Карл Саган - Миллиарды и миллиарды - Размышления о жизни и смерти на рубеже тысячелетий

Сегодня мы обмениваемся информацией – обыденно, не задумываясь и не испытывая ни малейшего трепета, – со скоростью света. От скорости лошади или парусника к скорости света – это рост почти в сотню миллионов раз. В силу фундаментальных законов существования мира, сформулированных Эйнштейном в специальной теории относительности, не существует возможности передавать информацию быстрее скорости света. За одно столетие мы достигли физических пределов скорости коммуникации. Мы уже владеем настолько эффективной технологией со столь масштабными возможностями применения, что в социальном отношении пока до нее не дозрели.

Позвонив на другой континент, вы заметите крохотные задержки между окончанием собственной реплики и реакцией собеседника. Это время, за которое звук нашего голоса доходит до телефона, преобразуется в электрический сигнал, в этом виде бежит по проводам до передающей станции, в микроволновом диапазоне излучается на спутник связи, находящийся на геосинхронной орбите, отражается на принимающую станцию спутниковой связи, проходит еще какой-то путь по проводам, приводит в движение мембрану телефонной трубки (на другой стороне земного шара), преобразуется в звуковые волны в очень узком слышимом диапазоне, попадает в ухо человека, посредством электрохимических импульсов передается в головной мозг и там обрабатывается.

Расстояние от Земли до геосинхронной орбиты и обратно свет пробегает за четверть секунды. Чем дальше разнесены передатчик и приемник, тем больше нужно времени на передачу. При радиосвязи с астронавтами лунной миссии «Аполлон» задержка между вопросами и ответами была длиннее. Время прохождения света от Земли до Луны и обратно составляет 2,6 секунды. При самом благоприятном положении космического корабля на орбите Марса получение сообщения занимает 20 минут. В августе 1989 г. мы получили кадры, переданные автоматической станцией «Вояджер-2» от Нептуна, его спутников, колец и арок. Со скоростью света пять часов неслись к нам эти данные с отдаленных рубежей Солнечной системы. Это был самый затяжной сеанс коммуникации за всю предыдущую историю человечества.

Во многих ситуациях свет ведет себя как волна. Представим, например, что свет проходит в затемненную комнату через две параллельные щели и попадает на экран. Что мы увидим на экране? Изображение щелей (а точнее – ряд параллельных ярких и темных полос) – «интерференционный узор». Пройдя сквозь пару щелей, свет не движется прямо вперед, как летящая пуля, а распространяется во все стороны под разными углами. Там, где накладываются друг на друга гребни двух волн, мы в силу эффекта так называемой усиливающей интерференции видим яркое изображение щели, в местах наложения впадин ослабляющая интерференция создает темную полосу. Это характерное поведение волны. Ту же картину можно наблюдать, если проделать два отверстия в опоре пирса на уровне воды.

В то же время свет ведет себя еще и как поток крохотных «летящих пуль» – фотонов. На этом основан принцип действия обычного фотоэлемента (например, в фотоаппарате или в калькуляторе со световой подзарядкой). Каждый попадающий на него фотон выбивает из светочувствительной поверхности электрон. Множество фотонов создают поток электронов, или электрический ток. Но как свет может быть одновременно и волной, и частицей? Чтобы не ломать голову, лучше представить его себе как нечто третье, не волну и не поток частиц в чистом виде, – нечто, не имеющее прямых аналогий в обыденном мире, а лишь ведущее себя в одних условиях как волна, а в других – как частица. Корпускулярно-волновой дуализм – очередная порция лекарства от человеческой гордыни. Природа не обязана соответствовать нашим ожиданиям и предпочтениям и быть понятной для нашего ограниченного ума.

Что касается практического применения, свет аналогичен звуку. Световые волны являются трехмерными, имеют частоту, длину волны и скорость распространения (скорость света). Единственное – но потрясающее – отличие состоит в том, что для распространения им не нужна среда, например вода или воздух. Свет Солнца и далеких звезд доходит до нас, хотя пространство между нами является почти идеальным вакуумом. В открытом космосе астронавты не могут переговариваться, кроме как по радио, даже находясь в нескольких сантиметрах друг от друга. Отсутствует воздух, в котором мог бы распространяться звук. Но видят они друг друга прекрасно. Сблизившись настолько, чтобы их шлемы соприкасались, они смогут и слышать друг друга. Если из вашей комнаты внезапно исчезнет воздух, вы не услышите, как сосед по комнате жалуется на это обстоятельство, хотя какое-то мгновение сможете наблюдать, как он жестикулирует и разевает рот.