Ультразвуки не очень большой частоты «слышат» кошки. На самых различных языках кошек подзывают своеобразным сочетанием звуков — «кс, кс». Как оказалось, это сочетание содержит не только воспринимаемые ухом колебания, но и ультразвуки.
Недавно удалось обнаружить, что белые мыши также издают ультразвуковые сигналы, не слышимые человеческим ухом. Предполагают, что этот неслышимый писк мыши используют для общения между собой.
Чувствительны к ультразвукам некоторые виды птиц. Было даже предложено использовать ультразвуковые установки для отпугивания чаек, загрязняющих водоемы с пресной водой.
Особенно обстоятельно изучена роль ультразвуков в жизни летучих мышей. Летучие мыши обладают очень плохим зрением, но это не мешает им прекрасно ориентироваться и без промаха ловить на лету мелких насекомых, которыми они питаются.
Можно было предположить, что при поисках пищи мыши руководствуются не зрением, а прекрасно развитым слухом, однако оставалось совершенно непонятным, каким образом летучая мышь обнаруживает в темноте даже такие небольшие препятствия, как тонкие ветки деревьев или телеграфные провода, расположенные на ее пути.
Еще двести пятьдесят лет назад итальянский ученый Спалланцани впервые внимательно изучил эти особенности летучих мышей. Стремясь выяснить, какой именно из органов чувств помогает летучей мыши находить направление в полете, он поочередно лишал ее зрения, вкуса, обоняния и осязания. Оказалось, что слепая мышь так же хорошо летает, как и зрячая. Лишение ее обоняния, вкуса и осязания тоже ничего не изменило. Оставалось предположить, что мышь ориентируется по слуху. И действительно, достаточно было заткнуть ей уши, чтобы мышь начала беспомощно метаться из стороны в сторону, натыкаясь на различные предметы.
Эти опыты наглядно показали, что из всех органов чувств именно слух дает возможность мыши определять путь своего полета. Но ведь правильно ориентироваться с помощью слышимых звуков, распространяющихся сразу во всех направлениях, нельзя! Так эта загадка летучих мышей и оставалась неразрешенной до наших дней.
Когда была установлена способность неслышимых звуков распространяться узким лучиком, позволяющим обнаруживать предметы на его пути, у ученых возникла мысль: не ультразвук ли заменяет летучей мыши зрение?
С помощью специальных пьезоэлектрических приемников удалось доказать, что летучая мышь во время полета издает через определенные промежутки времени короткие ультразвуковые сигналы. Эти сигналы удалось даже записать на пленку. Остроумными опытами ученые убедились и в том, что летучая мышь слышит издаваемые ею ультразвуки.
Соотношение длины волны и размеров открытого рта летучей мыши, который является излучателем ультразвука, таково, что делает сигнал, посылаемый ею, направленным подобно сигналам гидролокатора.
Когда мышь неподвижна, она посылает 5–10 сигналов в секунду. В полете же кричит чаще, издавая в среднем 30 сигналов в секунду.
Послав на разведку ультразвуковой сигнал, мышь чутко прислушивается, улавливая своими огромными ушами приход эха посланного ею сигнала. Как только эхо доходит до нее, она издает следующий сигнал. Чем ближе препятствие, тем быстрее возвращается эхо и, следовательно, тем чаще кричит мышь. На расстоянии 20 метров от препятствия она издает около 8 сигналов в секунду и увеличивает их число до 60, подлетая к препятствию на расстояние в 1 метр. Внимательное наблюдение за поведением летучих мышей убедило ученых в том, что мыши пользуются для ориентировки не только оценкой времени, которое требуется для возвращения эхо-сигналов, возникших при отражении от препятствия, как это делается в гидролокаторах, но и усилением сигналов по мере приближения к препятствию. Чем ближе подлетает мышь к препятствию, тем более интенсивными делаются приходящие от него эхо-сигналы.
В последние годы было обнаружено, что некоторые породы летучих мышей пользуются одновременно обоими способами ориентировки.
Однако ультразвуки в воздухе быстро затухают, и это сильно ограничивает способность летучих мышей ориентироваться, сужает их «горизонт». Вероятно, они не могут обнаруживать предметы, удаленные больше чем на 20 метров.
Ослабление ультразвука с расстоянием увеличивается при увеличении частоты колебаний. Поэтому чем выше частота колебаний ультразвукового сигнала, посылаемого летучей мышью, тем ỳже ее «горизонт». Вот почему некоторые мыши для ориентировки издают два вида сигналов: сигналы относительно низкой частоты, примерно до 50–70 тысяч колебаний в секунду, для грубой ориентировки на большом расстоянии, и сигналы в два раза большей частоты для детального обследования предметов, расположенных в непосредственной близости.
Воспроизведя специальными излучателями сигналы, какие обычно посылает летучая мышь, исследователи обнаружили, что ночные бабочки и некоторые другие насекомые, которыми питаются летучие мыши, также воспринимают, «слышат» ультразвуки. Когда на бабочек, например, направили ультразвуковой луч, поведение их резко изменилось: спокойно летящая бабочка бросилась в сторону, как бы обращаясь в бегство, другая, неожиданно сложив крылышки, как мертвая, упала на землю.
Несомненно, такая чувствительность к ультразвуку является защитным приспособлением этих насекомых.
Разнообразные исследования, имевшие целью выяснить роль ультразвука в живой природе, подсказали человеку идею удивительного изобретения, в котором он попытался использовать то, что подметил в природе.
Один из самых тяжелых недугов, который может постигнуть человека, — это потеря зрения. В многочисленных легендах и сказках человек выразил свою мечту: научиться побеждать слепоту. В сказке Лермонтова «Ашик-Кериб» могущественный волшебник, дав Ашику кусок земли, говорит: «Если не станут верить истине слов твоих, то вели к себе привести слепую, которая семь лет уж в этом положении, помажь ей глаза — и она увидит». Это должно было явиться таким чудом, которое доказало бы всемогущество волшебника и истинность слов Ашика.
Советская медицина сумела осуществить вековую мечту. Возвращение зрения в наши дни — случай далеко не редкий. Наши врачи произвели не одну тысячу таких операций. Однако иногда врачи бывают бессильны.
То, что летучая мышь прекрасно ориентируется в пространстве с помощью ультразвука, навело ученых на мысль: почему бы и человеку, потерявшему зрение, не дать возможность таким же образом обнаруживать препятствия на своем пути, ходить по улицам города, не прибегая к посторонней помощи?
В одном из аппаратов, который был построен для того, чтобы дать человеку возможность ориентироваться с помощью ультразвука, излучатель посылал каждую секунду приблизительно десять коротких, не слышимых человеческим ухом сигналов. Спустя несколько мгновений после посылки сигнала аппарат автоматически переключался на прием и в течение некоторого времени слушал, не придет ли эхо-сигнал. Специальное устройство превращало эхо-сигнал в слышимый звук, воспринимаемый человеком.
По силе эхо-сигнала человек определял расстояние до предмета, отразившего его: с уменьшением расстояния сила эхо-сигнала возрастала.
В другом аппарате промежуток времени между посылкой сигнала и включением приемника можно менять по своему желанию, вращая особый регулятор. Если этот промежуток увеличить, то эхо придет до включения приемника и не будет услышано. Плавно изменяя время включения приемника, можно, подражая летучей мыши, сделать так, что приемник будет включаться как раз в тот момент, когда приходит эхо. В этом случае положение ручки регулятора позволит оценить расстояние до препятствия, отразившего посланный сигнал: чем больше запаздывание сигнала, тем дальше находится препятствие.
Опытные образцы приборов позволяют различать предметы, отстоящие на расстоянии в несколько метров. Следует отметить, что ультразвуковые приборы обладают весьма «острым зрением»: они различают даже веревку, натянутую на расстоянии 30 сантиметров.
Эти опыты являются лишь первой попыткой приблизиться к еще далекой цели. Но мы можем с уверенностью сказать, что смелая мысль, настойчивость и целеустремленность ученых преодолеют все трудности и в конце концов такой прибор будет создан.
Конечно, не надо порождать напрасных надежд. Когда подобный прибор будет создан, с его помощью все же нельзя будет ориентироваться на людной городской улице, по которой непрерывным потоком спешат пешеходы, проносятся автомобили, троллейбусы, трамваи…
Каждое мгновение прибор зарегистрирует так много эхо-сигналов, что разобраться в них будет практически невозможно. Однако в квартире или в сельской местности, где движение не столь велико, ультразвуковой локатор сможет принести большое облегчение человеку, лишенному зрения.
Уже в первых опытах с мощным ультразвуковым излучением было обнаружено, что простейшие живые существа быстро гибнут при озвучивании.
Советские ученые Г. Б. Доливо-Добровольский и С. И. Кузнецов установили, что инфузории, живущие почти во всех водоемах, при озвучивании чрезвычайно быстро погибают.
Исследуя озвученную воду под микроскопом, ученые не могли обнаружить в ней ни одной уцелевшей инфузории.
Если присоединить к микроскопу специальный аппарат, делающий 1200 снимков в секунду, можно заснять все этапы разрушения микроорганизмов под влиянием ультразвуковых колебаний.
Опыт показал, что для разрыва отдельной клетки необходимо время, меньшее 1/1200 доли секунды: на первом кадре можно было видеть неповрежденную клетку, а на следующем она была уже полностью разрушена.
Причина гибели простейших организмов под влиянием ультразвука точно не установлена, но все же некоторые предположения сделать можно.
Мы знаем, что ультразвуковая волна состоит из чередующихся сжатий и разряжений. При мощной ультразвуковой волне, распространяющейся в воде, разряжения могут быть настолько значительны, что вода не выдержит возникших напряжений и разорвется. В местах разрыва образуются мельчайшие пузырьки, наполненные парами жидкости и растворенными в ней газами.