Скорость звука
Густой сан-францисский туман накрыл Оушен-Бич, когда вдалеке прозвучал гудок маяка. «Ты это видел, Омар?» — крикнул Лео, указывая пальцем. «Свет вспыхнул, а через секунду мы услышали БУУУМ!» Омар прищурилась, наблюдая, как свет снова вспыхнул, и осторожно посчитала на пальцах, прежде чем донесся звук.
«Как будто мир немного запаздывает!» — сказала Омар, постукивая по подбородку. Её папа опустился на колени рядом с ними и улыбнулся: «Вы только что обнаружили, что у звука есть скорость, и она намного медленнее света». Он напомнил им слова великого учёного Галилео Галилея: «Измеряй то, что измеримо, и делай измеримым то, что не измеримо». Просто нужен умный способ, чтобы это засечь!»
Чтобы разобраться в этом, нам нужно отправиться назад во времени, более чем на триста лет назад, к пологим зеленым холмам Англии. В тысяча семьсот восьмом году мир освещался свечами и огнем, а самые громкие звуки исходили от церковных колоколов и пушек. Любопытный человек в маленькой деревне задавался вопродался точно такой же задержкой, которую вы только что видели.
«Его звали Уильям Дерхэм, — продолжал папин голос, — и он был настоятелем церкви, но также блестящим ученым и членом Лондонского королевского общества. Он любил наблюдать за погодой, изучать насекомых и, больше всего, измерять. Колокольня его церкви была не только для колоколов; для него это была идеальная лаборатория».
«Я вижу вспышку пушки на другом конце долины почти мгновенно», — пробормотал Уильям Дерхэм себе под нос, пристально глядя в свой телескоп. «Но звук… мощный БУМ доносится лишь спустя несколько мгновений. Как долго это длится, точно?» Он схватил длинный маятник своих самых точных часов, готовый начать измерения.
Дерхэм попросил друга выстрелить из пушки с церковной башни в шестнадцати километрах от него! Он увидел облако дыма в свой телескоп и запустил свой полусекундный маятник. Он отсчитывал каждое колебание — раз, два, три, и так до девяноста двух — прежде чем звук пушки наконец достиг его. С помощью этого простого, блестящего эксперимента он рассчитал скорость звука с удивительной точностью.
Понимая, что скорость изменила всё! Инженеры использовали её для проектирования реактивных самолётов, которые могли летать быстрее звука, создавая звуковой удар. Капитаны используют сонар, который представляет собой просто звуковые волны, для картирования всего океанского дна. Врачи даже используют ту же идею с ультразвуком, чтобы заглянуть внутрь человеческого тела, не делая ни единого разреза.
Вернувшись на Оушен-Бич, Омар вскочила. «Я поняла!» — воскликнула она Лео. «Маяк точно как пушка Дерхэма! Мы видим вспышку мгновенно, но звуку приходится преодолевать весь путь через воду, чтобы достичь наших ушей!» Глаза Лео широко раскрылись от понимания. «Так вот в чём задержка!»
«Это происходит и на бейсбольных матчах!» — добавил Лео, размахивая воображаемой битой. «Ты видишь, как игрок ударяет по мячу, а потом слышишь ХРУСТ!» Папа кивнул, указывая на небо. «И именно поэтому вы всегда видите молнию раньше, чем слышите гром, потому что молния в пять раз горячее поверхности солнца, и ее звуку требуется время, чтобы достичь вас!»
«Значит, звук — это не магия, просто у него есть ограничение скорости», — сказала Омар, уже что-то записывая в блокнот. Лео посмотрел на угасающий свет над водой. «Хорошо, я понимаю скорость звука... но если свет намного быстрее, у него тоже есть ограничение скорости?» Омар подняла глаза от своих записей, новый вопрос уже загорелся в ее глазах.