Ты далек, но лучи твои на земле.
– Эхнатон. Малый гимн Атону. Ок. 1370 г. до н. э.[6]В давно угасшем монотеистическом культе, созданном древнеегипетским фараоном Эхнатоном, объектом поклонения являлось солнце, а его свет почитался взором божества. В те времена считалось, что зрение – своего рода эманация, исходящая из глаза. Взгляд представлялся чем-то вроде радара. Он простирается вперед и касается предметов в поле зрения. Солнце – в отсутствие которого почти ничего не видно, кроме звезд, – ласкает, освещает и согревает долину Нила. С учетом тогдашнего уровня научных знаний и царившего при Эхнатоне культа солнца вполне естественно было представлять свет как взор бога. Сегодня, 33 столетия спустя, я воспользуюсь гораздо более прозаическим сравнением, которое, однако, значительно точнее объясняет физику света.
Представьте, что вы принимаете ванну. Кран подтекает. Скажем, каждую секунду в ванну падает капля. Она порождает маленькую волну, распространяющуюся во все стороны красивым правильным кольцом. Достигнув стенки ванны, волна отражается от нее и движется обратно. Отраженная волна слабее исходной, и после одного-двух отражений ее уже невозможно разглядеть.
С каждой каплей в дальнюю часть ванны, где находитесь вы, приходят все новые и новые волны. Резиновая уточка поднимается и опускается всякий раз, как под ней проходит фронт волны. Ясно видно, что на гребне волны уровень воды чуть выше, а во впадине за гребнем – ниже.
«Частота» волн – это число, показывающее, насколько часто волны проходят через контрольную точку. В нашем примере – одна волна в секунду. Поскольку каждая капля порождает волну, частота волн равна периодичности падения капель. «Длина» волны – это расстояние между гребнями двух последовательных волн. Примем его за 10 см. Если волны пробегают по воде каждую секунду, а расстояние между ними 10 см, то скорость волны равна 10 см/с. Нетрудно сделать вывод, что скорость волны есть частота, умноженная на длину волны.
Волны – что в ванне, что в океане – являются двумерными. Они распространяются от источника по поверхности концентрическими кругами. Звуковые волны – трехмерные и распространяются в воздухе во всех направлениях от источника звука. В гребне волны воздух слегка уплотняется, во впадине разрежается. Наше ухо улавливает эти колебания. Чем быстрее они происходят (чем выше их частота), тем более высоким кажется звук.
Музыкальный тон не более чем последовательность звуковых волн, поступающих в ваше ухо с определенной частотой. Нотой «до» третьей октавы мы называем 263 звуковые волны в секунду, на языке науки – колебания с частотой 263 герца[7]. Какую длину волны имеет «до» третьей октавы? Иначе говоря, если бы мы могли видеть звуковые волны, как далеко, на наш взгляд, отстояли бы гребни двух последовательных волн? На уровне моря звук распространяется со скоростью примерно 340 м/с (около 1120 км/ч). Вспомнив расчет из нашего примера с ванной и каплями, вычислим длину звуковой волны, разделив ее скорость на частоту. Для «до» третьей октавы она составит около 1,3 м, что сопоставимо с ростом девятилетнего ребенка.
Научные истины порой пытаются опровергнуть с помощью парадоксов, например: «Но что есть "до" третьей октавы для человека, глухого от рождения?» То же, что и для любого из нас: 263 Гц – частота, соответствующая только этому тону и никакому другому. Даже не имея возможности слышать, вы однозначно опознаете его с помощью усилителя низкой частоты и осциллографа. Разумеется, это не то же самое, что восприятие звука привычным для нас образом, – придется положиться на зрение, а не на слух, – ну и что? Вы все равно получите всю необходимую информацию. Сможете различить аккорды, почувствовать разные способы звукоизвлечения, ощутить разницу тембров и соотнести этот опыт с другими случаями, когда «слышали» ноту «до» третьей октавы. Электронное отображение звука не вызывает того же эмоционального отклика, как слуховое восприятие, хотя и это, возможно, лишь вопрос опыта. Не станем ссылаться на гениального Бетховена. Любой из нас и при полнейшей глухоте все-таки может воспринимать музыку.
Так же решается старая головоломка: если дерево падает в лесу, где некому услышать звук падения, есть ли он вообще, этот звук? Очевидно, если бы мы определяли звук как нечто такое, что кто-либо слышит, то по определению дерево упало бы беззвучно. Но это ничем не оправданный антропоцентризм. Ясно, что, если дерево падает, значит, оно порождает звуковые волны, и их легко зафиксировать, например записать на магнитофон, а затем воспроизвести и, прослушав, безошибочно определить как звук падения ствола в чаще леса. Тут нет никакой мистики.
Однако человеческое ухо – несовершенный детектор звуковых волн. Слишком низкие (менее 20 колебаний в секунду) частоты мы не улавливаем, а киты общаются именно на этих частотах. Все, что выше 20 000 колебаний в секунду, мы тоже неспособны различить в отличие от собак, которые отзываются на команды, подаваемые ультразвуковым свистком. Огромные звуковые диапазоны – например, миллионы колебаний в секунду – никогда не будут доступны непосредственному человеческому восприятию. Наши органы чувств, при всем совершенстве, имеют принципиальные физические ограничения.
