Игорь Иванов - Как расщепляют мгновение

То есть, когда я фотографировал, я, конечно, камеру сдвигал. В результате получилась череда отдельных изображений. Поскольку я всё это вручную выставлял, я смог измерить частоту вот этих вспышек этого дисплея, она получилась примерно 200 герц. Но самое главное, что невооруженным глазом тоже всё прекрасно видно. То есть, когда невооруженным глазом так вот мотнешь взглядом, тоже получается такая последовательность изображений. То есть видите — кое-какую физику можно изучать просто глядя на предметы. Ну, здесь, конечно, можно дальше про красивые картинки рассказывать, но я перейду еще дальше вглубь времени — то есть к долям миллисекунды — и перейду к микросекундному диапазону.

Итак, микросекунды. Микросекунды — это, в общем, довольно уже далеко отстоящий от обычной повседневной жизни диапазон времен, но, тем не менее, его можно наблюдать и с помощью обычных видеокамер. Конечно, они достаточно дорогие, это не те видеокамеры, которые продаются в магазинах. Эти видеокамеры, которые дают сотню тысяч кадров в секунду или даже миллионы кадров в секунду, стоят под миллион долларов. Но иногда достаточно, действительно, бывает купить такую камеру, вложиться в нее, и потом уже можно делать высококлассные работы, настоящие исследовательские научные работы, которые публикуются в высокоимпактных журналах.

И здесь тем есть несколько — то есть темы, которые буквально сейчас активно исследуются учеными. Среди этих тем, наверное, стоит выделить одну: это поведение нестационарных течений, особенно со свободной поверхностью. То есть это не просто, там, движение воды по трубам, а поведение капелек, струек, как они распадаются на капли. И вот, оказывается, здесь есть много нетривиальных вещей, которые до сих пор еще толком не изучены. Вот, например, одна из них — это то, что происходит с перешейком, вот с этим перешеечком, в тот момент, когда капля отрывается. Ну, здесь, на самом деле, нарисована как бы обратная ситуация. Это картинка из работы 2006 года, в которой капля воздуха поднималась со дна жидкости. (Подробнее об этой работе см.: Обнаружен эффект памяти в поведении пузырьков воздуха под водой, «Элементы», 18.10.2006.) В принципе, динамика та же самая. Оказывается, что непосредственно перед моментом отрыва вот эта капелька (вот здесь она показана увеличенно, вот этот перешеек тоже показан увеличенно) ведет себя самоподобным образом. То есть значит, что вот эта форма перешейка при приближении к точке отрыва остается постоянной, но только масштаб ее уменьшается, уменьшается, уменьшается. То есть здесь, конечно, видна как бы точечка, но если бы мы смогли это увеличить, мы бы увидели ту же самую форму — ту же самую форму, как здесь, только на меньшем масштабе.

И вот это очень интересует теоретиков, потому что такое самоподобное поведение на самом деле означает что-то важное про свойства уравнения, в которых это описывается. Ну, это одна из... не то что загадок — одно из свойств этого перешейка. Оказывается, что у него есть много других интересных свойств, и это действительно активно сейчас изучается в эксперименте.

Про микросекунды я еще хочу рассказать следующее: что микросекунды, в принципе, можно изучать и в школьной лаборатории. Для этого не требуется покупать какую-либо очень дорогую камеру. Для этого можно воспользоваться обычным фотоаппаратом, но только надо освещать предмет короткими микросекундными импульсами света. А получить их тоже не так уж сложно. Делается это просто: берете, например, лазерную указку — ну, или, если не хотите лазер мучить, берите маленькое зеркальце, — устанавливаете его на моторчик и раскручиваете его в горизонтальной плоскости. Например, 100 оборотов в секунду, в принципе, вполне можно получить. У вас тогда получится лучик света, который гуляет по стенам с большой скоростью. Дальше: вы ставите поодаль ширмочку, делаете в ней маленькую дырочку (как раз на траектории луча) и тогда, когда вот этот лучик чиркает по этой дырочке, у вас в соседнюю комнату, например, проходит очень короткий импульс света. И вы можете сделать примерные оценки и увидеть, что импульсы длительностью в буквально считанные микросекунды вполне доступны в школьной лаборатории. А дальше это просто снимаете в темной комнате на фотокамеру. И вы действительно видите быстропротекающие явления.

Читать дальше