Ричард Докинз - Сліпий годинникар - як еволюція доводить відсутність задуму у Всесвіті

Розробники радара добре скористалися цією винахідливою технікою. Чи існують якісь докази того, що кажани «відкрили» її теж, як і приймально-передавальну систему? Ну, численні види кажанів справді видають крики, що знижуються, зазвичай десь на октаву, під час кожного крику. Такі крики називають частотно модульованими (ЧМ). Вони, схоже, є саме тим, що потрібно для експлуатації техніки РЛС із внутрішньоімпульсною лінійною частотною модуляцією. Однак наразі всі докази вказують на те, що кажани використовують цю техніку не для розрізнення відлуння й вихідного звуку, який його породив, а для розв’язання більш тонкого завданя — розрізнення відлунь. Кажан живе у світі відлунь від близьких об’єктів, далеких об’єктів і об’єктів на всіх проміжних відстанях. Йому доводиться відсортовувати ці відлуння одне від одного. Якщо він видає крики, що знижуються, немов посвист вовка з мультфільму, це сортування акуратно виконується за тоном. Коли відлуння від далекого об’єкта повернеться назад до кажана, воно буде «давнішим» за відлуння, що повернеться одночасно з ним від близького об’єкта. Отже, воно матиме вищий тон. Коли кажан стикається з одночасними відлуннями від кількох об’єктів, то може застосувати практичне правило: вищий тон означає більшу відстань.

Друга розумна думка, що могла би прийти в голову інженерові, особливо зацікавленому у вимірюванні швидкості рухомої цілі, полягає в експлуатації того, що фізики називають доплерівським зсувом. Його можна назвати «ефектом “швидкої”», бо його найбільш знайомим нам проявом є різкий спад тону сирени машини швидкої допомоги, коли вона проноситься повз слухача. Доплерівський зсув відбувається щоразу, як джерело звуку (світла чи будь-якого іншого типу хвилі) та його приймач рухаються один відносно одного. Найлегше уявити, що джерело звуку є нерухомим, а слухач рухається. Припустімо, що сирена на даху заводу завиває постійно, увесь час на одній ноті. Цей звук розходиться у вигляді низки хвиль. Їх не можна побачити, бо вони є хвилями тиску повітря. Якби ж їх можна було побачити, вони нагадували б концентричні кола, що розходяться вусібіч, коли ми кидаємо камінці в центр стоячого ставка. Уявімо, що камінчики падають у ставок з рівномірною частотою, так, що хвилі постійно розходяться від центру. Якщо у якійсь фіксованій точці ставка поставити на якір крихітний іграшковий кораблик, він ритмічно гойдатиметься вгору і вниз у міру того, як під ним проходитимуть хвилі. Частота, з якою гойдається цей кораблик, аналогічна тону звуку. Тепер припустімо, що кораблик замість того, щоб міцно стояти на якорі, пливе через ставок, у загальному напрямку до центру, з якого колами розходяться хвилі. Він усе одно гойдатиметься вгору і вниз, натикаючись на послідовні хвильові фронти. Але тепер частота, з якою він натикається на хвилі, буде вищою, оскільки він прямує до їх джерела. Він гойдатиметься вгору і вниз із вищою частотою. З іншого боку, коли він промине джерело хвиль і рухатиметься до протилежного берега ставка, частота, з якою він гойдатиметься вгору і вниз, очевидно зменшиться.

З тієї самої причини, якщо швидко їхати на мотоциклі (краще тихому) повз заводську сирену, що завиває, за наближення до заводу тон звуку зростатиме: наші вуха, по суті, вихоплюють хвилі на більшій частоті, ніж якби ми сиділи на одному місці. За аналогією з корабликом, коли наш мотоцикл промине завод і віддалятиметься від нього, тон буде знижуватись. Якщо ми припинимо рухатись, то почуємо тон сирени таким, яким він є насправді, — проміжним між двома тонами з доплерівським зсувом. Звідси випливає, що знаючи точно справжній тон сирени, теоретично можна розрахувати, як швидко ми рухаємося до чи від неї, просто дослухаючись до тону звуку та порівнюючи його з відомим нам тоном.

Той самий принцип працює, коли джерело звуку рухається, а слухач стоїть на місці. Ось чому це працює для «швидкої». Не дуже віриться, але подейкують, що сам Крістіан Доплер продемонстрував свій ефект, найнявши мідний духовий оркестр грати на відкритій залізничній платформі, що мчала повз його вражених слухачів. Значення має саме відносний рух, причому з погляду доплерівського ефекту не важливо, говоримо ми про джерело звуку, що проминає вухо, чи про вухо, що проминає джерело звуку. Якщо два потяги проминають один одного у протилежних напрямках, кожен зі швидкістю 200 км/год, пасажир одного потягу почує свист другого потягу, що затухає через особливо різкий доплерівський зсув, оскільки відносна швидкість тут становить 400 км/год.