Вопрос, в сущности, сводится к тому, чтобы соорудить снаряд, для которого отношение поверхности к массе было бы такое же выгодное, как у мельчайших бактерий. Вычисление показывает, что зеркальная поверхность площадью в один метр должна весить всего два грамма, если мы хотим, чтобы световое явление могло увлечь такое зеркало в мировое пространство со скоростью сотен верст в секунду. Если бы этот металлический лист был сделан из серебра, то, чтобы придать ему вес в 2 грамма, нужно было бы расплющить его до толщины в 0,1 микрона, т. е. до одной десятитысячной миллиметра. Золото (но не серебро) мы можем расплющить именно до такой толщины. Однако столь тонкие металлические листочки становятся до некоторой степени прозрачными для лучей света, и, следовательно, лучевое давление для них значительно ослабевает.
Но допустим на минуту, что техника преодолела это препятствие. Пусть в нашем распоряжении имеется металлический сплав, который даже вдесятеро легче серебра и может расплющиваться до толщины в одну десятую микрона, сохраняя при этом способность полностью отражать лучи света. Как вы думаете, какой величины понадобилось бы зеркало из этого металла, чтобы под ударами световых лучей оно могло унести в мировое пространство каюту с пассажирами и всеми необходимыми припасами? Легко вычислить, что зеркало должно было бы иметь поверхность ни мало ни много – в несколько квадратных верст!
Даже фантазия романистов останавливается перед сооружением такого гигантского зеркала, которое должно служить как бы парусом в межпланетных путешествиях. Так, в одном русском астрономическом романе автор предпочел допустить, что физики ошибаются насчет истинной величины светового давления и что в действительности оно в 1000 раз более, чем мы полагаем. При таком допущении (которое, к слову сказать, внесло бы изрядное расстройство в движение планет и особенно комет) романисту удается, конечно, соорудить межпланетный корабль, вполне пригодный для потребностей фантастического романа, но, увы! – совершенно неосуществимый в реальной действительности…
Глава десятаяЗвук. Волнообразное движение
Звук и пуля
Когда пассажиры жюль-вернова ядра полетели на Луну, они не слышали звука выстрела колоссальной пушки, извергнувшей их из своего жерла. Иначе и быть не могло. Как бы оглушителен ни был грохот, скорость распространения его (как и вообще всякого звука в воздухе) равнялась всего лишь 330 метрам, – а герои романа неслись в ядре со скоростью 11.000 метров в секунду. Понятно, что звук выстрела не мог догнать ядра и достичь ушей пассажиров.
Вам, вероятно, интересно будет узнать, как обстоит дело с настоящими, не фантастическими ядрами и пулями: движутся ли они быстрее звука, или, напротив, звук перегоняет их и предупреждает жертву о приближении смертоносного снаряда?
Современные ружья сообщают пулям в момент выстрела скорость, почти вдвое большую, чем скорость звука в воздухе, – именно около 600 метров в секунду (скорость звука при 0° равна 332 метрам). Правда, звук распространяется равномерно, пуля же летит, замедляя все время быстроту своего полета. Однако в течение большей части своего пути пуля все же движется быстрее звука. Отсюда прямо следует, что если во время перестрелки вы слышите звук выстрела или свист пули, то можете не беспокоиться – эта пуля уже миновала вас. Пуля перегоняет не только звук выстрела, но и производимый ею при движении свист; и если вам суждено стать ее жертвой, то пуля попадет в вас раньше, чем звук выстрела или свист полета достигнет вас.
Мнимый взрыв
Состязание в скорости между летящим телом и производимым им звуком заставляет нас иногда невольно делать ошибочные заключения, подчас совершенно не отвечающие истинной картине явления.
Любопытный пример представляет болид, пролетающий высоко над нашей головой. Болиды, проникающие в атмосферу нашей планеты из мирового пространства, обладают огромною скоростью, которая, даже будучи уменьшена сопротивлением атмосферы, все же в десятки раз быстрее звука. Прорезая и накаляя воздух, болиды нередко производят шум, напоминающий гром. Вообразите, что мы находимся в точке С, а вверху над нами по линии АВ летит болид. Звук, производимый болидом в точке А, дойдет до нас (в С) только тогда, когда сам болид успеет уже переместиться в точку В; так как болид летит гораздо быстрее звука, то он может успеть дойти до некоторой точки D и отсюда послать нам звук раньше, чем дойдет до нас звук из точки А. Поэтому мы услышим сначала звук из точки D и лишь потом звук из точки А. И так как из точки В звук придет к нам тоже позднее, чем из точки D, то где-то над нашей головой должна быть такая точка K, находясь в которой болид подает о себе звуковой сигнал раньше всего.
Рис. 114. Мнимый взрыв падающего камня.
И вот результат: то, что мы услышим, будет вовсе не похоже на то, что мы увидим. Для глáза болид появится прежде всего в точке А и отсюда пролетит по линии АВ. Но для уха болид появится прежде всего где-то в точке K над нашей головой, затем мы услышим в одно время два звука, затихающие по противоположным направлениям – от K к А и от К к В. Другими словами, мы услышим, как болид распался на две части, которые унеслись в противоположные стороны. Между тем, в действительности никакого взрыва не происходило. Вот до чего обманчивы могут быть слуховые впечатления!
Счастливая случайность
Если бы звук распространялся в воздухе не со скоростью 330 метров в секунду, а гораздо медленнее, то всякого рода обманчивые слуховые впечатления наблюдались бы гораздо чаще.
Вообразите, например, что звук пробегает в секунду не 330 метров, а 330 миллиметров (пол-аршина), т. е. движется медленнее пешехода. Вы сидите в кресле и слушаете рассказ вашего знакомого, который имеет привычку говорить, расхаживая взад и вперед по комнате. При обыкновенных обстоятельствах это расхаживание нисколько не мешает вам слушать; но при уменьшенной скорости звука вы ровно ничего не поймете из речи вашего гостя: звуки, произнесенные им прежде, будут перемешиваться с новыми, и получится путаница звуков, лишенная всякого смысла.
Между прочим, в те моменты, когда гость приближается к вам, звуки его слов будут достигать вас в обратном порядке: сначала до вашего слуха достигнут звуки, только что произнесенные, потом звуки, произнесенные ранее, затем – еще ранее и т. д., – потому что произносящий обгоняет свои звуки и все время находится впереди них, продолжая издавать новые. Из всех фраз, произнесенных при подобных условиях, вы могли бы понять разве только ту, которою великовозрастный бурсак изумил некогда юного Карася-Помяловского:
Мы должны быть благодарны судьбе за ту счастливую случайность, что звук пробегает в воздухе каждую секунду сотни метров: при значительно меньшей скорости нам, быть может, пришлось бы отказаться от устной речи…
Самый медленный разговор
Если вы думаете, что действительная скорость звука в воздухе – треть версты в секунду – всегда достаточная быстрота, то сейчас измените свое мнение.
Вообразите, что вместо электрического телефона между Москвой и Петроградом устроена обыкновенная переговорная труба вроде тех домашних телефонов, которыми соединяются отдельные помещения больших магазинов. Вы стоите у петроградского конца этой 600-верстной трубы, а ваш собеседник – у московского. Вы задаете ему вопрос и ожидаете ответа. Проходит пять, десять, пятнадцать минуть – ответа нет. Вы начинаете беспокоиться и думаете, что с вашим собеседником случилось несчастье. Но опасения напрасны: ваш вопрос еще не дошел до Москвы и находится теперь только на половине пути. Пройдет еще четверть часа, прежде чем ваш знакомый в Москве услышит вопрос и сможет дать ответ. Но и его реплика будет идти из Москвы в Петроград не менее получаса, так что ответ на свой вопрос вы получите только через час.
Можете сами проверить расчет: от Петрограда до Москвы 600 верст; звук проходит в секунду 1/3 версты; значит, расстояние между столицами он пробежит в 1800 секунд, или в 30 минут.
Вы понимаете, что при таких условиях, разговаривая целый день с утра до вечера, вы едва успеете обменяться десятком фраз.
Скорейшим путем
Было время, когда такой способ передачи известий считался очень быстрым. Сто лет тому назад никто еще не мечтал об электрическом телеграфе и телефоне, и передача новости за 600 верст в течение нескольких часов признавалась идеалом быстроты.
Рассказывают, что при короновании императора Павла I извещение о моменте начала торжества в Москве было передано в Петроград следующим образом. Вдоль всего пути между обеими столицами были расставлены солдаты, в ста саженях один от другого; при первом ударе колокола Успенского собора ближайший солдат выстрелил в воздух; его сосед, услыхав сигнал, также немедленно разрядил ружье, за ними стрелял третий часовой – и таким образом сигнал был передан в Петроград в течение всего трех часов. И спустя три часа после первого удара колокола Успенского собора уже грохотали пушки Петропавловской крепости.
Если бы звон московских колоколов мог быть непосредственно услышан в Петрограде, то этот звук, как мы уже знаем, пришел бы в северную столицу с опозданием всего на полчаса. Значит, из трех часов, употребленных на передачу сигнала, 2½ часа ушло на то, что солдаты воспринимали звуковое впечатление и делали необходимые для выстрела движения; как ни ничтожно это промедление, все же из тысяч таких маленьких промежутков времени накопилось 2½ часа.
Звуковой телеграф у диких народов
Передача известий посредством звуковых сигналов еще и теперь очень распространена у первобытных обитателей Африки, Центральной Америки и Полинезии. Для этой цели дикари употребляют особые барабаны, с помощью которых передают звуковые сигналы на огромное расстояние: условный сигнал, услышанный в одном месте, повторяется в другом, передается таким образом далее, – и в короткое время обширная область уведомляется о каком-либо важном событии.