако некоторые щеголяют переливчатыми тонами красного, желтого и медно-рыжего. Яркая бирюзовая вспышка на оперении зимородка также объясняется не пигментацией, а явлением интерференции, как, впрочем, и сине-зеленые оттенки вокруг шеи самца обыкновенного фазана. Да, и не будем забывать нашего павлина.

Структуры, ответственные за интерференцию световых волн, дающую великолепную цветовую окраску, у каждого вида птиц разнятся. У павлина это центральный стержень, от которого отходят многочисленные бородки, а от бородок — бородочки. Если рассматривать бородочки под электронным микроскопом, обнаружится, что они содержат фотонные кристаллы, состоящие из объемных решеток с гранулами меланина, разделенных промежутками, сравнимыми с длиной световой волны.{146},{147}

Для всех этих и многих других созданий такое сложное строение покровов, благодаря которому образуется переливчатая окраска, явилось ступенькой вверх по эволюционной лестнице, облегчив, к примеру, взаимодействие — как с друзьями, так и с врагами. Однако еще один пример замечательной переливчатой окраски — перламутровые слои внутренней поверхности устричной раковины — кажется побочным эффектом, образовавшимся при создании устрицей надежного убежища. Перламутр состоит из бессчетного количества тончайших пластинок карбоната кальция, скрепленных между собой; он обладает гладкой поверхностью и ударопрочен. Перламутр скрыт от всеобщего обозрения, он не играет никакой роли ни при размножении, ни при общении. Можно подумать, что благополучие устрицы зависит от красивых «обоев» в ее домике-раковине.

Однако если поблизости оказываются люди, никакие переливчатые расцветки животным не помогают. Крылья бабочек из подсемейства морфид пользуются популярностью в качестве украшении на ритуальных масках — по крайней мере, так считают амазонские племена. Перламутр больше ценится человеком в виде инкрустации на деревянном комоде, нежели внутри раковины живого моллюска. В середине XIX века дамы из числа европейской аристократии предпочитали украшать свои бальные наряды надкрыльями жука-древоточца. Яркая окраска могла бы послужить ее владельцам, привлекая особей противоположного пола и отпугивая хищников, однако вместо этого привлекла человеческих существ, из-за чего краски лишь потускнели.

* * *

«Все мы знаем, что есть свет, однако непросто объяснить, что же это такое», — заметил Сэмюэль Джонсон.[62] И он прав: тот факт, что благодаря свету мы видим, сильно затрудняет понимание природы самого света.

Должен вам кое в чем признаться: я тут рассуждал о свете как о форме волны, однако в строгом смысле это не так. Живший в XVII веке Роберт Гук, английский физик, или, как тогда было принято называть, естествоиспытатель, в 1665 году выдвинул теорию света. Примерно четверть века спустя теория получила поддержку в лице его современника, голландца Христиана Гюйгенса, который опубликовал математическое доказательство того, что поведение света по большей части может быть объяснено с позиций волн.

Единственной загвоздкой в теории был вопрос о том, через какую среду волны света распространяются. Для океанических волн это вода, для звуковых — воздух (или любое другое вещество). Но вот что пронизывают волны света? Поскольку непременным условием распространения остальных волн является наличие среды, а свет может распространяться в вакууме, сторонники теории волн должны были предъявить некий люминофорный (иными словами, светоносный) эфир. Однако никто не имел ни малейшего понятия о том, из чего этот эфир может состоять.

Исаак Ньютон в своем труде «Оптика», впервые опубликованном в 1704 году, выдвинул другую концепцию света, предположив, что свет состоит не из волн, а из мельчайших частиц — корпускул. Идея надолго поселилась в умах человечества — «Оптика» оставалась основополагающим трудом, описывающим поведение света, на протяжении всего XVIII века. (Уж в названии такой книги можно было обойтись и без орфографических ошибок.[63]

Проведя хитроумные эксперименты, Ньютон пришел к любопытным выводам о том, что и почему со светом происходит, когда его лучи при прохождении через стеклянный стакан в результате дифракции отклоняются. В своем известном опыте с призмой ученый продемонстрировал, как солнечный луч разделяется на составляющие его радужные цвета спектра. Корпускулярная теория света была центральной темой трактата, хотя вошла в него лишь как один из вопросов в конце пересмотренного издания 1717 года: «Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами?»{148}

Рассуждая в форме вопросов об оптических явлениях, Ньютон предположил, что свет состоит из мельчайших частиц. Когда солнечный луч проходит через стеклянную призму, он разделяется на разные цвета. Что если каждый цвет соотносится с частицами определенного размера? Самым малым размером ученый наделил частицы фиолетового спектра, а самым большим — красного. И хотя экспериментальным путем он свою теорию не подтвердил, его авторитет в науке был так весом, что ученые в основной своей массе его корпускулярную теорию света приняли. И отказались от нее крайне неохотно — только в начале XIX века, когда стали появляться первые свидетельства в пользу того, что свет — это все-таки волна. В частности, это было наиубедительнейшим образом продемонстрировано на примере одного опыта. Этот важнейший для современной физики опыт поставил не маститый ученый, а любитель, не утруждавший себя возней в лаборатории. В ходе опыта выяснилось, что для света характерно основополагающее свойство волн — интерференция.

* * *

Родившийся в 1773 году Томас Юнг был человеком от природы одаренным, владел несколькими языками. Грамоте научился в два года, а к четырем прочитал от корки до корки Библию, причем дважды. Прошло каких-то тридцать лет, и он начертил оптическую схему, при виде которой екнуло бы сердце любого пролетающего мимо мотылька-однодневки.

Угадайте, кому в подарок на Рождество достался компас?

Юнг познакомил научную общественность со своей схемой во время чтения «Курса лекций по естественной философии и механическому искусству» в Королевском обществе в 1807 году.{149} Оптическая схема объясняла взаимодействие волн, «образовавшихся от двух камешков одинакового размера, брошенных в пруд в одно и то же время». Говорят, Юнга осенило, когда он, прогуливаясь возле пруда кембриджского Эммануэл-Колледжа, увидел расходившиеся от пары лебедей круги ряби, волны которых накладывались.{150} Однако, демонстрируя схему, он имел в виду вовсе не волны в пруду, а поведение света.

Юнг считал, что схема наглядно объясняет поведение не только водной ряби, но и солнечного луча, проходящего через две прорези экрана (отмеченные буквами А и В) и выходящего в виде волн. Свет, имея волновую природу, должен расходиться от каждой прорези на манер волн, проходящих через узкую щель дамбы; такое свойство волны, дифракция, хорошо известно. Юнг предположил: если свет является волной, тогда выходящие из обеих прорезей и накладывающиеся лучи должны интерферировать друг с другом — как и волны в воде. Только в случае со светом вместо участков более или менее спокойной воды должны проявиться участки большей и меньшей освещенности. Область особо заметного волнения в случае со световыми волнами будет областью особенно яркого освещения; область менее заметного волнения будет областью менее освещенной. Именно такое заключение, утверждал Юнг, позволил сделать опыт с экраном. В ходе опыта лучи, наложившись, образовали следующую картину:[64]

В опыте Юнга свет не был таким четким (данный опыт проведен с использованием лазера), однако лучи, проходившие через две прорези, вне всяких сомнений интерферировали, образуя области более светлые и более темные

Юнг считал, что объяснить результаты данного опыта, исходя из ньютоновской корпускулярной теории света, нельзя, в то время как появление светлых и темных участков по краям «может быть с легкостью выведено из интерференции двух встречающихся волн, которые либо усиливаются, либо взаимно уничтожаются». Наверняка его доводы показались вам убедительными, правда? В самом деле, как можно объяснить результаты опыта, основываясь на теории, будто свет состоит из мельчайших частиц? Ведь если к одним частицам прибавить другие частицы, получится еще больше частиц. То есть света.

Однако ньютоновская теория пустила в умах ученых мужей настолько глубокие корни, что к доводам Юнга прислушались лишь по прошествии десятка лет. И пускай на примере воды видно, что волны при ослабляющей интерференции друг друга уничтожают — предположение о том, что свет плюс свет равняется темноте, казалось слишком уж нелогичным. Шотландец Генри Брум, юрист и ярый поборник теории Ньютона, обрушился на Юнга со злобными нападками. На страницах принадлежавшей ему влиятельной газеты «Эдинбург ревю» Брум писал, что не обнаружил в доводах Юнга и «малейших признаков эрудиции, проницательности или изобретательности, которые могли бы хоть как-то оправдать отсутствие всякой мысли».{151}

Скептики замолчали только тогда, когда французский физик Огюстен Френель подтвердил аргументацию Юнга математическими выкладками. В сообщении Французской академии наук, сделанном в 1815 году, Френелю удалось блестяще объяснить интерферирующие края из опыта Юнга с помощью формул, основываясь при этом на волновой теории света. Наконец, общественное мнение начало меняться, и к середине XIX века научные круги пришли к единому мнению: свет определенно является формой волны.

* * *

В декабре 1900 года немецкий физик Макс Планк, сам того не желая, внес в ряды ученых разброд и шатание.

Руководствуясь самыми благими намерениями, он задал вопрос «А что, если…», который явился головной болью для всех тех, кто принял волновую теорию света. В течение пяти лет Планк пытался разработать теоретическую модель того, каким образом свет, испускаемый нитью накаливания электрической лампы, зависит от температуры металла. В его изысканиях были крайне заинтересованы электротехнические компании, постоянно повышавшие качество выпускаемых ламп.

Оказалось, выявить связь между частотами волн света и температурой нити накаливания не так-то просто. Все знают, что железный прут в кузнечном горне по мере нагревания меняет цвет: сначала становится красным, потом — оранжевым, желтым и, наконец, раскаляется добела (и плавится). Тело испускает световые волны разной длины, однако преобладающая частота, наиболее яркий свет, изменяется с температурой. По мере увеличения температуры увеличивается частота наиболее яркого света — металл меняет цвет. Но вот вопрос: как именно преобладающая частота соотносится с температурой? Ни один физик того времени не мог найти этому явлению математического обоснования.

«Подумаешь!» — скажете вы. Ведь разгадка этого ребуса интересовала всего-навсего производителей ламп накаливания. Нельзя сказать, чтобы все английское общество того времени с замиранием сердца ждало ответа на «животрепещущий» вопрос. Однако предложенное Максом Планком математическое решение задачи подвигло Альберта Эйнштейна, которому на тот момент был двадцать один год, совершить в физике света очередной переворот. Высказанное невзначай предположение Планка повлекло за собой работы Эйнштейна и других ученых, в результате которых постепенно менялось наше представление о мире на атомарном уровне.

И тут уж вам придется принять идею о том, что видимый свет, как и остальные электромагнитные излучения, является волной окончательно и бесповоротно.

Планк предположил, что если тепло и свет, испускаемые разогретым металлом, принимают форму крошечных, неделимых «порций» энергии — ученый назвал их квантами, — то можно точно спрогнозировать, какая частота будет испускаться при той или иной температуре. Идею о существовании энергии в виде квантов Планк разработал исключительно для подгонки математических расчетов под экспериментальные данные; он предположил, что чем выше частота испускаемого света, тем больше энергии содержится в каждом из этих условных квантов. Сам Планк, как и остальные физики его времени, придерживался волновой теории света; он считал, что недалек тот час, когда испускаемые нагретым металлом свет и тепло объяснят с позиций волновой природы.

Однако спустя несколько лет, в 1905 году, запомнившемся в истории как annus mirabilis[65], Эйнштейн высказал мысль о том, что идея Планка о квантах — вовсе не математическая уловка. Имя Эйнштейна тогда еще никому не было известно; будущий великий ученый едва сводил концы с концами, трудясь клерком в одном из швейцарских патентных бюро. В 1905 году Эйнштейн публикует работу, в которой допускает, что электромагнитное излучение в действительности состоит из квантов энергии.{152}Что если, предположил Эйнштейн, эти невидимые «порции» энергии на самом деле существуют, являясь одной из физических характеристик света, относимого к электромагнитным волнам? Что если металлы, разогретые до состояния, при котором они начинают светиться, в действительности испускают отдельные «порции» энергии? Если так, то должно быть верным и обратное утверждение: металлы поглощают свет в виде разрозненных «порций» энергии. В случае экспериментального подтверждения этого допущения все наши представления о свете окажутся вновь перевернутыми с ног на голову.

Статья была опубликована в марте 1905 года; она стала первой из пяти прорывных работ Эйнштейна, написанных им в тот год. И они едва ли могут быть переоценены, поскольку явились фундаментом для будущего развития современной физики. Уже тогда у Эйнштейна появляются мысли, из которых позднее разовьется теория относительности. Однако сам физик из всех пяти работ считал действительно «революционной»{153} только ту, в которой предполагал, что свет состоит из неделимых «порций», или квантов энергии.

* * *

Эйнштейн выдвинул гипотезу: если свет действительно испускается и поглощается в виде квантов, тогда, возможно, разные частоты или длины света, воспринимаемые нами как разные цвета, различаются количеством энергии, содержащимся в их квантах. В качестве опытного подтверждения своей гипотезы Эйнштейн сослался на фотоэлектрический эффект, который возникает при поглощении определенными металлами света.

Отличительная особенность металла заключается в том, что его электроны очень подвижны. Поэтому металлы — превосходные проводники электричества. Однако степень подвижности электронов в разных металлах разная — одни металлы проводят электричество лучше, нежели другие. Подвижность электронов состоит в том, что при попадании на металлический предмет света электроны от поверхности предмета отскакивают. Потерянные таким образом электроны можно подсчитать, поскольку металлический предмет, теряя отрицательно заряженные электроны, приобретает положительно заряженные. Данный эффект обязательно учитывают при конструировании космического корабля — солнечный свет, попадая на металлический корпус, вызывает нарастание положительного заряда, а это может нарушить работу аппаратуры. Кроме того, фотоэлектрический эффект лежит в основе принципа действия оптического датчика — важнейшего элемента в экспонометре фотоаппарата. А еще — в основе датчика, переключающего дорожный светофор, а также датчика ночника в детской. (В этих электронных устройствах электроны на самом деле не выбиваются с поверхности металла по мере поглощения света, а остаются в полупроводнике: переходят из статического состояния, при котором тесно связаны с атомами, в жидкое состояние потока, при котором возникают связи, подобные связям в металлах.)

Вслед за этим Эйнштейн предположил: если свет действительно состоит из квантов, тогда, возможно, в результате этого самого фотоэлектрического эффекта электрон выбивается с поверхности металла при поглощении кванта света. Если так, то количество электронов, отлетающих от металлической поверхности каждую секунду, будет зависеть от количества прибывающих за эту секунду квантов, то есть от интенсивности света. В то время как максимальная скорость, с которой они отлетают, будет зависеть от энергии в каждом кванте, их выбивающем, то есть от частоты света (иначе — цвета).

Десятью годами позже, в 1916 году, предположения Эйнштейна подтвердились.{154} Когда определенные металлы освещались красным светом, обладающим сравнительно низкой частотой, электроны с поверхности металлов не выбивались, каким бы ярким свет ни был. А вот при освещении зеленым светом, обладающим средней частотой, электроны покидали свои места с готовностью. Однако отлетали они с одной и той же максимальной скоростью, вне зависимости от того, насколько свет был ярким. Их скорость значительно возрастала, когда металлическую поверхность освещали пусть и совсем слабым, но фиолетовым светом, обладающим высокой частотой.

Объяснить такое явление с позиций волновой природы света было невозможно. Однако все расставила по местам гипотеза о свете, состоящем из квантов энергии, причем, объем этой энергии, содержащийся в каждом кванте, зависел от частоты. Фотоэлектрический эффект подтвердил предположение Эйнштейна о том, что свет состоит из отдельных квантов, а не разбегающихся волн. Но как научная общественность в свое время держалась за ньютоновскую теорию о свете как частицах, противясь доказательствам Юнга в пользу волновой природы света, так и в первой половине XX века она крайне неохотно пошла на замену теории Юнга теорией Эйнштейна, вновь описывавшего свет как частицы. Его гениальная догадка была отвергнута современниками, утверждавшими, что «дерзкая» гипотеза «идет вразрез с неопровержимыми фактами» и что она «не в состоянии пролить свет на природу излучения».[66]

Однако Эйнштейн твердо держался своих убеждений. «Существование светового кванта практически доказано», — пи сал он другу в 1916 году, вскоре после того, как его предположение о существование фотоэлектрического эффекта было подтверждено экспериментальным путем. Но в полной мере теорию Эинштейна приняли только в 1921 году, когда он получил Нобелевскую премию за свою работу 1905 года на тему квантовой природы света. Спустя пять лет световые кванты, о которых впервые упомянул Планк (сам в них не веривший) и существование которых доказал Эйнштейн, стали известны как фотоны.

Все вновь переменилось: свет все же состоит из частиц.

* * *

А что же Томас Юнг с его экраном? Разве демонстрация интерференции света, идущего через прорези в экране, не доказала со всей убедительностью, что свет ведет себя как волна? Опыт подтвердил волновую природу света. Две частицы — неважно, как вы их при этом назовете: корпускулами, квантами, фотонами или даже мельчайшими, меньше атома, карамельками — не могут соединиться таким образом, чтобы в итоге дать ноль частиц, как это происходит с несовпадающими по фазе и, следовательно, взаимно уничтожающимися волнами.

Любопытно, что произойдет, если пропускать эти «карамельки» через прорези экрана по одной. Ведь не получится же так, что наша «карамелька» пройдет через обе прорези одновременно и сама с собой интерферирует, а?

Что ж, какой бы невероятной задача ни казалась, выполнить ее возможно — с помощью фильтров, которые сократят интенсивность света, позволяя пропускать через прорези фотон за фотоном. Вместо того чтобы после прохождения через прорезь ударяться о стену, каждый фотон улавливается высокочувствительной камерой и записывается в виде белой точки.

Поначалу кажется, будто электроны располагаются в случайном порядке, однако по мере увеличения количества белых точек вырисовывается довольно любопытная картина:

Видите, что получается? Фотон за фотоном, и начинает угадываться знакомая схема{155}

Образовались светлые и темные области, своим расположением точь-в-точь повторяющие интерферирующие края на схеме Юнга. При этом большая часть фотонов сконцентрировалась в тех местах, где предполагались светлые участки, и совсем мало фотонов оказалось в тех местах, где предполагались темные участки. Выходит, данная схема нисколько не отличается от оптической схемы интерферирующих волн. Можно предположить, как выразился Поль Дирак, один из ученых, стоявших у истоков квантовой физики, что «каждый фотон интерферирует исключительно сам с собой».{156} Вы подумаете: то, чем фотон занимается наедине с собой в затемненном боксе, касается его одного. Однако Дирак при этом подчеркивает: у нас нет ни малейшей догадки о том, почему отдельные фотоны иногда ведут себя как волны.

«Портрие. Порт» (1888) Поля Синьяка

Собравшиеся таким образом точки напоминают одно направление в живописи — пуантилизм. Получившуюся схему можно сравнить с картиной Поля Синьяка 1888 года, на которой он изобразил мелкую рябь в порту Портрие в Бретани. Наверняка это самая утомительная манера письма: художник касается холста кистью, нанося маленькие точки — одну за другой. (Наиболее известной картиной данного жанра считается «Воскресный день на острове Гранд-Жатт» Жоржа-Пьера Сера. Подумать только, на ее написание у художника ушло два года!) Ну хорошо, точки на холсте ставит художник. Но вот кто располагает фотоны? Чья таинственная рука управляет их размещением на экране, поначалу хаотичным, однако со временем вырастающим в пуантилистическую схему волновой интерференции?

Складывается такое впечатление, будто путь каждого фотона определяется волной — словно свет ведет себя как волна при движении и как частица при контакте с камерой[67]. «Как только возникла частица, — сказал физик Джордж Паджет Томсон, — волна исчезла, как исчезает сон при пробуждении».{157} Таков на первый взгляд противоречивый мир квантовой механики, в рамках которой двойственность поведения электромагнитных волн теперь может быть объяснена математически. Противоречивое поведение света в теорию вполне укладывается, но вот приблизила ли она нас к пониманию того, что свет, собственно, такое? Ричард Фейнман, квантовый физик с мировым именем, считает, что нет: «Дело в том, что мои студенты-физики тоже этого не понимают. Потому что я сам этого не понимаю. Никто не понимает».{158}

Большинство квантовых физиков твердят о том, что природа света для них так же загадочна, как и для людей обычных, к науке никакого отношения не имеющих. В 1951 году сам Эйнштейн писал:

«За пятьдесят лет напряженных размышлений я так и не нашел ответа на вопрос: «Что такое кванты света?» Само собой, в наше время каждый дурак считает, что знает ответ, однако он глубоко заблуждается».{159}

* * *

Двойственность света состоит в том, что он может быть описан с точки зрения частоты (красный — как самый низкочастотный видимый спектр, синий/фиолетовый — как самый высокочастотный) или энергии его фотонов (фотоны красного цвета обладают наименьшим количеством энергии, фотоны синего/фиолетового цвета — наибольшим).

Но двойственную природу — и волны, и частицы — демонстрирует не только видимый свет. В этом замечены все электромагнитные волны — они могут быть описаны и с точки зрения их частоты, длины волн, и с точки зрения энергии их фотонов. Те волны, частота которых ниже частоты волн видимого света, и есть волны первой необходимости в мире коммуникаций: радиоволны, микроволновое излучение и инфракрасные волны. К волнам с частотой выше частоты волн видимого света относятся ультрафиолетовые волны, рентгеновское и гамма-излучение.

Волны ультрафиолетового света обладают длиной волны от 400 нм до 10 нм. Мы все равно называем их световыми волнами, пусть даже и не можем их увидеть. Зато их видят некоторые животные. Более длинные ультрафиолетовые волны испускаются Солнцем, хотя их не так много, как видимого света; благодаря ультрафиолетовому излучению мы загораем. Но вообще, чем меньше длина волны (я с тем же успехом мог бы сказать: «чем выше их частота» или «чем энергичнее их фотоны»), тем опаснее эти ультрафиолетовые волны для нашей кожи. Их можно описать как ионизирующее излучение, поскольку они отрывают электроны от атомов. Когда такое происходит с нашей кожей, молекулы ДНК под воздействием этого излучения повреждаются, в результате чего могут образоваться раковые клетки. К счастью, озоновый слой Земли поглощает большую часть коротковолновых, высокоамплитудных ультрафиолетовых волн. А вот космонавтам, оказывающимся за пределами атмосферы, остается полагаться лишь на тоненький слой золота, покрывающий забрало их шлема.

Волны рентгеновского излучения — электромагнитные волны длиной от 10 нм до 0,01 нм. Если сравнивать, то Солнце, к примеру, посылает на Землю не так уж и много рентгеновского излучения, однако оно в избытке выделяется сильно нагретыми газовыми облаками, которые растягиваются между группами сталкивающихся галактик на миллиарды световых лет. Впрочем, далеко ходить на надо: рентгеновские волны излучает и металлический предмет, если его бомбардировать быстрыми электронами. Именно так образуется рентгеновское излучение, с помощью которого делают снимок кости сломанной руки. Обладающие высокой энергией протоны легко проникают через мягкие ткани тела, но через кости им проникнуть сложнее, поэтому в местах костной структуры на снимке остается тень. Фотоны волн рентгеновского излучения также ионизируются, они способствуют образованию раковых клеток еще больше, чем волны ультрафиолетового излучения. Поэтому длительного облучения этими волнами следует избегать.

Наконец, мы добрались и до них, этих высокочастотных электромагнитных волн — волн гамма-излучения. Длина их волны — менее 0,01 нм; это самые короткие волны, с наиболее энергичными фотонами. В космосе они образуются небесными телами раскаленными куда сильнее, нежели наше Солнце, например, сверхновыми звездами. Здесь, на Земле, их испускают радиоактивные вещества — можете себе представить, до чего гамма-излучение опасно. И хотя для живых организмов они вредны, нет худа без добра — гамма-излучение широко используется в пищевой промышленности для уничтожения бактерий. А еще, как бы парадоксально это ни звучало, смертельно опасные, поражающие живые клетки фотоны спасают жизни: гамма-излучение применяют при лучевой терапии — оно убивает раковые клетки, останавливает их деление.[68]

* * *

В 1924 году один французский аристократ продемонстрировал, что исключительная, тесно переплетенная природа волн и частиц выходит за пределы мира электромагнитных волн. Этим аристократом был Луи, седьмой герцог Брольи; в возрасте тридцати двух лет он защитил докторскую диссертацию перед комиссией факультета точных наук парижской Сорбонны. Тема его работы была так необычна, что поначалу экзаменаторы пребывали в замешательстве: присуждать соискателю степень или нет? Бройль утверждал: раз Эйнштейн убедительно доказал, что световые волны могут быть описаны как потоки мельчайших частиц, теперь известных как фотоны, то, возможно, верным будет и обратное. Что потоки мельчайших частиц вещества, например, электроны или даже атомы, каждый из которых обладает массой (пусть и ничтожной), могут быть описаны как волны.

В то время как математические выкладки Бройля выглядели безупречными, его вывод наверняка показался нелепым. Однако комиссия, пусть и с некоторыми сомнениями, докторскую степень ему все же присудила. Один из экзаменаторов показал работу Бройля Эйнштейну; она произвела на ученого впечатление. «Может, сама идея и кажется чистым сумасшествием, — писал он одному коллеге, — но с точки зрения обоснования она безупречна».{160}

Упомянутые Бройлем «волны материи» только выглядели абсурдом, потому как вскоре их существование было доказано опытным путем. В 1927 году, спустя всего три года после защиты Бройлем его работы, двое физиков, трудившихся в Нью-Йорке в исследовательском центре компании «Белл» (кроме производства телефонных аппаратов финансировавшей исследования в области фундаментальной физики), обнаружили, что, как и луч света, поток электронов интерферирует с усилением и ослаблением: электроны, составлявшие пропущенный через кристалл никеля поток, распределились в виде концентрированных полос. Молекулярная решетка никеля выполняла функцию прорезей в опыте Юнга, только данные «прорези» располагались много ближе друг к другу (что-то около полумиллионной доли расстояния между прорезями в опыте Юнга).

Таким образом, волновое поведение электронов было наглядно продемонстрировано. Более того, измерив расстояние между полосами получившейся схемы и учтя размеры молекулярной решетки никеля, через которую электроны проходили, физики смогли вычислить длину волны этого потока электронов. Их расчеты один в один совпали с выполненными Бройлем расчетами длины волны, которой должен соответствовать поток электронов, движущихся с данной скоростью.

Принимая в 1929 году Нобелевскую премию по физике за это открытие, Бройль сказал: «Электрон больше не может восприниматься как одиночная, мельчайшая крупинка электричества; он должен ассоциироваться с волной. И существование этой волны — не миф, поскольку ее длина может быть измерена, а тип интерференции спрогнозирован».

* * *

Если вдруг вся эта чехарда с волнами и частицами оказалась выше вашего понимания, не впадайте в панику. Оно того стоит? Ведь от корпускулярно-волновой двойственности света нам с вами ни тепло, ни холодно.

Пожалуй, наиболее полезное практическое применение этих знаний — изобретение электронного микроскопа. Того самого прибора, благодаря которому мы разглядели «новогодние ели» на крыльях бабочки из подсемейства морфид. Обычный микроскоп никогда бы не показал, как выглядят малюсенькие «ветви», отвечающие за цветовые переливы крыла. И дело вовсе не в мощности линз или чувствительности оборудования. А в ограничениях любого обычного микроскопа, в работе которого используется видимый свет — предел его разрешения равен половине длины волны видимого света. В него невозможно разглядеть «ветви» менее 100 нм толщиной, ведь длина волны видимого света лежит в диапазоне от 400 до 750 нм.

Электронный же микроскоп дает изображение с гораздо более высоким разрешением. Самые современные микроскопы увеличивают до 0,05 нм{161}, а это меньше размеров атома. Работа таких микроскопов зависит целиком и полностью от волнового поведения потоков электронов. Волны исследуемого вещества можно заставить рассеяться и обогнуть предметы, как это делают световые волны; далее эти волны с помощью специальных линз фокусируют — получается изображение. При длинах волн в одну миллионную длины волны видимого света{162} к примеру, вы хотите сфотографировать волосок на тельце дрозофилы — волны материи имеют свои преимущества.

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.

ДЕВЯТАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ С ГРОХОТОМ РАЗБИВАЕТСЯ О БЕРЕГ

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».

Я энергично кивал, но вовсе не горел желанием попробовать. Потому что наверняка промахнусь мимо «идеальной точки входа». Мне никогда не доводилось стоять на доске, я ни разу не пробовал прокатиться даже на тех смехотворно малых волнах, что омывают побережье в Сомерсете, там, где я живу. Так что испытывать судьбу со вздыбленными чудовищами, которые с ревом бросаются на полинезийское побережье, не собирался. Себе я отвел роль исключительно стороннего наблюдателя. И твердо знал свое место в круге Эйлера, размеченном на секторы «наблюдатели за волнами» и «серфингисты»:

Мой статус на Гавайях не вызывал никаких сомнений

А вот Эндрю, в противоположность мне, занимался серфингом с четырех лет. И отец его тоже катался на доске. В двадцать с небольшим Эндрю попал на Гавайи впервые, и с тех пор каждую зиму проводит на островах несколько месяцев.

Раскинувшийся перед нами залив — наиболее популярный у серфингистов участок вдоль Северного побережья: волны из открытого океана разбиваются о волнорез, вырастая до внушительных размеров — 5-6 метров от подошвы до гребня. Именно здесь зародился интерес к серфингу на большой волне.

С нашего наблюдательного пункта местечко выглядело типичным тропическим пляжем: белый песок в окружении пальм и зеленоватой морской воды. Однако то, что составило славу залива как популярного места для серфинга, скрывалось под толщей воды — изрезанные лавовые рифы. Они тянутся от северной оконечности залива; когда с северо-запада приближается крупная зыбь, часть заходящих в залив волн (та, что справа, если смотреть с пляжа) разбивается об эти рифы. Из-за выступающих рифов глубина в той части залива меньше — волны резко замедляются, вырастают и обрушиваются. Остальные волны зыби продолжают свой ход над глубиной центральной части залива. Бурлящий поток воды возникает справа и распространяется влево по всей длине волны. Перепад глубин — в рифовой части залива справа и песчаной по центру — значителен: надо быть достаточно смелым, а то и попросту безрассудным, чтобы запрыгнуть на великана 15 м высотой. Если столь высокая волна не укладывается у вас в голове, представьте себе четырехэтажный дом — это и будет размер этой волны от подошвы до гребня.[69] Кататься на гигантских волнах вроде этой в других местах Северного побережья слишком опасно — это так называемые закрывающиеся волны. Они разбиваются не постепенно, с одного конца, позволяя серфингистам нестись по диагонали склона, оставаясь всегда впереди обрушивающегося потока. Наоборот, волны формируются и обрушиваются по всей длине одновременно. А когда высокие волны закрываются таким образом, серфингисту не ускользнуть — он оказывается прямо под массой летящей вниз воды.

Волна в тот день особой высотой не отличалась, но на меня, англичанина, впечатление произвела. И как только серфингисты удерживаются на доске, когда стремительно скатываются с водяных утесов? Если верить Эндрю, это в серфинге не самое сложное. Сложнее определить ту точку, откуда вас вынесет на гребень волны в момент ее наибольшей высоты: «Вычислив точку правильно, гребешь к ней изо всех сил и р-р-раз! — оказываешься там, откуда тебя вмиг подхватывает волной».

Если серфингист правильно выбирает отправную точку и время, когда пора подниматься на доске и занимать позицию, нет нужды отчаянно грести, развивая скорость. В верхней точке волны серфингисту хватает его собственного веса и веса доски, чтобы помчаться с крутой волны-утеса.

Поймать эту самую точку можно, заняв позицию над самым мелководьем рифовой полосы, где волны замедляют свой ход особенно сильно, складываясь гармошкой. Эндрю

Там высота зыби применима ко всем волнам, направляющимся в разные точки Северного побережья (в то время как склоны волн, разбивающихся о берег, от пляжа к пляжу сильно разнятся благодаря особенностям рельефа и глубине дна). Высота зыби согласно гавайской шкале равняется примерно половине высоты склона волны, разбивающейся у берега. Из-за подобной неразберихи гавайские серфингисты вечно выглядят этакими скромнягами, принижающими свои достижения, поэтому я будут придерживаться более правильной международной системы, меряя волну уже на подступах к берегу. объяснил, что на берегу даже устанавливают особые знаки, по которым серфингисты ориентируются, стараясь удержаться на лучшей позиции в ожидании наката волны.

Наблюдая за серфингистами в воде, я заметил, что они довольно много времени проводят в ожидании — больше, чем мне до этого казалось. Однако теперь я понял, почему, ведь зыби представляют собой цуги волн — более крупные волны отделяются более мелкими. Так что серфингисты лениво гребут на малых волнах и переговариваются друг с другом, ожидая подхода волн крупных.

«Здесь, в этом заливе, я определяю приближение крупных волн по водоворотам», — поделился Эндрю своей хитростью, заинтриговав меня. Оказалось, водовороты образуются внутри кольца 4 м в поперечнике — там, где невидимый поток воды перекатывается через пик рифа, потихоньку сглаживая его зубчатую поверхность. Серфингисты этих водоворотов, по возможности, избегают — в неспокойной воде доской управлять трудно. Однако такие небольшие водовороты возвещают о приближении крупных волн.

«Ты о надвигающемся цуге еще ни сном ни духом, — с азартом рассказывал Эндрю, — а волны уже касаются дна. Сидя на доске, можно почувствовать приближение воды. Все начинается с маленьких водоворотов — то здесь, то там, — а там уже, на расстоянии, замечаешь крупный водоворот».

Мы таращились на серфингистов — те рассредоточились сразу за полосой прибоя и терпеливо ждали, очевидно, высматривая первые водовороты. Как только со стороны океана показался цуг волн, серфингисты оживились. У меня сложилось впечатление, будто каждый выбирал себе волну в последний момент — серфингист принимался отчаянно грести, когда поток бурлящей воды был уже на подходе. Выбор двоих оказался удачным — они покатились вниз по склону, а прямо позади них волна разбивалась, вскипая пеной. Я аж замер от страха. Всем физическим волнам свойственно переносить энергию из одной области в другую.

Но, пожалуй, никто не прочувствовал устрашающую, неукротимую энергию вздымающихся океанических волн так, как серфингисты.

* * *

Общая протяженность береговой линии четырех главных островов Гавайского архипелага — Гавайев, или Большого острова, Оаху, Мауи и Кауаи — насчитывает 1 400 км. Их расположение — прямо посреди Тихого океана — и тот факт, что острова образовались в результате вулканической деятельности и отстоят далеко от континентального шельфа, означает, что большую часть года на архипелаг накатывают огромные волны (серфингисты говорят про них: «махины»). Летом волны не выше метра, но зимой вырастают до 2-3 м, а бывает, и больше 9 м.

Завидное постоянство, с которым внушительные зыби накатывают на берега Гавайского архипелага, объясняет, почему именно эти острова упоминаются в первых записях о довольно странном занятии — катании по волнам на бруске дерева. В 1779 году к островам пристали два английских корабля, «Дискавери» и «Резолюшн»; на одном из них находился мореплаватель Джеймс Кук, под началом которого служил лейтенант Джеймс Кинг. Когда команда сошла на берег острова Гавайи в бухте Кеалакекуа, местное население приветствовало их, как божества. Однако гости оказанным им гостеприимством явно злоупотребили: спустя месяц капитан Кук был убит в ходе столкновения с островитянами из-за украденной шлюпки.

После гибели Кука лейтенант Кинг продолжил вести его журнал, в котором и описал способ передвижения туземцев среди мощных волн:

«…наиболее распространенный род развлечений, затеваемый во время сильного прилива, когда волны ударяют о берег. Мужчины количеством от 20 до 30 человек заходят в еще спокойную воду и ложатся ничком на удлиненные доски примерно в человеческий рост и ширину Прижимая ноги к доскам, руками они доски направляют. Дожидаясь самой высокой волны, бросаются вперед, вцепляясь руками в доски и тем удерживаясь на них. Доска вместе с ними летит по волне на ужасающей скорости. Величайшее искусство состоит в том, чтобы умело обращаться с доской на вершине волны и когда волна меняет направление».

Те, кто посетил острова после злополучной экспедиции Джеймса Кука, рассказывали, что серфинг — излюбленное занятие местных жителей: когда ожидается особенно большая волна, деревни пустеют. И стар, и млад, и мужчины, и женщины — все кидаются к пляжу, чтобы прокатиться на разбивающихся бурунах. Однако европейцы, пришедшие на острова в первой половине XIX века, стали для островитян сущим наказанием. Они привезли с собой болезни, которые свирепствовали среди местного населения, не обладавшего иммунитетом, а прибывшие среди прочих миссионеры-кальвинисты катаний на волне отнюдь не одобряли. Более того, считали серфинг занятием богопротивным — не в последнюю очередь потому, что катались туземцы нагишом, — и всячески ему препятствовали. В 1892 году местный врач Натаниэль Эмерсон писал, что «доски для серфинга теперь можно увидеть разве что в наших музеях и частных коллекциях».{163}

Однако в начале XX века серфинг возродился, причем началось все на Вайкики, юго-западном побережье острова Оаху, куда летом приходят зыби средней высоты. И только в 1950-х горстка отважных серфингистов рискнула оседлать гораздо более мощные волны, обычные для Северного побережья зимой. Мощные зыби, постоянно разбивающиеся над рифами, сделали эту часть острова меккой первых профессиональных серфингистов, местом многочисленных соревнований. Одно из них, главное мировое состязание по катанию на больших волнах, проводится в заливе Ваймеа с 1986 года: «Турнир памяти Эдди Айкау». Состязание названо в честь первого спасателя в заливе Ваймеа, который в 1960-х и 1970-х годах прославился как серфингист на большой волне, а в тридцать один год погиб при попытке переплыть на каноэ с Гавайев на Таити, и проходит не каждый год, а только тогда, когда зыби обещают быть особенно высокими — выше 15 м. Приглашение поучаствовать в состязании получают двадцать восемь серфингистов экстра-класса со всех уголков мира. Обычно эти серфингисты, где бы ни находились, декабрь и январь оставляют свободными, чтобы в случае прогноза особенно большой зыби тут же прыгнуть в самолет и отправиться на Гавайи. Если большие волны не ожидаются, состязание переносится на следующий год.

Поболтав с Эндрю Марром, я спустился на пляж прогуляться; на пляже юные серфингисты занимались тем, что прорывали канал в песке, преграждавшем слияние реки Ваймеа с водами залива. Такую огромную гору песка называют бермой; зимой набегающие волны приносят песок — вырастает дамба естественного происхождения, которая запруживает устье реки. В сезон дождей, с ноября по март, ливневые потоки сбегают с гор и скапливаются перед дамбой, пока ее не прорывают. Порой перемычка из песка образовывается три-четыре раза в месяц, так что местные, прорывая канал, помогают воде пробиться. Мне стало любопытно, и я остановился понаблюдать.

Серфинг на доске в положении стоя: как будто скейтбордист мчится на высокой скорости по тренажеру «бегущая дорожка», сменившему направление на обратное 

Первые же ручейки расширили русло канала, вымывая песок со стенок. Вскоре ручейки сменились мощным потоком. Сбегая по пляжу и смешиваясь с соленой водой прибойной зоны, вода в определенных местах русла — там, где рельеф дна был соответствующий, — образовывала стоячие волны. Именно они-то и представляли для начинающих серфингистов интерес.

К сожалению, во времена Гераклита серфинг еще не изобрели 

Как и уже знакомые нам серфингисты в черте города Мюнхена, эти парни по очереди запрыгивали на волну с укороченными, сделанными из пенопласта и пластика буги-бордами.

Было интересно наблюдать, как они все это проделывают, вживую — до сих пор я смотрел только видео.

Парни, увлекаемые силой притяжения, со свистом неслись вниз по склону волны, а вода тем временем мчалась вверх, им навстречу. Такое впечатление, будто скейтбордист попал на «бегущую дорожку» — колеса доски крутятся, а сама доска остается на месте. Так же и серфингисты — катились на волне, рассекая от одного края канала до другого, но никуда не перемещались.

Видя на лицах катающихся восторг, я вспомнил изречение Гераклита насчет того, что нельзя войти в одну и ту же реку дважды, потому как вода в ней постоянно сменяется. Что тут скажешь? Гераклит был довольно мрачным типом, презиравшим своих сограждан, он даже заявлял, что им «лучше всего повеситься, всем взрослым мужчинам до единого». И тут мне пришло в голову: если бы философ занимался серфингом, может, он был бы счастливее. Чем о потоках рассуждать, лучше бы на них катался — этому брюзге-досократику такое веселье пошло бы на пользу.


* * *

Пожарная станция Сансет-Бич находится в полутора километрах к северо-востоку от залива Ваймеа, прямо через шоссе Камехамеха, напротив супермаркета «Фудленд», в котором серфингисты с Северного побережья запасаются банками энергетического напитка. На парковке возле станции стоял роскошный автомобиль — пожарная машина желтого цвета с хромированными деталями; к крыше автомобиля была привязана огромная доска для серфинга такой же желтой раскраски. Когда рабочий день спасателей подходит к концу, на вахту заступает пожарная часть Гонолулу. Так что доска предназначена для спасения утопающих: на фоне ее трех метров двухметровые доски большинства серфингистов выглядели недомерками.

Кому захочется съезжать по спусковому столбу, когда у него есть доска для серфинга?

«Когда я только начинал, коротких досок не было, — делился со мной воспоминаниями капитан Джим Меншинг. — Нам, малышне, приходилось тащить доску до пляжа вдвоем». Сейчас Меншингу пятьдесят два; последние тридцать два года он работает пожарным на Северном побережье. Меншинги переехали на Гавайи, когда Джиму было семь; серфингом он начал заниматься с двенадцати.

«Если кому из друзей удавалось разжиться доской, на ней катались по очереди еще трое-четверо», — рассказывал Джим. Он говорил о 1970-х, тогда шнурок, которым доску привязывали к лодыжке, чтобы во время падения серфингиста с волны она не «ушла в самоволку», еще не придумали. «Возвращая уплывшую доску, мы седлали волны как есть, без всяких приспособлений — катили на волне без всяких подручных средств. Такой вот бодисерфинг поневоле».

О бодисерфинге мне слышать приходилось, но я плохо представлял себе, что это такое. Оказалось, все очень просто. «Для бодисерфинга вам всего-то и нужно, что пара ласт. Впрочем, и они не обязательны, — пояснил Джим. — Когда на Гавайские острова приплыл Джеймс Кук, он увидел, что большинство туземцев занимаются серфингом просто так, без всяких досок. Чистого вида катание на волне — прямо как морские котики или, скажем, дельфины. А эти ребята в бодисерфинге лучшие, уж это точно».

Если в двух словах, то в бодисерфинге руки вытягивают вдоль тела, прижимая по бокам, и скользят по склону волны. Часто руки выставляют перед собой, чтобы при перелете через губу волны не свернуть шею. Во время такого полета мало не покажется — человек падает со склона волны как раз в тот момент, когда она устремляется вперед и со всей высоты обрушивается вниз. Такое падение — самое опасное, особенно при больших волнах, поскольку громадные массы воды могут швырнуть серфингиста на рифы или ударить о дно.

«Задача в том, чтобы скатиться по крутому склону волны по диагонали, а не перпендикулярно, — продолжал делиться опытом Джим. — Вы должны спланировать с гребня волны на ее плечо; в идеале надо оказаться внутри волны в то самое время, как она будет разбиваться, перелетая через вас». То же и в серфинге. Самые желанные волны — те, которые начинают разбиваться с одного гребня (разбиваясь, гребень образует свод, переходящий затем в «трубу») и далее по очереди вдоль всей волны. Серфингист должен катиться впереди разбивающихся гребней, всегда в наиболее крутой части гладкого склона, съезжая по диагонали; волна при этом несет его вперед. Он может чуть притормозить, чтобы его нагнала «труба», в жерле которой он и скроется, в то время как над его головой образуется водяной свод. Он же при этом мчится внутри «зеленой комнаты».

Идея бодисерфинга в том, чтобы проделать эти же трюки, но без доски. Вместо нее — тело. Джим пояснил, что на гавайской волне трудно развить достаточную скорость, позволяющую обогнать разбивающийся гребень — волны на Гавайях быстрые и мощные. Ведь серфингиста не увлекает потоком, он перемещается на поверхности воды вместе с волной, пытаясь удержаться на склоне. К тому же, человеческое тело, проходя через воду, тормозит гораздо сильнее, чем дно доски, скользящей на поверхности. Иногда серфингисты вытягивают перед собой одну руку — получается своего рода гидрокрыло. Скользя с вытянутой рукой, серфингист чуть приподнимается из воды, тем самым сокращая трение между телом и водой и наращивая скорость.

Другую руку серфингист держит за спиной. Джим показал мне, как именно — поза напоминает позу фехтовальщика. «Руку надо держать над водой, поэтому вы отводите ее назад и приподнимаете. Руки можно менять, при этом поворачиваясь. Некоторые серфингисты, катаясь без доски, постоянно поворачиваются с одной стороны на другую».

Как только шнурки вошли в обиход, нужда скользить по воде в погоне за доской сама собой отпала. Почему же многие до сих пор предпочитают кататься без доски? «Ну, когда мы с сыном решаем прокатиться без досок, я вижу, что в основном так катаются поседевшие стариканы вроде меня».

Кроме того, бодисерфинг потеснили появившиеся в 1970-х укороченные доски из пенопласта и пластика — буги-борды. Именно с таких досок новички сейчас и начинают — на них легче плавать, чем на классических. Да и восторг от сумасшедшей скорости приходит гораздо раньше, чем при занятиях серфингом вообще без доски. «Мой сын перешел на буги-борд только потому, что с ним маневренность лучше, а то парни на буги-бордах постоянно его оттирают. Только он подкараулит удачную волну, которая идет прямо на него, как кто-нибудь, только что прокатившийся на соседней волне, вдруг разворачивается и «занимает место» прямо у него перед носом». Такое «вторжение» считается среди серфингистов самым последним делом. Ведь тот, кто «ловит» волну, уже «пойманную» другим, вынуждает того с нее соскочить.

Джим попробовал бодисерфинг в семь лет — на южной стороне острова, возле местечка Сэнди-Бич Парк. Я поинтересовался: что он почувствовал, окунувшись в энергию волны? Джим окинул взглядом искрящуюся поверхность Тихого океана, видневшегося за пожарной станцией, и ответил: «Как будто летишь».

Это всего лишь четыре — а их более сорока — пляжа на Северном побережье, славящихся внушительным прибоем
* * * 

Впрочем, хватит разглагольствовать, пора приступать к делу: я все же решился встать на доску. И позвонил Сансет Сьюзи, которая обучает серфингу новичков вроде меня, только не в заливе Ваймеа, а чуть дальше по Северному побережью, возле Халеива, где даже зимой волнение не слишком сильное. Халеива означает «дом птицы ива». Ива — большой фрегат; эта птица почти всегда в воздухе, опускается только на ночевку или во время гнездования. В противоположность другим морским птицам, большой фрегат почти не имеет водоотталкивающего жира на перьях и потому редко садится на воду. Она выхватывает рыбу с поверхности воды, ловит летучую рыбу в момент ее прыжка или отбивает добычу у более удачливых пернатых: задирает их до тех пор, пока те не выронят улов. Проводя много времени в воздухе, большие фрегаты научились набирать высоту с минимальными усилиями: они используют волны ветра, дующего над неспокойным океаном. Паря низко над водой, большой фрегат лавирует между морскими волнами, поднимаясь в случае необходимости на воздушном потоке. У этой птицы крылья длиннее туловища и массивнее, чем у других птиц, поэтому она развивает высокую скорость, и в полете отличается грациозностью движений.

Не буду вдаваться в подробности моих занятий серфингом с Сансет Сьюзи, скажу только одно: все дело в том, что я не такой, как все. В смысле, отличаюсь от других. Помните, я плакался вам о своей глухоте? Что с шести месяцев остался без барабанной перепонки в правом ухе? Так и жил до двадцати одного года, пока мне не сделали операцию, вставив перепонку. Чтобы избежать попадания внутрь инфекции, я должен был оберегать ухо от воды. Поэтому если и плавал, то исключительно брассом. В то время как мои сверстники осваивали катание на доске. Да, еще я плохо держу равновесие, тоже из-за уха. Ну и, плюс ко всему, не могу похвастать идеальным соотношением длины рук и туловища, каким природа наделила большого фрегата.

* * *

После позорного катания на доске я решил попробовать бодисерфинг. И поехал в местечко Сэнди-Бич Парк, или Сэндиз, как его называют местные, — именно там капитан Джим Меншинг научился бодисерфингу. Сэндиз находится в тени крутых, изрезанных склонов величественно вздымающегося кратера Коко. Кратер представляет собой туфовый конус, кольцо из окружающих жерло отвесных базальтовых склонов — они образовались 3 миллиона лет назад, в пору рождения острова, когда огромные массы пепла дождем проливались над извергающимся вулканом.

Рядом с Сэндиз — та самая бухточка из фильма «Отныне и во веки веков», в бурных водах которой снималась любовная сцена между Бертом Ланкастером и Деборой Керр. С 1950-х Сэндиз — самое популярное в мире место для бодисерфинга. Барак Обама, выросший в Гонолулу и в юные годы частенько бегавший на Сэндиз, был сфотографирован в волнах во время президентской гонки 2008 года.

Эпизод из «Отныне и во веки веков», только усиленный

Выйдя из машины и ступив на раскаленный песок пляжа, я тут же заметил разницу: здешние волны сильно отличались от волн в заливе Ваймеа. Я находился на юго-восточной оконечности Оаху, в «тенистой» части острова, поскольку зимние зыби шли с севера. Но волны были здесь не только спокойнее, они и разбивались совсем иначе. В заливе Ваймеа сначала разбивается крайний гребень волны, а уже за ним, по цепочке, остальные. Волны у пляжа Сэндиз разбивались резче, и не по одному гребню, а несколько сразу. Все потому, что рельеф дна Сэндиз не похож на рельеф залива Ваймеа. Бег волн определяется круто поднимающимся песчаным дном без рифов, и в итоге волна разбивается прямо о пляж. Хотя такие волны много меньше тех, что я видел на Северном побережье, из-за крутизны донного уклона они ударяют о береговую линию особенно резко.

На глаза мне не попался ни один человек на доске, зато было полно народу с буги-бордами. Кое-кто вообще имел при себе только ласты. Глянув на волны, я увидел, что одна женщина ринулась навстречу буруну, вытянув руку вперед — как Джим и описывал. Но едва она вытянула другую руку назад, пытаясь удержать равновесие, волна уже обрушилась — прямо на нее. Чуть погодя женщина вынырнула среди завихрений белой пены, уже позади волны. Все удовольствие длилось от силы три секунды.

Надо сказать, бодисерфинг не способен собрать армию болельщиков. Помимо его скоротечности, этому не способствует еще и тот факт, что серфингист часто оказывается скрытым водой от глаз стороннего наблюдателя. В бодисерфинге нет тех драматических моментов, которые присутствуют в серфинге на большой волне, когда серфингисты, присев на ярко раскрашенных досках, лихо мчатся вниз по склону громадной волны. Трудно представить, чтобы соревнования по бодисерфингу транслировались по телевидению. Да и с модными причиндалами в бодисерфинге туго. Большинство мужчин носят самые что ни на есть обычные плавки — видимо, по той простой причине, что модные шорты для серфинга только увеличивают сопротивление тела в воде. Кроме того, нет доски — нет места для логотипа фирмы-спонсора. Однако мне такая простота по душе: есть человек, есть волна, и больше ничего не нужно.

Женщина, за которой я наблюдал, вышла из пены прибоя, как Урсула Андресс в одном из эпизодов фильма «Доктор Ноу». Ступая по золотистому песку, она направилась ко мне, неся две раковины-рапаны. На самом деле у женщины был несколько уставший вид, а несла она не рапаны, а ласты. И звали ее Шелли О'Брайен. Она живет на окраине Гонолулу, а родилась на Оаху, в семье серфингистов. С раннего детства все свободное от учебы время проводила в воде, занимаясь бодисерфингом. «Теперь это главное дело моей жизни», — призналась Шелли.

Как быть, если отправляясь на пляж, доску вы с собой не захватили?

Я поинтересовался у Шелли, чем это Сэндиз так привлекает любителей бодисерфинга. «Ну, во-первых, здесь дно не из коралловых рифов, что опасно, а песчаное. Да и волны из открытого океана накатывают мягче».

Однако песчаное дно или нет, а в местах этих то и дело происходят несчастные случаи. «Самое страшное в том, что вода выглядит такой безобидной. Человек, впервые приехавший на Сэндиз, паркует машину, и спустя две минуты он уже в волнах прибоя. А ведь именно здесь чаще всего получают травму позвоночника». И страдают в основном те, кто с особенностями этого прибоя незнаком. «Волна может выбросить туда, где глубина не дотягивает и до десяти сантиметров. На таком мелководье можно свернуть шею в два счета».

Я признался Шелли, что отсутствие всякой там амуниции меня только радует. «Да, все, что вам нужно, у вас уже есть, — сказала Шелли. И с улыбкой прибавила, — А еще я всегда говорю: чем больше пузо, тем легче плавать. Присмотритесь к завсегдатаям на Поинт-Пэник здесь неподалеку прекратите или где еще. Увидите: те, кто с животиком, проделывают удивительные трюки. В воде у них будто плавник появляется». Я вдруг поймал себя на том, что пристально смотрю Шелли в глаза, надеясь, что она прочитает мои мысли. И не опустит взгляд ниже, оценивая мой «плавник».

* * *

Ночью, засыпая, я слушал шум прибоя, разбивающегося о камни. Здесь, наверху, в небольшом домике с видом на залив Ваймеа, звук казался не таким, как на пляже. Куда-то подевалось высокочастотное шипение клокочущей пузырьками белой воды, остался лишь глухой, как отдаленные раскаты грома, рокот океана, раз за разом накатывающего на остров. Я представил широкий фронт невидимых звуковых волн с побережья, огибающих домик. От нервных, коротких волн звука «тень» домика меня заслонит, но длинные, обняв стены, доберутся в ночном воздухе до окна.

Океан всхрапывал, как дикий зверь во сне: каждый микросейсмический выдох пронизывал мою кровать тончайшими вибрациями. Последнее, что я уловил в полудреме, был стрекот лопастей вертолетного винта. Вертолет посреди ночи? С какой стати?

* * *

На следующий день я услышал, что один из серфингистов, некий Хоакин Велилья, пропал. Во второй половине дня он отправился покататься, но не в заливе, а дальше, и не вернулся. Вертолет был с пожарной станции; они искали до двух ночи и продолжили с рассветом. Ночью же на поиски вышла береговая охрана с приборами ночного видения. Однако Велилью так и не нашли.

Велилья ушел на пляж Банзай Пайплайн; прибой в той стороне пользуется среди гавайских серфингистов самой печальной славой. Хотя волны особенно красивы: крупная зыбь, наталкиваясь на базальтовые рифы, изгибается внушительными дугами, образуя крупные, полые внутри «трубы». Однако, несмотря на всю свою красоту, прибой возле Банзай Пайплайн — самый опасный в мире. Каждый год в его водах хотя бы один серфингист да гибнет. Волны разбиваются на таком мелководье, что любого, имевшего несчастье свалиться с волны и оказаться точнехонько под нависшим гребнем, может с силой швырнуть на рифы. За многие миллионы лет волны сгладили лавовую породу, вымыв в ней небольшие пещеры и расщелины. Я с ужасом узнал, что упавший с волны серфингист, увлекаемый мощной волной, может оказаться в одной из таких расщелин, да так и не выбраться. В тот день, когда Велилья пропал, склоны волн возле пляжа Банзай Пайплайн достигали 8 м.

К тому же, такие крупные волны разбиваются слишком близко у берега — всего в 70 м от пляжа. Неопытные серфингисты легко до них доплывают, попадая в самую гущу событий. Правда, Велилья новичком не был и прибой знал хорошо. Пять лет назад он переехал на Оаху из Пуэрто-Рико — этакий иммигрант «большой волны», влюбленный, как и многие другие, в знаменитый гавайский прибой. Поиски Велильи продолжались весь день, но безуспешно. Утром второго дня на берег выбросило доску Велильи — шнурок оторвался прямо у ремня, обхватывавшего лодыжку.

* * *

Похоже, несущественная разница в общей форме доски и ее поперечном сечении может существенным образом повлиять на ходовые характеристики. Серфингисты, с которыми мне довелось говорить, придают мелочам вроде длины доски, контура днища (плоское или изогнутое), расположения плавников в хвосте огромное значение. По правде говоря, я был настроен скептически и договорился о встрече с одним из местных мастеров, делающих доски. Таких мастеров называют шейперами.

Джефф Бушман — один из лучших шейперов на Северном побережье, он делает доски для серфинга с 1982 года и тем зарабатывает себе на жизнь. Джефф — самоучка, на его счету было уже более трех тысяч досок, прежде чем он увидел, как их делают профессионалы. Джефф признался, что о механизме работы доски не имеет никакого понятия. «Все строится на интуиции, развившейся за долгие годы», — сказал он мне. А времени на ее развитие у него было достаточно — за плечами Джеффа 30 000 досок, которые он сделал за последние двадцать пять лет.

Иногда новая модель доски является Джеффу во сне. Так было, когда он занимался доской для местного серфингиста Панчо Салливана: «Я проснулся среди ночи с одной мыслью: «Вот, это оно!» И утром взялся за дело». Доска, которую он сделал вчерне и потом вместе с Салливаном дорабатывал, должна была «произвести революцию среди досок на Сансет-Бич». При этом Бушман имел в виду не новую расцветку доски, потому как искусство шейпера состоит вовсе не в том, чтобы сделать доску красивой. Лучшие шейперы постоянно экспериментируют с размерами и сечениями досок, стремясь к тому, чтобы доска использовала энергию волны максимально. И вообще, шейперы уровня Джеффа при изготовлении доски учитывают не только индивидуальный стиль того или иного серфингиста, но и его излюбленный тип прибоя.

«Чаще всего гавайский серфингист пользуется сразу несколькими досками, у него их бывает с десяток, а то и два, — рассказывал Джефф, поясняя, что каждая доска предназначена для катания на волнах определенного прибоя при определенных погодных условиях. — Северное побережье протяженностью в одиннадцать километров уникально тем, что многочисленные рифы подходят к самому пляжу, причем, у каждого рифового барьера волны разбиваются иначе».

Доскам для больших волн, например гавайских, в отличие от досок для малых волн, придают форму, замедляющую ход. На головокружительно высоких и крутых склонах волн Северного побережья такие доски идеальны

А от других досок гавайские сильно отличаются? «Прибой в этих местах обладает невероятной силой, — напомнил Джефф, — поэтому большинство наших досок сконструированы так, чтобы гасить скорость волны». Для этого днище доски делают слегка выгнутым, что заметно при взгляде на доску сбоку. Другими словами, если поставить доску на ровную поверхность, она слегка качается — от носа к хвосту, как кресло-качалка. Такое выгнутое днище, рокер, замедляет ход доски, а значит, ею легче управлять на очень крутых склонах громадных гавайских волн, совершая поворотные маневры. У досок, предназначенных для больших волн, рокер часто совмещают с легкой клиновидностью книзу (если смотреть на доску со стороны хвоста): к центральной части, где ребро, доска утолщается, по сторонам — тоньше.

«Вот одна из моих ранних досок», — Джефф Бушман, шейпер досок для серфинга на Северном побережье, показывает мне кривизну днища

За пределами Гавайев требования к доскам могут оказаться прямо противоположными: «Если делать доску для сравнительно небольших волн — скажем, тех, что в Англии или на восточном побережье Японии, — ее форма будет совершенно другой, потому что задача такой доски — развить как можно большую скорость». У подобной доски днище вогнутое: по сравнению с боковыми сторонами, центр (ребро) лишь слегка выдается. При конструкции данного типа под днищем — там, где вода встречается с воздухом, — образуется своего рода неглубокая полость. Доска за счет этого приподнимается, уменьшая трение с водой. «Такие доски, — объяснял Джефф, — созданы для того, чтобы увеличивать скорость, потому что сами волны особой быстротой похвастать не могут». Не знай я, что Джефф оценивает волны моей родной Англии исключительно с профессиональной точки зрения, заподозрил бы его в пренебрежительном к ним отношении.

Гляньте на образующийся клин — красота, да и только! 

Любопытно, чем же именно отличаются друг от друга доски, предназначенные для разных пляжей Северного побережья? «Для прибоя в заливе Ваймеа доски делают огромными, — сразу же начал рассказывать Джефф, — потому что зыби тут что надо. Волны достигают шести метров[70] и несутся со страшной скоростью — нечего и думать о том, чтобы нагнать их на маленькой доске: волна как раз успеет пройти под вами, а то и вовсе опрокинет». Такие громоздкие доски, называемые «торпедами», короче 3 м не делают. На большой доске вес серфингиста распределяется по большей площади, а значит, доска лучше держится на воде и обладает меньшим сопротивлением.

Оказалось, для прибоя возле Сансет-Бич нужны доски покороче — около 2,5 м. «Рифы располагаются вдоль берега так, что на них натыкается большая часть волн зыби». Поэтому на Сансет-Бич всегда можно застать волны высотой от 4 до 6 м, что немногим меньше высоты волн в других популярных местах вдоль Северного побережья. У досок, сделанных для прибоя Сансет-Бич, как и у многих других, в хвосте находятся три плавника треугольной формы, «придающие ей стремительность, устойчивость, а также маневренность». Тройственный союз маленьких плавников выполняет две функции. Центральный задний плавник способствует устойчивости доски во время маневров, не давая хвостовой части заваливаться на повороте. Два других, боковых плавника, расположенные перед задним, могут быть чуть развернуты, чтобы оказывать давление на проходящий между ними поток воды, тем самым приподнимая доску и придавая ей ускорение на малых волнах.

Ну и Пайплайн… «Если тот же самый серфингист собирается кататься на Пайплайне, ему нужна доска тоньше и по меньшей мере на сантиметр уже. Она будет чуть короче, чем доска для Сансет-Бич, с более выраженной клиновидностью ближе к днищу. Мы, шейперы, выяснили, что такое замедляющее скорость днище для Пайплайна в самый раз: оно и тормозит, и позволяет управлять доской». На такой доске серфингисту легче притормозить на огромных волнах, чтобы оказаться прямо в «трубе» и выскочить из нее за несколько мгновений до того, как масса воды обрушится. «Любой серфингист мечтает совершить такой маневр: находясь внутри волны, кожей чувствуешь всю ее мощь. Ради этого серфингом и занимаются».

* * *

Настало время посетить Пайплайн. Когда я приехал на пляж, повсюду развевались воткнутые в песок флаги, возвещавшие о том, что соревнования «Рокстар Геймз Пайплайн Про» в самом разгаре. Соревнуются на буги-бордах; раньше это был мировой чемпионат, однако теперь — одна из спортивных дисциплин в рамках мирового тура.

Болельщики рассредоточились по всему пляжу: некоторые при этом продолжали загорать, другие, войдя в азарт, подбадривали серфингистов громкими криками. Взгляды зрителей на берегу были прикованы к пятнадцати серфингистам, которые, мчась по склонам волн, чего только при этом ни вытворяли: переворачивались на 360°, подпрыгивали в воздухе или даже делали сальто. Из громкоговорителя раздавались возгласы комментатора: то взволнованное «ой!», то восхищенное «класс!». Волны вздымались, закручиваясь в гигантские «трубы». Что и говорить, зрелище захватывающее. Однако у меня не шел из головы Хоакин Велилья, исчезнувший на этом самом пляже всего два дня назад. Что же с ним случилось? Может, его тело застряло под водой в одной из рифовых расщелин? Что же получается: серфингисты, совершая свои кульбиты, невольно устраивают пляски на его могиле?

Накатывающие на берег Пайплайна зыби образуются после зимних штормов, которые движутся от восточного побережья Японии — за более чем 5 500 км от Гавайского архипелага. К Северному побережью острова Оаху они идут два дня; оттуда шторм поворачивает в западном направлении, проходя около 800 км к северу от острова. Мне еще не попадались такие отчетливо видимые цуги — волны накатывали на берег партиями, через ясно различаемые промежутки. Сначала прибывали четыре-пять крупных волн с интервалом в пятнадцать секунд между каждой. Серфингисты выкладывались по полной: вылетая с вершины волны на досках, крутились в воздухе и приземлялись на ту же волну. Или неслись по внутренней стенке «трубы» вверх, выскакивали над пенистым сводом и снова ныряли в «трубу». Потом наступал перерыв в несколько минут — шел цуг волн поменьше; серфингисты за это время перестраивались, ожидая следующий цуг. Его приближение мы, сидевшие на небольшом возвышении, легко угадывали: заметив приближающиеся волны, зрители принимались отчаянно свистеть серфингистам.

Я решил не отвлекаться на эффектные трюки, а сосредоточиться на самих волнах. И вот что увидел.

В открытом океане зыбь выглядела легким волнением на поверхности, она шла к пляжу чинно-благородно. Если бы вы только видели их в отдалении, на большой глубине — никогда не подумали бы, что в конце своего пути они вырастут до невероятных размеров. Итак, зыбь приближалась к Пайплайну, сохраняя свою первоначальную энергию. В пути волнам не пришлось перекатываться через мелководье континентальных шельфов — они представляли собой сгусток энергии, неотвратимо надвигающийся на берег.

Вообще-то у береговой линии Пайплайна волны поджидают целых три рифовых барьера, и все они влияют на подходящие волны по-своему. За первой рифовой полосой — она в 70 м от берега, и именно там серфингисты на буги-бордах проделывали свои номера — тянется вторая, примерно на таком же расстоянии от первой. На волнах, разбивающихся об эти рифы, катаются при более высокой зыби. Третья полоса рифов, на расстоянии в 280 м, называется «облачностью» (при особенно крупной зыби разбивающиеся об эти рифы волны взметывают струи пенной воды, которая с берега видится низко нависшей облачностью). Наша зыбь особой мощью не отличалась и при встрече с первым рифовым барьером всю энергию сохраняла при себе. Если бы, проходя внешние рифы, центральные волны замедлили свой ход, слегка отставая, гребни с более высокой скоростью по обе стороны завернулись бы внутрь. И мы бы стали свидетелями явления рефракции — волны изменили бы направление движения в результате изменения скорости перемещения.

Однако сейчас основные события происходили у рифов, ближайших к берегу. Едва заметные изгибы гладких зыбей сменялись острыми, морщинистыми гребешками. В этом месте дно резко поднималось; зыби сильно замедляли свой ход, и в определенном месте у берега гребешки вырастали в высокий гребень, который начинал разбиваться. Я глядел на вздымающуюся, подрагивающую массу воды на пике своей мощи, как завороженный. Пассаты, которые зимой обычно дуют через день, шли с востока, то есть с суши в сторону океана. И хотя в открытом море пассаты вызывают легкое волнение, на вздымающиеся склоны волн они оказывали эффект прямо противоположный — сглаживали водную поверхность.

И в то же время поднимали гребень растущей волны еще выше. А кроме того, сшибали с гребня пенистую верхушку — она развевалась тончайшей гривой, — бросая ее в воду позади волны.

За мгновение до того, как разбиться, волна меняет цвет. Верхняя треть склона из темно-зеленой становится светло-зеленой. В то же время покрывающая склон рябь разглаживается, теряясь в длинных, равномерных бороздах, прорезывающих склон и сопровождаемых изящными бороздками-гирляндами из крошечных пузырьков.

Губа волны начинает опрокидываться. Я смотрел, как одну за другой губы волн выносит вперед, и зрелище это мне нисколько не надоедало. Пузырящаяся вода появляется в самой высокой части губы, гребень уже подернут белым — это ветер развевает «гриву». Наконец, вода устремляется вперед. Солнце освещает растущую белую полосу на вершине гребня, и вот уже волна тянет «пальцы» белой воды в сторону берега. За ними выгибается зеленый свод огромной «бочки». Свод изгибается; губа со взрывом обрушивается перед волной, ударяется о твердую породу рифов и исходит белой пеной, взмывающей на высоту вдвое больше самой волны. Взметнувшаяся вода образует полую «трубу», открытую с обеих сторон. По мере того как все большая масса воды обрушивается, боковые части от «трубы» отделяются: одна отходит вправо, другая — влево.

Тончайшая «грива» водяных брызг, сдуваемых пассатами с губы волны возле пляжа Пайплайн

Наконец в поле моего зрения попал один из участников заплыва, и я отвлекся. Однако благодаря его появлению заметил одну особенность разбивающейся волны, на которую раньше не обращал внимания. Съезжая вниз по склону, серфингист опустил ногу в воду, притормаживая, и исчез в отверстии «трубы». А через некоторое время, все еще находясь в полости «трубы», он словно… ну… взорвался. Огромный клуб воды вылетел из отверстия, пробивая также стены «трубы» на всем ее протяжении.

Но никто на пляже не вскрикнул от ужаса. Через секунду после взрыва внутри «трубы» серфингист выскочил; волна позади него рушилась, превращаясь в массу клокочущей пены. Только тогда я вспомнил, что это за явление — кто-то из серфингистов мне рассказывал. Они называют это «слюной». В определенный момент воздух внутри «трубы» под давлением образуемых водой стен сжимается, и, поскольку деваться ему некуда, «выстреливает» из отверстия. Серфингисты стараются подгадать так, чтобы выскочить из «трубы» как раз в этот самый момент.

Волны преображались на наших глазах, и сколько же в этом было красоты, мощи! Я вспомнил, что как раз сейчас обычные океанические волны становятся ударными. Глухие раскаты и дрожь реверберации через песок означали, что энергия зыби рассеивается в окружающем пространстве. Я как раз думал над тем, что наверняка воздух в момент всех этих бурных преобразований чуть нагревается, когда… Ух ты, что это было?!

Участник состязаний, вылетающий из «трубы» 

Как раз когда шла очередная большая волна, высокий худощавый мужчина с посеребренными волосами — он полеживал себе, откинувшись в сидении поплавком болтавшегося среди волн гидроцикла — вдруг прыгнул в воду. Взмахнув пару раз руками, он набрал скорость, вытянул левую руку перед собой и заскользил на волне. Пересекая ее громадный склон наискось, вытянул правую руку назад, подняв ее повыше. Когда масса воды ринулась вниз, сложил руки перед собой и поплыл в бурлящей воде точно морской котик. Его движения отличались изяществом, со стороны казалось, будто он плывет легко, играючи. Словно мысль оседлать волну пришла ему в самый последний момент.

Между тем волна оказалась последней в цуге; он подплыл к берегу и нырнул в сильное обратное течение. Обратное течение — та вода, которую выносит на берег прибоем; после вода стекает снова в море. Поток вынес его, как пушинку, к самому гидроциклу: забравшись на него, он продолжал наблюдать за состязаниями. Да уж, про таких говорят: «Показал настоящий класс!»

Мне позарез надо было пообщаться с таким профи, и я караулил его, как охотник зверя. В конце последнего заплыва он сошел на берег и стал подниматься по пляжу с ластами в руках. Тут я и подскочил. Когда тот назвал свое имя — Марк Каннингем, — я сразу смекнул, кто передо мной. Капитан Джим Меншинг отзывался о Каннингеме как о пловце экстра-класса в бодисерфинге. Шелли О'Брайен называла его легендой, «символом бодисерфинга», сравнивала с дельфином. По счастливой случайности, судьба свела меня с тем, кто лучше кого бы то ни было расскажет, каково это — нестись на громадной волне без всякой доски. А тело Хоакина Велильи так и не нашли; через четыре дня поиски прекратили. Когда я позвонил Каннингему договориться о встрече, он сказал, что завтра на пляже Пайплайна будет проходить поминальная служба. И предложил встретиться там.

«Простите… Можно вас на пару слов?» 
* * *

Когда я пришел на службу, было далеко за полдень — устилавшие пляж пальмовые листья окрашивались в глубокие оранжевые тона клонившегося к закату солнца. Друзья Хоакина расставляли на столах блюда с едой, напитки. Команда телевизионщиков с новостного канала устанавливала съемочную аппаратуру. Серфингисты тем временем собрались; многие, по гавайскому обычаю, пришли с гирляндами цветов из ярко-розовых и красных плюмерий на шеях. Другие повесили душистые ожерелья на носы своих досок.

Несмотря на то что у Пайплайна репутация места гиблого — здесь происходит больше несчастных случаев, чем где-либо, — Каннингем признался мне, что терпеть не может поднимаемой вокруг пляжа шумихи. «Пресса любит преувеличить опасности Пайплайна, нагнетая атмосферу страха, — сказал он. — Сами знаете, что показывают в фильмах о серфинге: мол, одно неверное движение, и острые, как лезвие бритвы, рифы Пайплайна тут же вонзятся в несчастного. Ничего подобного! Нет никаких волн-убийц и затягивающих точно спруты рифов — всего лишь мощные буруны, которые разбиваются на мелководье о гладкие, испещренные глубокими вымоинами и бороздами рифы».

Я подумал про себя: может, все-таки попробовать? Нет, не стоит.

Марку исполнился пятьдесят один год, он уже вышел на пенсию. А до того два десятка лет проработал спасателем здесь, на пляже Эхукаи-Бич Парка, где самые известные в мире волны. «В свободное от спасения утопающих и оказания первой медицинской помощи время я только и делал, что смотрел на волны. Собственно, меня можно назвать профессиональным наблюдателем за волнами», — сказал Марк. Мне подумалось, что наверняка он знаком с волнами лучше, чем кто-либо другой, наблюдая их с утра до вечера.

Серфинг на доске Марка не слишком увлекает. «Время от времени я беру с собой доску, — сказал он, — но знаешь… старого пса новым трюкам не научить». Я поинтересовался, как это ему удается так скользить на волне. Он ответил не сразу: «Меня и раньше спрашивали, не раз. Но объяснить на словах как-то не получается. А жаль, ведь опыт у меня есть».

И знаете, когда этот бог бодисерфинга искренне признался в том, что у него не хватает слов, я еще больше его зауважал. Из всех, с кем мне довелось говорить о боди-серфинге, Каннингем оказался человеком самым простым, он никого из себя не строил. «Вы должны найти с волнами общий язык. Знаете, вот честное слово, больше всего это похоже на танец. Один мой приятель назвал бодисерфинг «плаванием под горку». Правда, похоже? Для большинства в бодисерфинге главное — заскочить на волну в нужный момент. А там уже бурный поток вытолкнет их на безопасный пляж. И лишь единицы вроде нас занимаются бодис