Шум. История человечества. Необыкновенное акустическое путешествие сквозь время и пространство
Шрифт:
Большой взрыв – тише не бывает
Все существующее, включая время и пространство, началось со взрыва – так называемого Большого взрыва. Отправной точкой современных исследований является теория бельгийского священника и астрофизика Жоржа Леметра (1894–1966), который, в свою очередь, опирался на теорию относительности Альберта Эйнштейна (1879–1955). Сам термин «Большой взрыв», однако, появился только в 1949 г., когда британский астроном Фред Хойл, выступая на радио Би-би-си, решил пошутить по поводу спорной тогда идеи [1] .
1
Смысл шутки в том, что Big Bang в английском может означать и «Большой взрыв», и «большой бабах». Те же значения имеет немецкий термин der Urknall, который
А между прочим, этот взрыв был самым тихим в истории Вселенной, так как физических условий для возникновения звука в космосе еще не было. Только благодаря взрыву они и возникли. С точки зрения современной астрофизики это событие произошло примерно 13,8 млрд лет назад.
И звук, и шум – это распространение упругих волн (звуковых волн) в газообразной, жидкой или твердой среде, в процессе которого элементарные частицы вещества вынужденно совершают колебательные движения. Поскольку упомянутые частицы, а также время и пространство появились только после Большого взрыва, сам он не мог породить ни звука. Удивительно, но в тот момент царила мертвая тишина. Большой взрыв был бесшумным, так как не существовало среды, в которой могли бы распространиться звуковые волны. Зато его физическое эхо можно уловить даже сейчас: это фоновое излучение, которое равномерно заполняет пространство Вселенной. Американские ученые Джон К. Матер и Джордж Ф. Смут получили Нобелевскую премию 2006 г. по физике за исследование данного феномена.
Космический шум младше, чем время и пространство, но несущественно. Астрофизики обнаружили, что через 380 000 лет после Большого взрыва в бесконечной Вселенной раздался низкий, загадочный звук. Такой низкий, что его не может услышать ни одно живое существо. Его уловили только приборы: крошечный обрывок частотой 1 Гц. Мир как бы ворчит спросонья. Космическая акустика – еще очень юная область исследований, но стремительное развитие радиотелескопов в последние 20 лет расширяет возможности дальнейшего изучения уже известных акустических феноменов древнейшей истории Вселенной. То, что мы можем уловить их сейчас и измерить, объясняется просто: Вселенная постоянно расширяется, и они добираются до нас невероятно долго. В начале 2000-х гг. американский физик Джон Г. Крамер (р. 1934), почетный профессор Вашингтонского университета в Сиэтле, заставил зазвучать волны, распространявшиеся во времени, пространстве и материи в течение 400 000 лет после Большого взрыва. Он свел первые зафиксированные сигналы эха Большого взрыва в единый звуковой сигнал длительностью 100 секунд. По словам Крамера, он похож на «рев турбин реактивного самолета, взлетающего прямо над вашим домом» [1] .
1
Cramer J. G.. Boomerang and the Sound of the Big Bang // Analog Science Fiction & Fact Magazine. Issue 01/01. Article AltVw104. 2001. January.
В принципе, услышать отзвуки Большого взрыва можно и без дорогостоящего оборудования, которым пользуются современные астрофизики. Достаточно старого УКВ- или СВ-приемника, способного ловить ультракороткие и средние радиоволны. В шум помех между двумя передачами вплетается слабый отголосок Большого взрыва, долетевший до нас через 14 млрд лет. По подсчетам астрофизиков, он составляет всего 1 % шума помех.
Расширялись галактики, рождались звезды и планеты нашей Солнечной системы. Сначала эти процессы проходили совершенно бесшумно, несмотря на сильнейшие ядерные реакции и колоссальные выбросы энергии. В космическом вакууме нет ни шороха, ни звука, поскольку нет среды, необходимой для распространения звуковых волн. Уму непостижимо: мощнейшие взрывы и реакции ядерного синтеза при возникновении звезд и планет протекали в полной тишине. Если бы «Звездные войны» происходили в реальном космосе, Разрушитель Звезд не мог бы шипеть, выпуская лазерный луч. Не смогла бы нарушить космический покой и гибель Звезды смерти, которая на экранах сопровождается низкочастотным басовитым гудением и звуком мощного взрыва. Дух захватывает, но не настолько, чтобы привести в восторг посетителей кинотеатра, так что приходится прибегнуть к помощи голливудских звукорежиссеров.
https://youtu.be/1OpNI5DjxC0?si=AmWdfccusKejnHyx
1. Большой взрыв
Запись смонтирована профессором Джоном Г. Крамером
Вселенная
Только 4,58 млрд лет назад стало действительно громко: появилась Земля. В результате дегазации на ней сформировалась первичная атмосфера. С точки зрения современной науки первая газовая оболочка Земли состояла из водорода, гелия, метана и примесей еще некоторых газов. Это крайне токсичная смесь, в наше время она бы уничтожила все живое. Но тогда она помогла свершиться неслыханному: в мире впервые раздался звук, а точнее, грохот. Звуковые волны наконец получили нужные условия для своего распространения. Извержения вулканов, землетрясения, падения метеоритов и прочие космические катастрофы – настоящий акустический апокалипсис, который сейчас трудно себе представить. Вот момент рождения шума.
Превращение нашей планеты из огненно-красной в голубую также сопровождалось громкими звуками. 3,8 млрд лет назад, в архее (второй эон геологической истории Земли), зашумела вода. По расчетам исследователей, на Земле примерно 40 000 лет непрерывно шел дождь. Точнее, не шел. И даже не лил как из ведра. Можно сказать, что над юной планетой разверзлись хляби небесные, но даже библейский потоп на самом деле не выдерживает сравнения с теми массами воды, которые обрушились вниз. Земля остыла, и на ней появились моря.
Первичная атмосфера плохо защищала Голубую планету, поэтому в нее часто врезались метеориты и астероиды (что, по сути, одно и то же). Ее сотрясали землетрясения и извержения вулканов. Весь этот грохот, однако, некому было слушать. На Земле не было таких высокоорганизованных форм жизни, как сейчас. Вероятно, первыми живыми организмами были простейшие бактерии, для которых высокотоксичный газовый коктейль тех времен был эликсиром жизни. А вот воздух, которым дышим мы (78 % азота, 21 % кислорода и примеси благородных газов), их бы точно убил. Следы этих древнейших микроорганизмов, возраст которых насчитывает около 3,77 млрд лет, были обнаружены в 2017 г. на севере Канады.
Эти первые обитатели Земли погибли примерно миллиард лет спустя, их погубил как раз кислород (кстати, продукт дыхания одного из видов бактерий). Но тот же самый кислород дал возможность существования новой форме жизни, которая через миллионы лет эволюции обретет способность слышать.
Ухо, звуковая волна, восприятие – три слагаемых шума
Мы знаем, что жизнь зародилась в воде. В течение миллионов лет Мировой океан населяли беспозвоночные существа, у которых еще не было органов слуха. Первые позвоночные возникли в девоне (ок. 418–360 млн лет назад). Это были рыбы, и они обладали уникальным отличительным признаком: это были первые живые существа, которые могли слышать в современном смысле этого слова.
Уже древнейшие рыбы имели примитивные органы слуха. В отличие от обитателей суши у рыб до сих пор нет среднего уха – только внутреннее. Зато это достижение эволюции они получили первыми и владеют им как минимум 380 млн лет. В начале 2000-х гг. палеонтологи изучили останки доисторической рыбы пандерихтиса (верхний девон, примерно 384–376 млн лет назад). Она жила незадолго до появления земноводных, была похожа на сплющенную сверху латимерию и имела отверстие над внутренним ухом, как все рыбы. Однако у пандерихтиса это отверстие было существенно больше, чем у его предшественников. В 2006 г. шведские палеобиологи Мартин Бразо и Пер Ольберг выдвинули гипотезу, согласно которой среднее ухо наземных позвоночных развилось как раз из этого увеличенного отверстия. Ученые также убеждены, что первые амфибии дышали ушами [2] .
2
Pearson Helena. Our ears once breathed // Nature. 2006. 439: 318–321.
Органы дыхания и органы слуха образовали две независимые системы только у тех позвоночных, которые полностью вышли на сушу. О былой связи двух систем напоминает один лишь маленький орган: евстахиева труба, тонкий канал между средним ухом и носоглоткой. О ней знает каждый, кто летал в самолете. Когда на взлете и посадке начинает закладывать уши, мы зажимаем нос и сглатываем. Через евстахиеву трубу воздух движется из носоглотки в ухо и давит изнутри на барабанную перепонку, уже натянутую до предела из-за внешнего давления. Раздается спасительный щелчок, и боль отпускает – внутреннее и внешнее давление выровнялось. Правда, во время болезни этот трюк не работает. Отекшая слизистая не пропускает достаточное количество воздуха в евстахиеву трубу. Тогда от боли в ушах нет спасения. Другая уязвимая категория – маленькие дети. Они часто плачут при взлете и посадке, потому что не умеют сглатывать в нужный момент.