Текст книги "Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться"

Глава 4
Штрихкод в эфире

 
Измерим радугу, сочтем —
Не сомневаюсь в том.
Но мост, связующий влюбленных,
Не выдаст нам своих законов.
 

Эмили Дикинсон (1894 г.)

“В эфире” для современного человека означает “по радио”. Однако радиоволны не имеют отношения к эфиру – ни к гипотетическому, ни к химическому: это невидимое излучение с большими длинами волн. А вот звуку нужна среда для распространения. Эта глава будет о звуке и о других медленных волнах, которые тоже можно расплести, как радугу. Звуковые волны распространяются примерно в миллион раз медленнее света (или радиоволн), будучи немного более быстрыми, чем “Боинг-747”, но уступая по скорости “Конкорду”. В отличие от света и прочих разновидностей электромагнитного излучения, которые лучше всего распространяются в вакууме, звуковые волны нуждаются в материальном посреднике, таком как воздух или вода. Это волны сжатия – растяжения (иначе говоря, уплотнения – разрежения) среды. Если речь идет о воздухе, то это означает локальные колебания атмосферного давления. Наше ухо представляет собой миниатюрный барометр, способный улавливать быстрые и ритмичные перемены давления. А у насекомых принцип действия органов слуха совершенно иной. Чтобы понять, в чем разница, нам понадобится сделать небольшое отступление и разобраться, что же такое давление на самом деле.

Если мы, к примеру, перекроем рукой выходное отверстие велосипедного насоса, то наша кожа почувствует давление как энергичный напор. В действительности же давление – это совокупность ударов, производимых тысячами молекул воздуха, которые носятся туда-сюда в случайных направлениях (этим давление отличается от ветра – там они перемещаются преимущественно в какую-то одну сторону). Если вы направите ладонь против сильного ветра, то почувствуете нечто равнозначное давлению: бомбардировку молекулами. В замкнутом пространстве – например, внутри надутой велосипедной камеры – молекулы воздуха давят на стенки с силой, пропорциональной количеству молекул и температуре. При любой температуре выше –273 °C (это самая низкая возможная температура, соответствующая полной неподвижности молекул) молекулы находятся в беспрерывном хаотичном движении, отскакивая друг от друга, как бильярдные шары. При этом сталкиваются они не только между собой, но и с внутренней стороной стенок камеры, которые “ощущают” это как давление. Кроме того, чем горячее воздух, тем стремительнее носятся молекулы (в этом и состоит смысл понятия “температура”), так что давление заданного объема воздуха при нагревании возрастает. Аналогичным образом температура определенного количества воздуха возрастает, если его сжимать, то есть увеличивать давление за счет уменьшения объема.

Звук – это волны колеблющихся изменений локального давления. Давление, скажем, в герметизированной комнате определяется общим числом находящихся в ней молекул и температурой, а эти параметры в краткосрочной перспективе неизменны. Каждый кубический сантиметр объема данной комнаты будет в среднем содержать столько же молекул, сколько и любой другой, и, следовательно, иметь такое же давление. Но это не мешает возникновению локальных колебаний. В кубическом сантиметре А может произойти кратковременное повышение давления за счет кубического сантиметра Б, если тот ненадолго поделится с ним частью своих молекул. Возросшее давление внутри А будет способствовать выталкиванию молекул обратно в Б, что приведет к восстановлению равновесия. Ветер представляет собой ровно то же самое – поток воздуха из области с высоким давлением в область низкого, – только в гораздо более крупном, географическом, масштабе. А в меньшем масштабе подобным образом возникают звуки, но в отличие от ветра их колебания туда-обратно совершаются очень быстро.

Если посреди комнаты ударить по камертону, то его вибрация потревожит ближайшие молекулы воздуха, заставляя их ударяться о своих соседок. Камертон колеблется с определенной частотой, распространяя вокруг себя волны возмущения – череду расширяющихся сфер. Каждый волновой фронт представляет собой область повышенного давления, вслед за которой располагается зона разреженного воздуха. Затем, через промежуток времени, определяемый частотой колебаний камертона, надвигается новый волновой фронт. Если где-нибудь в комнате установить крошечный и необычайно быстродействующий барометр, то при прохождении каждого волнового фронта измерительная стрелка будет взлетать, а затем падать. Частота колебаний стрелки такого барометра равнялась бы частоте звука. Ухо позвоночных представляет собой не что иное, как быстродействующий барометр. Барабанная перепонка отклоняется туда-сюда под воздействием достигающих ее колебаний давления. Она соединена (посредством трех крохотных косточек – знаменитых молоточка, наковальни и стремечка, – обособившихся в процессе эволюции из костей задней части челюсти рептилий) со своеобразной миниатюрной “арфой наоборот”, которая называется улиткой. Как и у арфы, “струны” улитки располагаются поперек каркаса, сужающегося к одному из концов. На узком конце “струны” вибрируют в резонанс с высокими звуками, а на широком – с низкими. От улитки на всем ее протяжении отходят нервы, направляющиеся к головному мозгу в строго определенном порядке, – мозг, таким образом, может различить, какой звук – высокий или низкий – колеблет барабанную перепонку.

В противоположность этому органы слуха у насекомых – не маленькие барометры, а маленькие флюгера. Они в самом деле воспринимают молекулярный поток как ветер, пусть и очень странный ветер, который, едва лишь преодолеет очень небольшое расстояние, меняет свое направление на противоположное. Расширяющийся волновой фронт, который мы ощущаем благодаря изменениям давления, представляет собой также и волну локальных перемещений молекул: они перемещаются внутрь некой конкретной области, когда давление в ней повышается, и уходят обратно, когда оно снова падает. В то время как наши с вами уши-барометры снабжены перепонкой, ограничивающей замкнутое пространство, у “ушей”-флюгеров насекомых есть либо волосок, либо же мембрана, которая отгораживает камеру, имеющую отверстие. И тот, и другая в буквальном смысле колышутся на ветру, представляющем собой ритмичное перемещение молекул туда-сюда.

Выходит, для насекомых чувствовать направление звука – обычное дело. Как любой дурак, у которого имеется флюгер, в состоянии отличить северный ветер от восточного, так и один-единственный орган слуха насекомого легко отличает колебания в направлении север – юг от колебаний по оси восток – запад. Определение направленности “встроено” в метод, используемый насекомыми для улавливания звуков. Барометры же так не умеют. Повышение давления – это просто повышение давления, с какой бы стороны молекулы ни приходили. И потому нам, позвоночным, с нашими ушами-барометрами, приходится вычислять направление звука, сопоставляя информацию, получаемую от каждого уха, – примерно так же, как мы вычисляем цвет, сопоставляя сигналы от разных типов колбочек. Мозг сравнивает громкость в одном и в другом ухе, а также отдельно – время прибытия к ним звуков (особенно отрывистых). Некоторые звуки поддаются такому сопоставлению легче, чем другие. Высота и длительность трелей сверчка подобраны так искусно, что слуху позвоночных трудно определить, откуда они исходят, однако самки сверчков, с их “ушами”-флюгерами, летят на зов прямой наводкой. Порой стрекотание сверчков даже создает иллюзию (по крайней мере, в моем мозгу позвоночного), что сверчок – в действительности сидящий неподвижно – скачет вокруг, будто зажженная петарда.

Звуки различных длин волн образуют спектр, аналогичный радуге. Звуковую радугу тоже можно расплести – собственно, это и позволяет нам хоть как-то ориентироваться в звуках. Если наше восприятие цвета представляет собой ярлыки, присвоенные мозгом свету с различными длинами волн, то в случае звуков точно такими же метками, используемыми мозгом для собственного удобства, служат значения высоты звука. Однако звуки характеризуются далеко не только высотой, и вот тут-то расплетание радуги выходит на передний план.

Камертон и стеклянная гармоника (инструмент, пользовавшийся благосклонностью Моцарта; состоит из тонких стеклянных чаш, которые настраиваются добавлением в них нужного количества воды, звук извлекается проведением смоченного пальца по ободку) издают кристально чистые звуки. Физики называют такие колебания синусоидальными, или гармоническими. Синусоидальные волны – это простейшая разновидность волн, своего рода идеальная абстракция. Плавные изгибы, змейкой пробегающие по веревке, если взмахивать одним ее концом, – это колебания, более или менее близкие к гармоническим, хотя частота их, разумеется, намного ниже, чем у звуковых волн. Большинство звуков – не простые синусоидальные волны: обычно они, как мы вскоре увидим, более сложные и менее плавные. А пока поговорим о камертоне и стеклянной гармонике и о производимых ими гладко изогнутых волнах перепадов давления – волнах, что разбегаются от своего источника расширяющимися концентрическими сферами. Ухо-барометр, находясь в некой определенной точке, фиксирует плавное возрастание давления, а затем плавное понижение – ритмичные колебания без каких-либо изломов или вывертов на графике. Каждый раз, когда частота волн удваивается (или вдвое уменьшается их длина, что одно и то же), мы слышим скачок на одну октаву. Очень малые частоты – самые низкие ноты оргáна – проходят через все наше тело и едва воспринимаются на слух. К очень высоким частотам люди (особенно пожилые) невосприимчивы, зато летучие мыши их прекрасно слышат и используют в форме эха, чтобы ориентироваться в пространстве. Это одна из самых захватывающих тем во всем естествознании, но я уже посвятил ей целую главу в “Слепом часовщике”, так что удержусь от искушения и не буду углубляться.

Однако, если оставить в стороне камертоны и стеклянные гармоники, чистые синусоидальные волны – это по большому счету математическая абстракция. В реальности звуки, как правило, представляют собой сложносоставную мешанину, где, поверьте, есть что расплетать. Наш головной мозг занимается этим безо всяких усилий и с поразительной эффективностью. То, что нашему математическому пониманию поддается с большим трудом, грубо и не полностью, наши уши без малейшей трудности расплетают – а мозг сплетает заново – с раннего детства.

Представьте, что мы ударили по камертону – и он завибрировал с частотой 440 колебаний в секунду, или 440 герц (Гц). Мы услышим чистый звук – ля первой октавы. В чем разница между этим звуком и той же самой нотой, взятой на скрипке? А на кларнете? А на гобое или флейте? Ответ заключается в том, что в звучании каждого музыкального инструмента содержатся волновые примеси, частоты которых кратны основной, или фундаментальной, частоте. Любой инструмент, играющий ля первой октавы, бóльшую часть звуковой энергии высвобождает в виде волн с фундаментальной частотой 440 Гц, на которые, однако, накладываются незначительные колебания с частотами 880 Гц, 1320 Гц и так далее. Такие призвуки называются гармониками, хотя это слово может сбивать с толку, поскольку понятие “гармония” относится к аккордам – сочетаниям из нескольких различимых нами нот. “Одиночная” нота, взятая на трубе, в действительности представляет собой смесь гармоник[33]33
  Основной звук тоже называют гармоникой – первой гармоникой. – Прим. ред.


[Закрыть] – определенную смесь, которая является своего рода уникальной “подписью”, отличающей трубу от, к примеру, играющей “ту же” ноту скрипки (со своей, свойственной только скрипке смесью гармоник). Есть и дополнительные усложнения, которые касаются начала звучания, – например, дребезжание от дрожания губ, знаменующее вступление трубы, или характерный посвист при касании струны смычком скрипки, – но я ими пренебрегу.

Если отбросить эти нюансы, у звука есть характерный тембр, окраска, делающая его трубным (или скрипичным, или каким угодно еще). Можно продемонстрировать, что тон любого музыкального инструмента, кажущийся нам одиночным, – это конструкция, сплетаемая нашим мозгом из совокупности различных синусоидальных волн. Сделаем следующее: выяснив, какие колебания участвуют в формировании, скажем, звука трубы, отберем соответствующие чистые, “камертонные” звуки и заставим их звучать одновременно. Вначале в течение недолгого времени вы будете слышать отдельные ноты – как бы аккорд из нескольких камертонов. А затем эти ноты каким-то сверхъестественным образом “схлопнутся” воедино, “камертоны” исчезнут – и вы услышите только то, что Китс назвал “пронзающими слух руладами трубачей”[34]34
  Дж. Китс, “Канун святой Агнесы”, перевод С. Л. Сухарева: “Но смолкнул зов прелюдии утешной: / Издалека, сквозь хлопанье дверей, / Распахнутых толпою слуг поспешно, / Пронзили слух рулады трубачей”.


[Закрыть], звенящими на высоте основного тона. Другая комбинация “штрихкодовых” частот даст звучание кларнета, и вы снова сможете какое-то мгновение воспринимать их как отдельные “камертоны”, пока ваш мозг не сведет их воедино в иллюзию характерного “хрустального” тембра этого инструмента. Свой собственный “звуковой штрихкод” есть и у скрипки… Ну и так далее.

Так вот, если вы посмотрите на график колебаний давления, возникающих, когда на скрипке берут какую-либо ноту, то увидите замысловатую извилистую кривую, которая повторяет свой рисунок с периодичностью, соответствующей фундаментальной частоте, но с дополнительными мелкими изгибами от более высоких наложенных частот. Дело в том, что разные синусоидальные волны, составляющие звук скрипки, суммировались и образовали эту сложную извилистую кривую. Можно написать компьютерную программу, раскладывающую любую запутанную, повторяющую свой узор кривую обратно на составляющие ее чистые волны – те отдельные синусоиды, из совокупности которых и возник этот замысловатый рисунок. По-видимому, слушая какой-либо музыкальный инструмент, вы производите нечто аналогичное подобным расчетам: сперва ухо расплетает звук на синусоидальные волновые компоненты, которые мозг затем снова сплетает воедино и навешивает подходящий ярлык – “труба”, “гобой” или еще что-нибудь.

Однако наши способности к бессознательному расплетанию и сплетанию в действительности даже еще замечательнее. Вообразите, что происходит, когда вы слушаете целый оркестр. Представьте себе, как поверх звучания сотни инструментов сосед шепчет вам на ухо свои высокоумные критические замечания, кто-то при этом кашляет, а кто-то сзади – о ужас! – разворачивает шоколадку. Все эти звуки одновременно заставляют вибрировать вашу барабанную перепонку, сливаясь в единую волну перепадов давления, имеющую очень сложную форму. Мы знаем, что волна одна, поскольку весь оркестр и все посторонние шумы можно перевести в одну-единственную волнообразную бороздку на грампластинке или намагниченную с переменной интенсивностью дорожку магнитного порошка на пленке. Весь набор колебаний суммируется в одну извилистую кривую зависимости давления воздуха от времени, регистрируемую нашей барабанной перепонкой. Невероятно, но мозгу удается отделить шуршание фольги от шепота, кашель от хлопанья дверей и все инструменты оркестра друг от друга. Такое мастерство расплетания и сплетания, или анализа и синтеза, лежит почти за гранью правдоподобия, однако же мы совершаем эти виртуозные трюки не задумываясь, безо всяких усилий. Еще поразительнее летучие мыши: анализируя прерывистые очереди отраженных звуков, они воссоздают в своем мозге подробную и быстро меняющуюся трехмерную картину окружающего мира, включающую в себя и насекомых, которых они ловят на лету. Они даже умудряются не путать собственное эхо с эхом других летучих мышей.

Математический метод разложения сложных волнообразных кривых на синусоиды, которые затем снова можно объединить в исходную причудливую кривую, называется преобразованием Фурье – по имени Жозефа Фурье, французского математика XIX века. Этот метод подходит не только для звуковых волн (сам Фурье разработал его в совершенно других целях), но для любых периодических процессов – вовсе не обязательно таких же скоростных, как звук, или ультраскоростных, как свет. Мы можем рассматривать анализ Фурье как математический прием, применимый для расплетания “радуг” в тех случаях, когда колебания, образующие спектр, медленны по сравнению со световыми.

Если уж зашла речь об очень медленных колебаниях, то недавно в Национальном парке Крюгера в ЮАР я увидел извилистый влажный след, который тянулся вдоль дороги и явно представлял собой некий сложный повторяющийся рисунок. Мой хозяин и великолепный гид объяснил мне, что это моча слона, переживающего период муста. Когда слоны-самцы впадают в это состояние (которое протекает у них очень своеобразно, являясь, вероятно, слоновьим аналогом австралийского понятия walkabout[35]35
  В Австралии: период кочевой жизни аборигенов, исходно – ритуальное бродяжничество, часть обряда инициации. В современном мире это понятие означает что-то вроде “отправиться побродить” – на время убежать от повседневной жизни и воссоединиться с природой.


[Закрыть]), моча у них начинает течь тонкой струйкой более или менее непрерывно – очевидно, для мечения территории. След от мочи вихлял из стороны в сторону – предположительно, из-за длинного пениса, колебавшегося подобно маятнику (это была бы синусоида, если бы пенис был идеальным маятником, что не соответствует действительности). Эти колебания накладывались на движения с более сложной периодичностью, порождаемые переваливающейся походкой огромного четвероногого животного. Я сфотографировал любопытный слоновий след со смутным намерением подвергнуть его преобразованию Фурье, но, каюсь, руки у меня до этого так и не дошли. Однако теоретически это выполнимо. Сфотографированную дорожку из мочи можно было бы скалькировать на миллиметровку и ввести координаты в компьютер. Тот произвел бы современную версию вычислений Фурье и разложил бы нашу кривую на синусоидальные составляющие. Существуют, конечно, более простые (хотя и не обязательно более безопасные) способы измерить длину слоновьего пениса, но это было бы забавно. Наверняка и самому барону Фурье пришлось бы по душе такое неожиданное применение его математических изысканий. Нет никаких причин, по которым дорожки мочи не могли бы превращаться в окаменелости – окаменевают ведь выбросы земляных червей и отпечатки ног. А значит, в принципе мы могли бы применить анализ Фурье, чтобы вычислить длину пениса вымершего мастодонта или шерстистого мамонта на основании такой косвенной улики, как след мочи в период муста.

Частота колебаний слоновьего пениса намного меньше частоты звуковых колебаний (хотя это и величины близких порядков, если сравнивать их с необычайно высокими частотами света). В природе можно наблюдать колебания и с еще более низкой частотой – процессы, периоды которых измеряются годами или даже миллионами лет. Некоторые из таких процессов – в частности, перепады численности популяций разных животных – были исследованы методами наподобие анализа Фурье. Начиная с 1736 года “Компания Гудзонова залива” хранила записи о количестве шкур, поставляемых ей канадскими охотниками за пушниной. Выдающийся оксфордский эколог Чарльз Элтон (1900–1991), нанятый компанией в качестве консультанта, понял, что эти записи могут послужить источником данных о колебаниях численности американских беляков, рысей и других млекопитающих, являющихся объектами пушного промысла. Значения то возрастают, то падают, создавая причудливое смешение ритмов, которое было подвергнуто тщательному изучению. Среди выявленных повторяющихся циклов особенно выделяются два: один длится около четырех лет, а другой – около одиннадцати. Согласно одной из предложенных гипотез, четырехлетние колебания объясняются тем, что хищники и жертвы влияют, с некоторым запаздыванием, на численность друг друга (избыток жертв приводит к вспышке численности хищников, которые затем почти подчистую съедают популяцию жертв; это, в свою очередь, вызывает среди хищников голод, из-за чего их численность падает, позволяя жертвам вновь расплодиться, и так далее). Что же касается более медленных, одиннадцатилетних колебаний, то, пожалуй, наиболее увлекательное предположение связывает их с колебаниями числа солнечных пятен, которое тоже меняется в рамках цикла, длящегося около одиннадцати лет. Вопрос, каким образом пятна на Солнце влияют на численность животных, остается открытым. Возможно, изменение солнечной активности, отражаясь на погодных условиях, регулирует количество растительной пищи.

Почти все наблюдаемые нами повторяющиеся циклы с очень большими периодами имеют астрономическую природу. Они обусловлены тем фактом, что небесные тела зачастую вращаются вокруг собственной оси и движутся по неизменным орбитам вокруг других небесных тел. Двадцатичетырехчасовые ритмы активности присущи почти всем, вплоть до мельчайших, деталям устройства и жизнедеятельности живых организмов на нашей планете. Исходная причина этого коренится во вращении Земли вокруг своей оси, однако животные многих видов, и люди в том числе, даже будучи искусственно изолированы от смены дня и ночи, продолжают функционировать приблизительно в том же двадцатичетырехчасовом ритме, с которым сроднились, и могут поддерживать его безо всяких внешних стимулов. Двадцативосьмидневный лунный цикл – еще один важный компонент смеси периодических колебаний, происходящих в жизнедеятельности многих организмов, особенно морских. Свое циклическое воздействие Луна оказывает благодаря чередованию сизигийных и квадратурных приливов. Цикл вращения Земли по орбите, длящийся чуть больше 365 суток, добавляет к этой сумме Фурье более медленные колебания, которые проявляются в регулярной повторяемости сезонов размножения и миграции, периодов линьки и отращивания зимнего меха.

Возможно, самые низкочастотные колебания, какие только улавливались при расплетании биологических ритмов, – это гипотетический цикл массовых вымираний в 26 миллионов лет. Специалисты по окаменелостям полагают, что более 99 % всех когда-либо живших видов вымерли. К счастью, на больших масштабах времени скорость вымирания примерно равняется скорости образования новых видов путем разделения существующих. Но отсюда не следует, что на более коротких промежутках времени эти два процесса всегда уравновешивают друг друга. Вовсе нет. Скорость вымирания то и дело колеблется, равно как и скорость видообразования. Бывают суровые времена, когда виды исчезают, и благополучные – когда они преумножаются. По-видимому, худшим из худших времен был опустошительный армагеддон, наступивший в конце пермского периода, примерно четверть миллиарда лет назад. Около 90 % всех живших на Земле видов вымерло в то жуткое время – в том числе многие наземные звероподобные рептилии. Фауна планеты откатилась назад к прежнему небогатому состоянию, но уже с совершенно иным списком действующих лиц: так, амплуа и костюмы, оставленные погибшими звероподобными ящерами, распределили между собой динозавры. Второе по масштабности (и первое по обсуждаемости) массовое вымирание – это знаменитое мел-палеогеновое вымирание, которое произошло в конце мела, около 65 миллионов лет назад, когда все динозавры[36]36
  Теперь принято говорить, что вымерли все нептичьи динозавры, поскольку птицы тоже относятся к надотряду Dinosauria. Так что часть динозавров – птицы – выжила и эволюционирует по сей день. – Прим. ред.


[Закрыть], а также множество других видов, как наземных, так и морских, были мгновенно (насколько позволяет судить палеонтологическая летопись) сметены с лица земли. Мел-палеогеновое вымирание уничтожило где-то 50 % всех видов – меньше, чем пермское, но все равно то была чудовищная трагедия планетарного масштаба. Фауна Земли снова откатилась к состоянию опустошения, и вот тут-то на сцену вышли мы, млекопитающие, – потомки немногих чудом уцелевших остатков некогда процветавшей группы звероподобных рептилий. Сегодня мы вместе с птицами занимаем те ниши, которые освободились после гибели динозавров. Предположительно, до следующего великого вымирания.

Немало было и других массовых вымираний – не таких страшных, как пермское или мел-палеогеновое, но все же оставивших четкий след в геологических анналах. Специалисты по статистической палеонтологии собрали данные по количеству ископаемых видов, живших в ту или иную эпоху, ввели их в компьютер и подвергли анализу Фурье, чтобы выявить все закономерности, какие только возможно, – как бы прислушиваясь к гулу неимоверно низких звуков органа. Вывод (хотя и не единодушный) был таков: преобладающий ритм имеет периодичность в 26 миллионов лет. Что же может вызывать колебания с таким громадным периодом? По-видимому, только какой-то астрономический цикл.

Накапливается все больше данных в пользу того, что мел-палеогеновая катастрофа была вызвана крупным астероидом или же кометой – размером с гору и притом летевшей со скоростью несколько тысяч миль в час и угодившей прямиком в нашу планету, скорее всего, примерно в то место, которое теперь называется полуостровом Юкатан в Мексиканском заливе. Астероиды обращаются вокруг Солнца в составе пояса, расположенного внутри орбиты Юпитера. Там их множество: самые мелкие падают на нас постоянно, и лишь немногие достаточно велики для того, чтобы столкновение с ними могло спровоцировать катастрофическое вымирание видов. Что касается комет, то они движутся вокруг Солнца по бóльшим и сильно вытянутым орбитам, проводя почти все время за пределами того, что принято называть Солнечной системой, но иногда в нее заглядывая. Так, комета Галлея навещает нас каждые 76 лет, а комета Хейла – Боппа – раз в четыре тысячелетия или около того. Возможно, пермский катаклизм тоже был обусловлен столкновением с кометой, причем даже более крупной, чем та, что вызвала вымирание в конце мелового периода. Не исключено, что предполагаемый цикл массовых вымираний в 26 миллионов лет – следствие периодических всплесков частоты столкновений с кометами.

Но почему вероятность столкновения с кометой должна возрастать раз в 26 миллионов лет? Тут нам приходится пускаться в откровенные спекуляции. Высказывалось предположение, будто у нашего Солнца есть звезда-компаньон – и две звезды вращаются одна вокруг другой с периодичностью около 26 миллионов лет. Этот гипотетический партнер нашего Солнца по двойной звездной системе, которого никто никогда не видел, но которому тем не менее дали эффектное имя Немезида, якобы один раз за цикл своего орбитального вращения проходит через так называемое облако Оорта – сферическую область, состоящую, по оценкам, из триллионов комет и вращающуюся вокруг Солнца далеко за планетами. Если бы такая Немезида, периодически проходящая через облако Оорта или поблизости от него, действительно существовала, то она и в самом деле могла бы возмущать орбиты тамошних комет, а значит, и увеличивать шансы их столкновения с Землей. Будь оно правдой – а надо признать, что нить подобных рассуждений довольно тонка, – это могло бы объяснить периодичность массовых вымираний, повторяющихся каждые 26 миллионов лет, которая, по мнению некоторых ученых, прослеживается в палеонтологической летописи. Мне доставляет удовольствие мысль, что, математически расплетая хаотичный спектр вымирания видов, мы могли бы обнаружить звезду, никакими другими способами не детектируемую.

Начав с разговора о неимоверно высоких частотах света и других электромагнитных волн, мы прошли через промежуточные частоты, свойственные звукам и болтающимся слоновьим пенисам, чтобы добраться наконец до частот ультранизких – вплоть до предполагаемых колебаний числа биологических видов с периодом в 26 миллионов лет. Давайте снова вернемся к звукам и, в частности, к венцу удивительных способностей человеческого мозга – умению расплетать и сплетать звуки речи. Наши голосовые “связки” в действительности представляют собой пару перепонок, совместно вибрирующих при прохождении воздуха, подобно язычкам деревянных духовых инструментов. Согласные звуки образуются как более или менее резкие прерывания воздушного потока, осуществляемые смыканием и взаимодействиями губ, зубов, языка и задней части глотки. Гласные отличаются друг от друга по тому же принципу, что и трубы от гобоев. Мы издаем различные гласные звуки, примерно как трубач то вставляет, то вынимает сурдину, чтобы изменить соотношение синусоидальных колебаний, из которых формируется сложносоставной звук. Каждой гласной присущ свой набор гармоник, накладывающихся на фундаментальную частоту. Разумеется, сама эта фундаментальная частота у мужчин ниже, чем у женщин и у детей, однако благодаря сходным комбинациям гармоник одни и те же гласные у мужчин и у женщин звучат похоже. Каждый гласный звук характеризуется своим особым набором частотных полос, который можно сравнить опять-таки со штрихкодом. В фонетике полоски этих “штрихкодов” принято называть формантами.

В любом языке – и в любом его диалекте – имеется ограниченный набор гласных звуков, каждый из которых отличается своим особым штрихкодом формант. Разные языки (и всевозможные их говоры) пользуются разными гласными звуками, для формирования которых язык и остальные части голосового аппарата занимают различные промежуточные положения – тут вновь приходит в голову сходство с трубачом, вставляющим сурдину в раструб своего инструмента. Теоретически существует непрерывный спектр гласных. Каждый конкретный язык использует удобную выборку, разрозненный комплект, взятый из этой широкой палитры возможных звуков. В разных языках задействованы разные точки спектра. Гласная, используемая во французском слове tu или в немецком über, отсутствующая в английском языке (в той его версии, на которой говорю я), представляет собой нечто среднее между звуками “и” и “у”. Не столь важно, какие именно опознавательные точки спектра всех доступных гласных использует тот или иной язык, лишь бы они отстояли достаточно далеко друг от друга, чтобы избежать неясности при общении.

С согласными дело обстоит несколько сложнее, но и тут тоже есть сходный спектр “штрихкодов”, лишь небольшая выборка из которого задействована в каждом реально существующем языке. Порой эти звуки бывают расположены весьма далеко от диапазона, используемого в большинстве наречий, – например, щелчки, издаваемые в некоторых южноафриканских языках. Как и в случае с гласными, в разных языках какие-то свои ассортименты согласных. Так, на Индийском субконтиненте есть языки, в которых встречается зубной согласный, промежуточный между “д” и “т”. Буква c во французском слове comme произносится как нечто среднее между “к” и “г” (а o там звучит как нечто среднее между “о” и “а”). Варьируя положение языка и губ и модулируя голос, можно создать практически бесконечное многообразие согласных и гласных звуков. Когда же эти “штрихкоды” располагаются в виде временнóй последовательности, образуя фонемы, слоги, слова и предложения, то круг понятий, передаваемых с их помощью, становится неограниченным.

Что еще удивительнее, с их помощью можно также передавать образы, мысли и чувства, любовь и экстаз. Китсу это удавалось мастерски.

 
Как больно сердцу: песнь твоя гнетет
Все чувства, точно я цикуту пью,
И зелье дрему тяжкую несет,
Меня склоняя к смерти забытью, —
Не завистью к тебе терзаюсь я,
А горько счастлив счастью твоему,
Когда, крылатый дух, ты далеко,
В лесу, у звонкого ручья,
Где листья шевелят ночную тьму,
Поешь о лете звонко и легко[37]37
  Перевод И. М. Дьяконова.


[Закрыть].
 

“Ода соловью” (1820 г.)

Прочтите эти строки вслух, и картины одна за другой обрушатся на ваш мозг, как если бы вы в самом деле были опьянены соловьиной песней летом в густой буковой роще. В каком-то смысле все это создается последовательностью волн воздушного давления – их узором, чье богатство сперва расплетается в нашем ухе до синусоидальных волн, а затем заново сплетается головным мозгом, воссоздавая образы и эмоции. Но еще поразительнее то, что этот узор можно математически преобразовать в длинный ряд цифр – и он все равно сохранит свою способность приводить в восторг и будоражить воображение. Когда на лазерный диск (CD) записывают, скажем, “Страсти по Матфею”, волны то возрастающего, то падающего давления, со всеми их вывертами и изгибами, регистрируются через короткие промежутки времени и преобразуются в цифровые данные. В принципе, можно израсходовать несколько пачек бумаги и распечатать эти данные в виде скучной черно-белой вереницы нулей и единиц. Однако, если преобразовать цифры обратно в колебания давления, они будут все так же в состоянии растрогать слушателя до слез.