Текст книги "От звезды до росинки. 120 удивительных явлений природы"

71 Каково быть летучей мышью? (Часть 2)

ГДЕ И КОГДА: во время телефонного разговора; в автомобиле

1. Летучие мыши видят ушами. Мы тоже ориентируемся не только с помощью глаз, но и по звуку. Звук как источник информации обладает некоторыми преимуществами по сравнению со светом. Звук может огибать углы, а свет – нет[9]9
  Это не совсем верно: свет тоже может заглянуть за угол. Сидя перед экраном с крупно набранным текстом на белом фоне, посмотри на одну из строчек текста поверх ровного края листа. Осторожно, миллиметр за миллиметром, двигая лист вверх-вниз, ты заметишь некоторую странность: буквы изгибаются, они все еще немного видны, хотя, вроде бы, давно должны были скрыться под листом. Нечто подобное ты увидишь, глядя поверх пальца или острия карандаша на отдаленный предмет, состоящий из нескольких частей, границы между которыми четко видны. Значит, свет все же немного загибается за угол.


[Закрыть]. Поэтому мы кричим, когда не видим друг друга. И поэтому дома легко скрыться от посторонних взглядов, но не от уличного шума.

2. Мы общаемся с помощью звуков – это лучше, чем, скажем, с помощью световых эффектов, как светлячки. Звук – более надежное средство передачи информации, чем свет. Его не так легко заслонить. Звук имеет некоторое сходство с запахом, но, в отличие от запахов, звуки более разнообразны и быстрее распространяются; однако они сразу же исчезают.

3. На улице мы часто слышим автомобили раньше, чем замечаем их; так же и с комарами. В отличие от глаз, которые смотрят только вперед, уши могут улавливать звук спереди, сзади, сверху и снизу. Как бы мы ни напрягали зрение, мы не разглядим, что у предметов внутри, – для этого нужны специальные приборы; а вот звук доносится и изнутри, потому что поверхностям не так легко задержать его, как свет. Для врачей привычка вслушиваться стала профессиональной; но и опытные механики слышат, исправна ли машина или двигатель или же барахлит. Во многих ситуациях свет сообщает нам о том, «что происходит» или «что на нас надвигается», а потом уже мы напрягаем глаза, чтобы «осмотреться» и составить себе более точное представление о сложившейся обстановке. Свет, как правило, указывает, с какой стороны на нас что-то надвигается, а смотрим мы для того, чтобы понять, что это такое и где оно находится. Даже в лабораториях, использующих высокие технологии, например растровый электронный микроскоп, данные часто вначале прослушивают, потому что так можно быстрее определить, «есть ли там что-то».

4. Предметы не обязательно должны сами издавать звуки, чтобы стать для нас источником полезной информации. Эхо наших шагов или голоса, когда мы разговариваем, может многое рассказать о том, что находится вокруг нас. В маленьком помещении шаги и голоса звучат иначе, чем в большом, а внутри – иначе, чем снаружи. Мы редко обращаем внимание на подобные различия, потому что то, что сообщает нам звук, доступно и глазу. Только если в подвале отключили свет или же мы двигаемся в незнакомой темной комнате, мы ориентируемся на слух.

5. Значит, звук может многое нам рассказать, даже если не пользоваться привычными средствами человеческого общения, а обращать внимание только на звуки и шумы. И все же у звука есть и существенные недостатки по сравнению с глазом, поэтому большинство согласилось бы, скорее, лишиться слуха, чем зрения. Главное преимущество звука одновременно является и самым большим его недостатком. Звуки доносятся до нас и из-за угла, а значит, они скрывают от нас углы. Звук делает пространство однородным, он превращает угловатые объекты четкой формы в расплывчатые препятствия без острых краев. Хотя мы слышим, что в помещении наши голоса и шаги звучат не так, как снаружи, но нам стоит больших усилий определить на слух, где в этом помещении двери, а где – большие шкафы. А если бы мы захотели услышать, где на стене висит картина или в какой части стола находятся тарелки и вилки, нам ни за что бы это не удалось. Независимо от того, говорим ли мы низким голосом или повышаем его до предела, по одному только эху мы при всем желании не сможем определить местонахождение мелких предметов в комнате. Для этого пришлось бы открыть глаза или ориентироваться на ощупь.

6. Именно в этом и заключается акустическое искусство летучей мыши. По эху ей не только удается определить, где расположены в комнате мелкие предметы вроде ножей и вилок, но и найти, например, муху, сидящую на ноже. Для этого летучая мышь постоянно что-то напевает себе под нос – в ультразвуковом диапазоне, так, что нам ее не слышно. Рыжая вечерница, довольно крупная летучая мышь, посылает сигналы с частотой 20 кГц, карликовая летучая мышь – с частотой 50 кГц. С помощью этих высокочастотных звуков летучие мыши могут почувствовать предметы диаметром около 1,7 или 0,6 см (чтобы почувствовать предмет с помощью звуковых волн, его величина должна быть пропорциональна длине волны. Длину волны можно рассчитать, зная, что скорость звука – это произведение частоты звука на длину волны и что скорость эта равна 344 м/с).

7. Летучая мышь ориентируется в пространстве по эху своих сигналов. «Вещи спят и ждут лишь зова, / В каждой – песня взаперти, / Мир поет, лишь надо слово / Заповедное найти!»[10]10
  Перевод П. Карпа. – Прим. пер.


[Закрыть] – пишет Йозеф фон Эйхендорф, поэт-романтик. О летучих мышах он при этом точно не думал, и все же именно они нашли это «заповедное слово», потому что для них мир звучит так, как для нас он светится.

72 Каково быть летучей мышью? (Часть 3)

ГДЕ И КОГДА: в пути, на велосипеде, в автомобиле

1. Окружающие нас предметы отражают звуки, которые мы издаем, но мы редко это замечаем – разве что когда ходим по высокой, тихой церкви и слышим эхо собственных шагов. На самом деле почти каждый наш шаг сопровождается эхом, только его заглушает шум шагов. Или когда мы говорим с кем-нибудь по телефону, а наш собеседник в это время переходит из комнаты в комнату, нам хорошо слышно, тесная это комната или просторная, и мы даже можем определить, выложено ли это помещение кафельной плиткой.

Рис. 39. Летучая мышь

2. В мир летучих мышей можно заглянуть и через другое окно, о существовании которого мы даже не подозреваем: это езда на автомобиле. Опустив боковое стекло, мы слышим смесь звуков: шум двигателя, шорох шин и свист воздуха. Эти звуки отражаются от предметов на обочине дороги. Когда едешь с закрытыми глазами по хорошо знакомому маршруту (в качестве пассажира, разумеется) и прислушиваешься к этим звукам, можно на удивление точно определить на слух предметы на обочине. Только скорость движения при этом не должна превышать 60 км/ч, иначе шум ветра заглушит эхо. Вслушайся, и ты будешь поражен: можно, например, различить шум паркующихся у обочины машин, и, конечно же, ты сразу услышишь, если машина въедет в туннель. Не менее явным будет различие между эхом от большой гладкой поверхности, например длинной стены дома, и отражением звука от несплошного препятствия, например от высокой живой изгороди. Мы можем услышать даже маленькие деревца на обочине, диаметр ствола которых не превышает 30 см: у них особое эхо – короткое и высокое, как щелканье ножниц. Это объясняется физическими свойствами высоких звуков (длина волны у них меньше, чем у низких звуков, поэтому они отражаются и от узких и мелких предметов), но нам в первую очередь важно следующее: бывают ситуации, когда мы, основываясь лишь на звуках, можем получить вполне дифференцированное представление о мире. Теперь, по крайней мере, можно представить, как летучей мыши удается с помощью волшебных ультразвуковых слов заставить мир звучать, чтобы узнать, где она находится и куда ей лететь.

73 Слышимость в ночные часы

КОГДА: тихой ночью

1. Летучие мыши охотятся по ночам. Почему, собственно? На этот вопрос можно ответить по-разному. Можно, например, сказать, что они охотятся именно по ночам, так как в это время суток у них мало конкурентов: другие насекомоядные в основном отправляются на охоту днем, а ночью спят.

2. А может быть и так, что летучие мыши охотятся по ночам, потому что ночью они слышат лучше и на бо́льших расстояниях. А ведь именно способность хорошо слышать для летучих мышей самая главная.

3. Когда просыпаешься среди ночи, а окно открыто, через некоторое время замечаешь, что начинаешь улавливать разные звуки, которые днем были не слышны. Я, например, очень часто слышу по ночам, как журчит Лех, хотя от нашего дома до реки более километра. Днем я этого не слышал даже в тихие воскресенья. По ночам пространство лучше прослушивается. Звуки кажутся более назойливыми и резкими на фоне тишины. Чем это обусловлено?

4. Конечно, по ночам вообще намного тише, так что наш слух различает даже негромкие звуки. Они больше не тонут в повседневной шумовой каше. Но есть и кое-что еще. Ночью воздух спокойнее, чем днем. Солнце нагревает землю, поднимаются воздушные вихревые потоки. В том, что такие завихрения мешают распространению звука, ты можешь убедиться, сидя у костра: из-за восходящих вихревых потоков горячего воздуха голос того, кто сидит напротив, слышен значительно хуже.

5. Ночью завихрения, вызванные подъемом теплого воздуха, ослабевают, образуется стабильное расслоение: внизу, у самой земли, слой холодного воздуха, над ним – теплого, и это способствует распространению звука. Поэтому ночью звуки распространяются в горизонтальном направлении лучше, чем днем. При условии, что нет ни ветра, ни осадков! Благодаря всему этому летучим мышам удобнее охотиться по ночам. Ночью они слышат на бо́льшие расстояния, чем днем!

74 Слышимость на озере

ГДЕ: в лодке

Лучшее время для летучих мышей – ночь, а лучшее место для их охоты – озера. Они тоже имеют свои акустические особенности. Когда плывешь в лодке по озеру, замечаешь, что на воде береговые шумы слышны лучше, чем на берегу. Пределы слышимости здесь гораздо больше, чем на суше. Не только потому, что на воде вообще меньше звуковых помех, но и потому, что распространению звука ничто не мешает, так как расслоение воздушных масс на воде стабильнее, чем на суше. В тихую ясную погоду или в туман это явление производит особенно сильное впечатление.

75 Эхо

ГДЕ: в помещении

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: беспроводной телефон с функцией громкой связи

1. Когда, разговаривая с кем-нибудь, выходишь из помещения, замечаешь, что снаружи голоса звучат иначе – несколько слабее, чем внутри. Однако это явление не так ярко выражено, к тому же, выходя на улицу, мы сами невольно начинаем говорить громче.

2. Если же ты переведешь беспроводной телефон, который есть почти во всех домах, в режим громкой связи и нажмешь кнопку, чтобы раздался длинный гудок, то одну-две минуты у тебя будет постоянный источник звука, – после этого прибор автоматически переключится на короткие гудки.

3. Подойди с этим гудящим телефоном к стене. Ты сразу заметишь, что звук стал громче и плотнее: его усилило эхо. А как только ты выйдешь на улицу, сигнал станет тоненьким-претоненьким.

76 Лягушка-трещотка укажет тебе путь в ночи

ОТКУДА И КУДА: из помещения на улицу

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: лягушка-трещотка (это такая цветная жестяная игрушка, обычно в форме лягушки (рис. 40), с металлической лентой, которую можно согнуть пальцем. При этом она довольно громко трещит)

Рис. 40. Лягушка-трещотка

1. Звук, который издает лягушка-трещотка, хорош тем, что он, с одной стороны, очень громкий, а с другой – очень короткий (длится всего сотую долю секунды). Значит, благодаря этой игрушке у нас есть возможность услышать эхо, которое отражается от предметов, находящихся на относительно небольшом расстоянии от нас. Звук распространяется со скоростью 344 м/с; за десятую долю секунды он преодолевает 34,4 м, за одну сотую секунды – 344 см. Следовательно, звук лягушки-трещотки проходит ровно 344 см, пока треск не затихнет[11]11
  Поэтому в грозу ты можешь, разделив количество секунд между молнией и ударом грома на три, вычислить, в скольких километрах от тебя эта гроза сейчас.


[Закрыть].

2. Значит, если стена от тебя дальше, чем в 172 см, то ты можешь услышать эхо.

Приближаясь к наружной стене с трещащей лягушкой в руке, ты обнаружишь, что звуки усиливаются. Изменяется их высота – они звучат выше! Треск лягушки и эхо накладываются друг на друга и образуют так называемый отраженный звук; по мере твоего приближения к стене этот звук становится все выше. Аналогичный эффект возникает на лестнице многоэтажного дома, когда ты спешишь вниз вдоль стены – звучит почти как гамма. Это характерная музыка лестничных клеток.

Слепые внимательно вслушиваются в эхо и благодаря этому ориентируются в пространстве. Например, Дэн Киш, слепой, живущий в Лос-Анджелесе, беспрестанно прищелкивает языком и прислушивается к тихому эху. По его словам, это позволяет ему сориентироваться – по крайней мере, настолько, чтобы ездить на велосипеде по Лос-Анджелесу.

77 Эффект Доплера

ГДЕ И КОГДА: в автомобиле / на обочине скоростной автомагистрали / летом, когда мимо стремительно проносятся шмели и пчелы / когда по телевизору показывают гонки Формулы-1

1. Когда едешь в автомобиле и тебя обгоняет мотоцикл с шумным двигателем, замечаешь, что в момент обгона звук становится ниже. Нечто похожее происходит, когда мимо проезжает машина скорой помощи с включенной сиреной. В южных странах, где водители любят подолгу сигналить, этот странный звуковой эффект стал вполне привычным. Только некоторые явления, подобно этим звукам, создают иллюзию расширения пространства. Это так называемый эффект Доплера, названный в честь зальцбургского физика Кристиана Доплера, который в XIX в. впервые подробно его описал и использовал для измерения скорости. Эффект основан на том, что в одном случае – когда источник звука приближается – ухо улавливает большее количество колебаний в секунду, а значит, звук кажется более высоким, тогда как в другом случае – когда источник звука удаляется – нашего уха достигает меньшее число колебаний за одну секунду.

2. С этим эффектом ты столкнешься не только в мире двигателей, но и в природе, когда, например, мимо тебя проносятся шмели или пчелы (или когда они кружат вокруг тебя). Композитор Николай Римский-Корсаков использовал похожие звуки для имитации полета шмеля в знаменитой арии из оперы «Сказка о царе Салтане».

3. Поскольку эффект Доплера возникает и при полете насекомых, он интересен летучим мышам. Ведь они питаются насекомыми. А для этого важно слышать, приближается цель или удаляется. Особенно подковоносые летучие мыши, которые крайне редко встречаются в наших краях, научились пользоваться эффектом Доплера, чтобы узнать, в каком направлении летит насекомое: к ним или от них.

78 Забор из штакетника и летучая мышь

ГДЕ И КОГДА: когда проходишь мимо изгородей или занавесок

1. Как же услышать сигналы летучей мыши? К сожалению, соорудить ультразвуковой микрофон из подручных средств невозможно. Мы можем лишь попытаться понять, как устроен такой прибор.

2. С точки зрения физики, звук – это колебания воздуха, которые распространяются волнообразно. Чем меньше волны, тем выше частота. Летучие мыши могут слышать и посылать высокочастотные сигналы.

3. Как сделать эти «звуки» слышимыми? «Жил-был забор, в заборе том / Порядок был: доска – проем…»[12]12
  Перевод Н. Колесниковой. – Прим. пер.


[Закрыть] – так начинается стихотворение Йоахима Рингельнатца. А при чем тут звуки? Попробуй сам! Очень познавательно пробежать вдоль двойного штакетника! Так здорово заглядывать в проемы!

4. Каждому знакомо ощущение: когда проезжаешь на велосипеде между двойных перил или забора из штакетника, контуры отдельных жердей сливаются – вместо них ясно видны широкие чередующиеся полосы.

5. Кто не любит кататься на велосипеде, может наблюдать это явление на примере белых занавесок. Встань перед занавеской, которая слегка колышется на ветру, так что два слоя тюля перекрывают друг друга. Посмотри сквозь эти слои тонкой материи, и ты увидишь крупные полосатые узоры. Под определенным углом ткань смотрится как через лупу.

6. Когда смотришь на регулярный узор – будь то жерди штакетника, проволочная сетка или ткань – через другой точно такой же, но немного смещенный узор, возникает новый рисунок, который выглядит как увеличенный образец, лежащий в его основе.

7. Теперь, когда ты обратил внимание на это явление, ты начнешь замечать его повсюду. Но что общего между заглядыванием в проемы и летучими мышами? В области акустики тоже существует нечто подобное – так называемые биения. В одном помещении играют на двух флейтах, между которыми существует незначительное различие: признаком того, что инструмент расстроен, является медленное нарастание и затихание звука – биения. Они возникают так же, как полосы на занавеске или штакетнике. Полосы на штакетнике кажутся увеличенными заборными планками, а биения – замедленный звук, звук в режиме замедленного воспроизведения.

8. Это явление используется для того, чтобы перевести звуки, частота которых слишком высока для нашего слуха, в слышимый диапазон. По такому принципу устроены все усилители ультразвука, а значит, и все приборы, которые используются для того, чтобы сделать сигналы летучих мышей (или китов, дельфинов и других рыб – все они ориентируются в пространстве и общаются с помощью ультразвука) слышимыми. Когда, например, летучая мышь посылает сигнал частотой 23 000 Гц, а мы стоим рядом с прибором, частота сигнала которого – 22 000 Гц, то на выходе мы получим слышимый звук частотой 1000 Гц. Таков принцип работы ультразвукового детектора для регистрации летучих мышей. Детектор посылает второй искусственный сигнал, который потом выравнивается и усиливается.

9. Если тебе доведется «послушать» сигналы летучих мышей с помощью такого детектора, ты обнаружишь, что шумы эти звучат ударно и объемно. У некоторых возникает ассоциация с теннисным мячиком, который все быстрее прыгает между столом и ракеткой. Такая странная структура объясняется тем, что летучая мышь, обнаружив насекомое, начинает чаще посылать сигналы, чтобы более точно определить его местонахождение. Она не сводит с насекомого глаз, точнее, ушей. Сигналы летучих мышей, в отличие от птичьего пения, служат не для общения и не кажутся красивыми – по крайней мере, нам. Это точные инструменты, летучая мышь посылает эти сигналы для того, чтобы получить нужную информацию. И именно этим они интересны! Потому что они в некотором смысле являются отражением летучей мыши и ее мира.

XI. Мята

«Ваши открытия, – воскликнул сэр Джон Прингл, поправляя парик, – убеждают нас в том, что ни одно растение не растет просто так. Все растения полезны человеку – начиная с дуба и заканчивая низенькой травкой. Даже если мы не всегда можем распознать, какую именно пользу приносит нам конкретное растение, оно все равно, несомненно, является частью целого и вносит свой вклад в очищение атмосферы. В этом смысле у благоухающей розы и ядовитой красавки одно предназначение: в самых отдаленных уголках нет ни одного луга, ни одного леса, с которыми мы не были бы связаны отношениями взаимопомощи».

Дело происходит в 1776 г. в Лондоне, а оратор, произносящий эту хвалебную речь, – не кто иной, как сэр Джон Прингл, президент Королевского общества. Многочисленные пожилые господа расселись на скамейках парадного зала общества. Прингл говорит о новых загадочных воздушных видах, вызвавших интерес многих исследователей. Особенно подробно он рассказывает о наблюдениях Джозефа Пристли за углекислым газом – в то время он был известен под названием «твердый воздух». Пристли установил, что этот газ концентрируется там, где дышат люди или животные или горят свечи. Он обнаружил, что растения поглощают углекислый газ и превращают его в воздух, пригодный для дыхания.

Сэр Джон Прингл повышает голос, чтобы выразить свой восторг: «Теперь мы знаем, зачем Господь посылает нам бури: они нужны для того, чтобы сбросить использованный воздух в моря и озера, где водоросли и другие водные растения его обновят. Открытие Пристли ведет нас по следам Провидения». С этими словами он взял коробочку с серебряной медалью Копли, чтобы передать ее исследователю, который робко поднялся со своего места.

«Заклинаю вас, продолжайте изучать великие взаимосвязи, не прерывайте своих исследований!» Пристли, сухопарый бледный господин с редкими волосами – парик он не носит – с глубоким поклоном берет медаль. Ученые аплодируют. Пристли достает какое-то растение, прикрепленное к его костюму на манер талисмана, поднимает его вверх и говорит: «Своими открытиями я обязан не только Всевышнему, который навел меня на их след. Я обязан еще и этому простому растению, что растет в садах большинства из вас. Это перечная мята, древнее целебное растение, которое лечит от многих недугов! Древние надевали на свадьбу венки из мяты. Ее использовали при укусах скорпиона. В деревнях ею моют полы, и комната не только становится чище, но и воздух в ней словно обновляется. Мы пьем мятный чай. Мята благоухает – а самое главное, она делится своим ароматом с теми, кто жует ее листья. Ее часто используют те, у кого плохие зубы. Съешь несколько листиков – и дыхание снова свежее!»

Пристли улыбается – при этом становится заметно, что и у него уже недостает двух-трех передних зубов, а все остальные подгнили. Его слушатели бормочут, выражая свое согласие. Большинство хорошо знает мяту, потому что зубы у многих просто ужасные, а у некоторых они давно повыпадали, вместо этого во рту у них дурно пахнущие, криво вставленные деревянные челюсти. Пристли продолжает: «Я хорошо помню тот день в августе 1771 г., когда поместил стебелек мяты в сосуд, где погасла свеча. Воздуха в этом сосуде не осталось, он больше не мог поддерживать огонь! Я оставил мяту на неделю или две рядом с погасшей свечой. Как-то солнечным днем я взял увеличительное стекло, поймал им солнечный луч и направил его на фитиль. Воск начал плавиться, и в конце концов свеча снова загорелась! Та самая свеча, которая перед этим скорбно гасла, горела вновь! Мята восстановила израсходованный воздух. Я чувствовал: это великая минута, настоящее чудо!»

Пристли делает паузу и почти с нежностью смотрит на зеленую веточку, которую принес с собой. «Потом я повторил этот опыт с мелиссой и растением, которое вовсе не благоухает, а воняет, – чистецом, и обнаружил, что все эти растения могут восстановить разрушенный воздух! Я никогда не сделал бы этого открытия, если бы не мята с ее ароматом и полезным свойством превращать скверное дыхание в свежее. Древние говорили, что мята наводит нас на добрые мысли. Может, в этом и правда что-то есть…»

Ученые встают со своих мест, аплодируют. Однако сэр Джон Прингл звонит в серебряный настольный колокольчик. Двустворчатые двери зала открываются, входят слуги с серебряными подносами, на которых прохладительные напитки – и нежный мятный шоколад.

Открой для себя растения!