НЕИСЧЕРПАЕМОЕ
В  ПРИВЫЧНОМ
 А.  ПЛОНСКИЙ

НЕИСЧЕРПАЕМОЕ
В  ПРИВЫЧНОМ
 ИЗДАТЕЛЬСТВО  «СОВЕТСКАЯ  РОССИЯ»  МОСКВА  —  073
 А.  ПЛОНСКИИ

530.1
 П39
 Городу  Омску,  где  я  живу,  Омскому  политехни¬
ческому  институту,  в  котором  с  удовольствием
работаю,  моим  товарищам  —  преподавателям  и
студентам  —  посвящаю  эту  книгу
 Автор
 ©Издательство  «Советская  Россия»,  1973  г.

ОТ  АВТОРА 	ЕСТЬ 	В 	МОЕЙ 	КНИГЕ  хорошее,  кое-что  слабо,
 НЕМАЛО  ЕСТЬ  И  ПЛОХОГО.  ДРУГИХ  КНИГ
НЕ  БЫВАЕТ,  МОЙ  ДРУГ.
 Марк  Валерий  Марциал
 В  1958  году  издательство  «Совет¬
ская  Россия»  выпустило  мою  книгу
под  «лаконичным»  названием  «Ра¬
диоэлектроника  или  рассказ  об  уди¬
вительных  открытиях:  о  том,  как
человек  приручил  волну,  о  новом
Аладдине  и  его  лампе,  о  том,  как
подслушали  разговор  звезд,  о  ста
профессиях  «мыслящей»  машины
и  о  многом  другом».  Предисловие
к  этой  книге  начиналось  с  воспоми¬
наний:
 «В  годы  моей  юности,  среди  мно¬
жества  больших  и  малых  книг  по¬
палась  мне  скромная  книжка  в  про¬
стом  бумажном  переплете.  Помнит¬
ся,  называлась  она  «Веселое  ра¬
дио»...  В  то  время  я  имел  о  радио
самое  смутное  представление.  Ра¬
диотехника  казалась  мне  делом
страшно  сложным,  доступным  лишь
избранным.  Книги  по  радио,  кото¬
рые  я  видел  в  библиотеке,  состояли
наполовину  из  скучных  схем  и  со¬
вершенно  непонятных  формул.  Вот
почему  броский  заголовок  «Веселое
радио»  вызвал  во  мне  чувство  не¬
доверия.  «Ну  что  здесь  может  быть
веселого,  занимательного?»  —  думал
я,  раскрывая  книгу.  Но  с  каждой
прочитанной  страницей  мое  пре¬
дубеждение  рассеивалось.  Передо
мной  постепенно  раскрывался  но¬
вый,  неведомый  мир  —  мир  радио.
И  до  чего  же  он  оказался  увлека¬
телен!».
 Далее  в  предисловии  рассказы¬
валось  о  том,  сколько  прекрасных,
запомнившихся  на  всю  жизнь  ча¬
сов  дало  мне  увлечение  радиолюби¬
тельством.
 «...Как  сейчас  вижу: 	поздняя
 ночь,  в  темноте  сверкает  рубино¬
вый  глаз  радиоприемника.  На  столе
передо  мной  аппаратный  журнал,
раскрытый  на  чистой  странице.  За¬
таив  дыхание,  медленно  вращаю
ручку  настройки.  В  наушниках  —
неумолчный  шум  эфира,  напомина¬
ющий  рокот  морского  прибоя.  Пу¬
сто...  кажется,—  ты  один  во  всей
Вселенной.  Неожиданно  сквозь  од¬
нообразный  шорох  пробивается  едва
уловимое,  дрожащее  пение  морзян¬
ки.  Знакомая  мелодия  телеграфной
азбуки.  В  мозгу  сами  собой  склады¬
ваются  слова  «Всем...  всем...  Вызы¬
ваю  для  двусторонней  радиосвязи
всех  коротковолновиков  мира.  Здесь
Гавайские  острова.  Кто  меня  слы¬
шит,  отвечайте!..»
 «А  потом  я  окончил  институт  и
стал  радиоспециалистом.  И  вот  что
интересно:  почти  все  мои  товарищи
начинали  с  радиолюбительства.
Специальность  они  выбрали  не  слу¬
чайно,  а  по  велению  сердца.  Спро¬
сите  любого  из  них  —  с  каким  за¬
душевным  чувством  вспомнит  он
свой  первый  приемник...
 А  я  в  таких  случаях  вспоминаю
еще  забытую,  давно  устаревшую
 1*
 3

Книжку.  Ведь  она  сыграла  очень
важную  роль  в  моей  жизни.  Кем  бы
я  стал  без  нее  —  врачом,  сталева¬
ром,  учителем,  агрономом?  Каждая
специальность  хороша  по-своему,
но  моя  все-таки  лучше  всех.
 «Веселое  радио»  сейчас  годится
разве  лишь  для  музея.  Подобно  то¬
му  как  современный  локомотив  сов¬
сем  не  похож  на  старинную  «кукуш¬
ку»  и  радиотехника  наших  дней
весьма  отдаленно  напоминает  радио¬
технику  прошлого».
 Эти  строки  были  написаны  полтора
десятилетия  назад.  Подсчитано,  что
с  тех  пор  объем  человеческих  зна¬
ний  возрос  вдвое.  Развитие  радио¬
техники  было  особенно  бурным.
 Не  раз  и  не  два  я  с  грустью  брал
в  руки  свою  стареющую  «Радиоэле¬
ктронику».  Из  десятка  написанных
м&ой  научно-популярных  книжек
эта  —  самая  любимая.  Работая  над
ней,  я  старался  не  только  рассказать
 о 	радиотехнике  того  времени,  но  и
«чуточку  заглянуть  в  будущее».
 Сегодня  многое  из  того,  что  было
тогда  новшеством,  вызывало  изумле¬
ние,  успело  укорениться,  войти  в
Привычку,  стать  самой  обыкновен¬
ной  вещью.  «Печатные  схемы  —  пока
е*це  новинка  радиопромышленнос¬
ти»,—  утверждалось^  «Радиоэлектро¬
нике».  А  сейчас  трудно  найти  радио¬
приемник,  смонтированный  без  при¬
менения  печатных  схем.  Появились
и  захватывают  «ключевые  позиции»
более  совершенные  интегральные
схемы.
 «Недалек  день,—  писал  я  полтора
десятилетия  назад,—  когда  москвичи
получат  возможность  незримо  при¬
сутствовать  в  концертных  залах  Ле¬
нинграда,  а  ленинградцы  станут  за¬
 всегдатаями  Большого  театра.  Скоро
наступит  время,  когда  телевизоры
получат  такое  же  распространение,
как  и  радиоприемники».  Сегодня  эти
строки  вызовут  улыбку:  а  разве  мо¬
жет  быть  иначе?
 Или  взять  такие  слова:  «У  маг¬
нитной  записи  телевидения  много
преимуществ.  Магнитная  лента  в  от¬
личие  от  кинопленки  не  требует  ка¬
кой-либо  обработки  и  тотчас  после
съемки  готова  к  воспроизведению.
Нет  сомнения,  что  в  ближайшем  бу¬
дущем  запись  телевизионных  про¬
грамм  станет  очень  распространен¬
ной».  Строки  и  впрямь  «пророчес¬
кие»:  в  наши  дни  многие  телевизион¬
ные  передачи  идут  в  магнитной  за¬
писи,  без  нее  не  обходится  ни  одна
трансляция  хоккейного  или  футболь¬
ного  матча.
 ...Шайба  описала  фантастическую
кривую  и  над  головой  вратаря  вле¬
тела  в  ворота.  Несколько  секунд
спустя  все  повторяется  —  телезри¬
тели  наблюдают  эпизод  в  магнитной
записи.  А  иногда  передача  матча
идет  со  сдвигом  во  времени,  в  наибо¬
лее  удобные  для  зрителей  часы.  И
это  тоже  магнитная  запись.
 Но  вот  продолжение  «пророчества»
пока  еще  не  осуществилось.  Впро¬
чем,  и  сегодня  можно  утверждать,
что  «настанет  день,  когда  специаль¬
ный  магнитофон  сделается  необхо¬
димым  дополнением  к  телевизору.
У  многих  из  нас  появятся  целые
коллекции  магнитных  лент  с  запи¬
сями  полюбившихся  спектаклей,  кон¬
цертов,  кинофильмов».
 И  другое  предсказание  пока  не
сбылось: 	«Пройдет  еще  несколько
 лет,  и  телевизионный  экран  станет
непременной  принадлежностью  каж¬
 4

дого  телефонного  аппарата.  Об  этом
мечтали  авторы  научно-фантастиче¬
ских  романов».  Увы,  видеотелефон  в
нашей  квартире  продолжает  оста¬
ваться  мечтой.  Но  он  уже  есть  на
пунктах  междугородней  связи!
 Не  скрою,  некоторые  из  прогнозов,
осуществившись,  доставили  мне
большое  удовлетворение.  Вот  один
из  них:
 «Мы  стоим  на  пороге  космических
полетов.  Ракетные  корабли  будут
управляться  посредством  специаль¬
ных  радиотелескопов,  передающих
команды  с  Земли  и  принимающих
сигналы  с  ракеты.  Первыми  космо¬
навтами  окажутся  не  люди,  а  радио¬
приборы.  Они  разведают  мировое
пространство,  и  только  тогда  двери
ракетного  корабля  раскроются  для
человека.  Но  и  во  время  самого
первого  полета  ученые  благодаря
телевизору  смогут  видеть  все,  что
делается  внутри  корабля...  Перед
людьми,  находящимися  на  Земле,
предстанет  величественная  карти¬
на  мирового  пространства,  как
если  бы  они  были  на  борту  ракеты
и  сами  совершали  космический  по*
лет».
 А  вот  еще  «взгляд  в  будущее».
 «Недавно  у  нас  были  проведены
опыты  по  ретрансляции  передач
Московского  телецентра  в  Минск  и
другие  города.  Радиорелейная  линия,
по  которой  передавались  телевизи¬
онные  программы,  весьма  необычна:
ретрансляционные  станции  находи¬
лись  на  самолетах,  высоко  в  небе...
А  что,  если  вместо  самолетов  исполь¬
зовать  искусственные  спутники  Зем¬
ли?  Ясно,  что  эффект  получился  бы
грандиозный!  Широкий  веер  радио¬
волн,  ретранслируемых  со  спутника
 Обратно  на  Землю,  покрывал  бы  об¬
ширный  участок  земной  поверхнос¬
ти...  Московские  телевизионные  про¬
граммы  смогут  тогда  смотреть  во
Владивостоке!»
 Смотрят  во  Владивостоке  програм¬
мы  Центрального  телевидения.  Рет¬
ранслируются  эти  программы  через
спутники  связи  «Молния-1»!
 Близок  к  осуществлению  и  такой
прогноз:
 «Пройдет  совсем  немного  времени,
и  целая  армия  «машин  с  высшим  об¬
разованием»  будет  управлять  наши¬
ми  заводами  и  фабриками,  электро¬
станциями  и  энергосистемами,  же¬
лезнодорожным  движением  и  поле¬
тами  воздушных  кораблей».
 Действительно,  электронно-вычис¬
лительные  машины  начинают  все  ак¬
тивнее  «вмешиваться»  в  управлен¬
ческие  функции.  На  ряде  заводов  со¬
здаются  и  вводятся  в  эксплуатацию
автоматизированные  системы  управ¬
ления  производством.
 Предисловие  к  «Радиоэлектрони¬
ке»  заканчивалось  словами:
 «Открытия,  о  которых  рассказыва¬
ет  эта  книга,  показались  бы  челове¬
ку  относительно  недавнего  прошлого
невероятными.  Но  мы-то  с  вами  зна¬
ем,  что  эти  открытия  —  реальная
действительность...»
 Интересно,  что  подумал  бы  совре¬
менник  «Радиоэлектроники»,  для
нас,  сегодняшних,—  тоже  «человек
относительно  недавнего  прошлого»,
 о 	хирургической  операции  с  помо¬
щью  светового  луча  или  о  машине,
месяцами  колесящей  по  лунной  по¬
верхности?  Многое  из  того,  что  ста¬
ло  привычным  б  семидесятые  годы,
казалось  невероятным  в  пятидеся-
|ые...
 5

И  вот  мне  захотелось  написать  но¬
вую  книгу.
 Многое  в  «Радиоэлектронике»  сей¬
час  устарело.  Что-то  кажется  поверх¬
ностным  и  примитивным.  Излишняя
пестрота  и  увлечение  частностями
пошли  в  ущерб  содержательности.
К  тому  же  и  сама  радиоэлектрони¬
ка,  как  область  знаний,  напоминает
сейчас  не  разлившуюся  в  половодье
реку,  а  глубоководную  океанскую
впадину.  До  каких  глубин  можно  по¬
грузиться  в  нее,  не  прибегая  к  мате¬
матическим  формулам,  графикам,
специфическим  схемам,  не  переходя
на  профессиональный  язык,  но  и  не
сбиваясь  на  упрощенчество?  Честно
говоря,  сейчас,  когда  я  пишу  преди¬
словие  к  своей  новой  книге,  преем¬
нице  «Радиоэлектроники»,  мне  еще
не  ясен  ответ  на  этот  вопрос.  Я  чув¬
ствую  себя  создателем  еще  не  испы¬
танного  дивного  батискафа,  а  погру¬
жение  в  глубины  предстоит  акванав¬
ту  —  читателю.  И  меня,  естественно,
волнует  мысль:  проникнет  ли  он  не¬
искушенным  взором  в  океанскую
толщу  знаний,  не  покажется  ли  ему
слишком  серым  и  тусклым  отсвет
великих  всполохов,  проникающий
сквозь  стекла  иллюминаторов?  Не
предпочтет  ли  «акванавт»  скользить
у  самой  поверхности?
 Радиоэлектроника  на  редкость  бо¬
 гата  сенсациями.  Рассказывать  о  них
легко  и  приятно.  Читать  —  тоже.  Но
сиюминутные  сенсации,  единожды
поразив  воображение,  быстро  ста¬
реют  или  «приедаются».  Рассказ  о
них  также  устаревает  в  считанные
годы.  Не  в  этом  ли  секрет  скорого
«увядания»,  постигшего  большин¬
ство  научно-популярных  книг  по
радиотехнике  и  среди  них  —  мою
«Радиоэлектронику»?
 Гораздо  труднее  соединить  в  пра¬
вильных  пропорциях  познаватель-
ность  с  увлекательностью,  заинтри¬
говать  читателя  романтикой  научно¬
го  поиска,  пробудить  чувство  сопри¬
частности  к  творчеству  ученых...
 Математики  различают  общие  и  со¬
подчиненные  им  частные  решения.
Попробуем  и  мы  взглянуть  на  ра¬
диоэлектронику  как  на  частное  ре¬
шение  грандиозной  проблемы  коле¬
баний.  Радиоэлектроника  имеет  де¬
ло  с  электромагнитными  колебания¬
ми,  мы  же  познакомимся  не  только
с  ними,  но  и  со  всевозможными  ви¬
дами  колебаний  и  волн,  ибо  коле¬
бательный  характер  в  той  или  иной
мере  присущ  всем  процессам,  связы¬
вает  самые,  на  первый  взгляд,  раз¬
нородные  физические  явления.  На¬
звание  книги  «Неисчерпаемое  в  при¬
вычном»  отражает  именно  эту  осо¬
бенность  колебаний.

УДИВИТЕЛЬНЫЙ  МИР,
УДИВИТЕЛЬНАЯ  ЭПОХА
 ВРЕМЯ  ВСЕСИЛЬНО:  ПОРОЙ  ИЗМЕНЯЮТ  НЕМНОГИЕ
ГОДЫ
 ИМЯ  И  ОБЛИК  ВЕЩЕЙ,  ИХ  ЕСТЕСТВО  И  СУДЬБУ.
 Платон
 Мы  живем  в  бесконечно  многообразном,  переменчивом  мире,
где  «все  течет,  все  изменяется».  Это  подметил  еще  древнегрече¬
ский  философ-материалист  и  диалектик  Гераклит.  Жизнь  —  бес¬
прерывный  процесс  движения,  утверждал  он.  Все  в  природе  не¬
престанно  обновляется.  Дважды  войти  в  одну  и  ту  же  реку  невоз¬
можно:  в  ней  уже  новые  воды,  значит,  и  река  иная!
 Все  течет,  все  изменяется...  Но  как  часто  мы  произносим  сло¬
во  «постоянство».  Маркс  и  Энгельс  явили  пример  постоянства  в
дружбе,  постоянства  в  борьбе.  Шекспир  воспел  постоянство  в
любви.  Верность  присяге,  преданность  родине  —  тоже  высокие
проявления  постоянства.  Словом,  постоянство,  как  морально-эти¬
ческая  категория,  как  завидное  человеческое  качество,  существу¬
ет  и  достойно  преклонения.  Только  заядлые  циники  могут  отри¬
цать  его  возможность.
 Но  речь  пойдет  не  о  морально-этической  категории,  а  о  ес¬
тественнонаучном  понятии,  о  характеристике  материи  и  движе¬
ния.
 Нередко  говорят: 	«постоянная  температура»,  «постоянная
 скорость»,  «постоянный  ток».  И  это  не  жаргонные  выражения,  а
общепринятые  термины.  Между  тем  слово  «^постоянство»,  по  сути
дела,  лишь  отвлеченная,  сугубо  условная,  либо  математически
абстрактная  характеристика.  Говоря,  например,  о  постоянной
температуре,  подразумевают  температуру,  которая  не  выходит  из
определенных  границ  (заданное  значение  «плюс-минус»  градус,
десятая,  сотая  или,  допустим,  тысячная  доля  градуса).  Таким  об¬
разом,  «постоянная»  температура  на  самом  деле  колеблется  вбли¬
зи  заданного  значения.  По  размаху  этих  колебаний  судят  о  точ¬
ности,  с  которой  «поддерживается  постоянство».
 Комнатный  термометр  может  весь  день  показывать  двадцать
градусов.  Это  не  значит,  что  температура  и  впрямь  равна  в  точ¬
ности  двадцати  градусам.  «Круглые  цифры  всегда  врут»,—
 7

справедливо  заметил  английский  литературовед  Самюэл  Джонсон
(1709—1784).  Обычный  термометр  слишком  груб,  чтобы  уловить
колебания  температуры,  скажем,  в  десятую  долю  градуса.  С  быто¬
вой  точки  зрения  такие  температурные  изменения  пренебрежи¬
мо  малы,  а  при  научных  исследованиях  «поддерживать  постоян¬
ство»  температуры  приходится  иногда  с  точностью  до  десятиты¬
сячных  долей  градуса.  Но  даже  если  самый  совершенный,  самый
чувствительный  лабораторный  прибор  вдруг  засвидетельствует
абсолютное  постоянство  измеряемой  физической  величины,  все
равно  не  верьте!  Пройдут  годы,  возможно,  столетия,  появятся
новые,  еще  более  совершенные  и  чувствительные  приборы,  и  с
их  помощью  обязательно  удастся  обнаружить  «неуловимые»  ко¬
лебания  величины,  которая  сейчас  кажется  постоянной.
 Скорость  вращения  земного  шара  вокруг  оси  считалась  неиз¬
менной.  Но  появились  современные  квантовые  приборы  времени,
и  выяснилось:  период  вращения  Земли  —  сутки  —  не  абсолютно
постоянен,  а  отклоняется  раз  от  раза  на  несколько  десятиты¬
сячных  долей  секунды.  Вот  вам  и  «постоянная  скорость»  враще¬
ния!
 А  «постоянный  ток»?  Еще  в  школе  мы  учили,  что  его  сила  не
меняется.  Но  такого  тока  в  природе  нет,  это  идеализированное
представление.  Реальный  ток  непрерывно  «скачет».  Скачки  (их
называют  флуктуациями)  обычно  микроскопической  величины.
И  все  же  как  ни  пытайся,  от  них  не  избавишься.
 «Но  ведь  в  любом  физическом  справочнике  .приводятся  много¬
численные  постоянные  —  константы!»  —  может  возразить  чита¬
тель.
 Да,  «неизменные»  константы  вещества  существуют.  К  ним
относятся  коэффициент  преломления,  диэлектрическая  постоян¬
ная,  магнитная  проницаемость  и  др.  Но  мы  не  зря  взяли  слово
«неизменные»  в  кавычки.  Так,  коэффициент  преломления  света,
как  выяснилось  недавно,  зависит  от  мощности  светового  луча.
Константа  при  достаточно  пристальном  изучении  перестает  быть
константой!
 Выходит,  и  здесь  нет  истинного  постоянства.
 И  хорошо,  что  нет!  Постоянство  в  природе  означало  бы  конец
развития,  могильный  холод,  застой.  Это  счастье,  что  мир  пере¬
менчив,  все  время  обновляется,  что  у  него  есть  прошлое,  настоя¬
щее  и  —  обязательно!  —  будущее.
 Все  течет,  все  изменяется,  непреходящи  только  духовные  цен¬
ности  человечества,  да  и  они  пополняются  от  поколения  к  поко¬
лению.  К  числу  этих  ценностей  относятся  и  наши  знания.
 Мы  живем  не  только  в  удивительном  мире,  но  и  в  удивитель¬
нейшую  эпоху.  Одни  называют  ее  веком  атома,  другие  —  веком
 8

автоматизации,  космонавтики  и  т.  п.,  причем  предпочтение  от¬
дают  той  области  науки  и  техники,  интересы  которой  наиболее
близки,  наиболее  понятны.  Но,  увы,  эта  невольная  абсолютизация
достижений  одной  науки  в  ущерб  другим.  А  для  нашей  совре¬
менности  характерно  стремительное  развитие  многих  наук,  как
фундаментальных  (физика,  химия,  математика),  так  и  приклад¬
ных  (автоматика,  кибернетика,  метрология,  радиоэлектроника
и  др.).  Вот  почему  правильнее  говорить  о  переживаемой  нами
эпохе,  как  об  эпохе  современной  научно-технической  рево¬
люции.
 Шестисоттысячелетнюю  историю  человечества  образно  срав¬
нивают  с  марафонским  бегом  на  шестьдесят  километров.  Почти
вся  дистанция  —  сплошные  девственные  леса,  и  лишь  на  послед¬
нем  километре  можно  встретить  первые  признаки  культуры:  пер¬
вобытные  орудия,  следы  земледелия,  пещерные  рисунки...  За  200
метров  до  финиша  видны  римские  укрепления,  за  100  —  средне¬
вековые  города.  И  лишь  заключительные  метры  «бега»  происхо¬
дят  в  привычных  для  современного  человека  условиях.  А  самый
последний  шаг  к  финишной  черте  соответствует  возрасту  научно-
технической  революции.
 И  в  самом  деле,  10—15  лет  назад  современная  научно-техни¬
ческая  революция  только  еще  стучалась  в  наши  двери,  но,  едва
войдя  в  них,  лавинообразно  разрослась  и  сегодня  приняла  гло¬
бальные  масштабы.  За  одно  ее  десятилетие  человек  поднялся  в
космос,  побывал  на  Луне,  «руками»  роботов  коснулся  Венеры  и
Марса,  осуществил  яересадку  сердца,  придумал  интегральные
схемы,  породил  третье  и  четвертое  поколения  электронно-вычис¬
лительных  машин,  дал  метру  и  секунде  квантовые  эталоны,  по¬
дарил  «голубому  экрану»  богатство  красок...  И  это  далеко  не  все,
что  сделано  человечеством  за  один  лишь  шаг  его  истории.
 Гигантский  качественный  скачок,  коренной  переворот  в  науке
и,  как  следствие,  в  технике  —  суть  современной  научно-техничес¬
кой  революции.
 Развитие  науки  и  техники  может  быть  эволюционным,  т.  е.
плавным,  постепенным,  без  существенного  изменения  естествен¬
нонаучных  основ,  методов  производства,  конструктивных  реше¬
ний,  технологических  процессов  и  т.  п.,  либо  революционным  —
бурным,  скачкообразным,  сопровождающимся  ломкой  привыч¬
ных  представлений,  устоявшихся  взглядов.
 Современная  научно-техническая  революция  возникла  не
вдруг,  не  по  чьей-то  воле,  а  в  результате  внезапного,  на  первый
взгляд,  самопроизвольного  перехода  количества  в  качество.  Но
подобный  переход  не  случаен,  а  строго  закономерен,  обусловлен
всем  ^предшествующим  развитием  науки  и  техники.
 9

Научно-техническая  революция  готовилась  исподволь,  кро¬
потливо  и  тщательно.  Совершенствовались  методы  теоретическо¬
го  анализа.  Накапливались  экспериментальные  факты.  Наука
перевооружилась  —  была  создана  новая  база  научно-техническо¬
го  прогресса:  электронные  микроскопы,  ускорители  заряженных
частиц,  электронно-вычислительные  машины,  квантовые  генера¬
торы  и  т.  д.  Невообразимо  повысилась  точность  измерения  физи¬
ческих  величин,  следовательно,  стали  доступны  изучению  более
тонкие  эффекты,  остававшиеся  ранее  незамеченными.  И  вот  —
штурм,  выход  на  новые  научные  рубежи,  стремительное  продви¬
жение  вперед.
 Это  не  первый  штурм  бастионов  природы.  Достаточно  упомя¬
нуть  о  революции  в  естествознании  конца  XIX  —  начала  XX  века.
Но  нынешняя  научная  революция  носит  наиболее  общий,
наиболее  (комплексный  характер.  Наступление  ведется  по  всему
фронту,  а  не  на  отдельных  участках,  как  бывало  раньше.  Науч¬
ные  открытия  оперативно  внедряются  в  технику,  преображают
ее.  Наука  стала  неотъемлемым  звеном  современного  производст¬
ва,  непосредственной  производительной  силой.
 Впрочем,  роль  науки  не  ограничивается  удовлетворением  те¬
кущих  потребностей  производства.  Ее  взор  должен  проникать
далеко  за  пределы  сегодняшнего  горизонта  знаний.
 Было  время,  когда  ученых  порой  упрекали  за  «отрыв  от  жиз¬
ни»,  уход  в  «чистую  науку»,  «науку  ради  науки».  На  самом  же
деле  «чистой  науки»  не  существует,  это  подтверждено  многими
историческими  примерами.  Вот  один  из  них.
 В  восьмидесятых  годах  прошлого  века  французские  физики
братья  Кюри  обнаружили,  что  при  сдавливании  кварцевого  кри¬
сталла  на  его  гранях  возникают  электрические  заряды.  Так  было
открыто  пьезоэлектричество  (от  греческого  слово  «пьезо»  —  дав¬
лю).  Этому  открытию  современники  не  придали  значения,  во¬
сприняли  как  научный  курьез,  не  имеющий  практической  ценно¬
сти.  А  в  наши  дни  пьезоэлектричество  играет  важную  роль.  На
нем  основано,  например,  действие  высокоточных  кварцевых  ча¬
сов,  фильтров  в  системах  многоканальной  связи,  проигрывателей
грампластинок.
 Предвидеть  то  или  иное  научное  открытие,  -правильно  и  сво¬
евременно  оценить  перспективы  его  использования  —  значит  ус¬
корить  научно-технический  прогресс.  Но  возможно  ли  такое*
предвидение,  не  оказывается  ли  оно  «гаданием  на  кофейной
гуще»?
 Еще  Овидий  утверждал,  что  «истинный  пророк  —  разум:
лишь  он  предсказывает  будущее».
 Предсказания  сбываются,  если  под  ними  научная  основа.
 10

Классический  пример  —  прогноз  К.  Э.  Циолковского  о  возможно¬
сти  космических  полетов.  «Пророчества»  же,  противоречащие
законам  природы,  законам  развития  общества,  не  выдерживают
проверки  временем.
 Чтобы  предсказывать  пути  развития  науки,  вовсе  не  требует¬
ся  обладать  сверхъестественным  даром  «ясновидения».  Сущест¬
вует  добрая  сотня  приемов  научно-технического  прогнозирова¬
ния.  Их  можно  разделить  на  три  укрупненных  группы.
 Известно,  например,  что  население  земного  шара  неуклонно
возрастает.  Этот  рост  отображается  определенным  графиком.  Про¬
должая  график  («экстраполируя»  его  на  последующие  годы),
можно  с  большой  степенью  вероятности  прогнозировать  числен¬
ность  населения  в  будущем.  Такой  прием  прогнозирования  отно¬
сится  к  первой  группе  —  способам  экстраполяции.
 В  некоторых  случаях  прогнозируемое  явление  удается  под¬
менить  моделью.  Это  позволяет  тысячекратно  ускорить  ход  вре¬
мени  —  годы  «сжать»  в  часы  и  минуты  (прием,  относящийся  ко
второй  группе  —  способам  моделирования).
 Пословица  гласит:  «Ум  —  хорошо,  а  два  —  лучше».  Недаром
врачи  в  затруднительных  ситуациях  собирают  консилиум.  Опыт¬
ный  специалист-эксперт,  опираясь  на  интуицию  и  многолетний
опыт,  способен  заглянуть  в  будущее.  Но  интуиция  иногда  подво¬
дит.  А  вот  если  «проинтегрировать»  прогнозы  многих  экспертов,
то  результат  окажется  более  достоверным.  Таскова  суть  третьей
группы  приемов  прогнозирования  —  способов  коллективной  экс¬
пертизы.
 Прогнозировать  эволюцию  науки  легче  —  помогает  опыт  про¬
шлого,  ^применимы  способы  экстраполяции.  Предсказывать  каче¬
ственные  скачки  и  перевороты,  характерные  для  научно-техниче¬
ской  революции,  —  труднее.  Ну  кто  мог  в  свое  время  напророчить
возникновение  квантовой  механики?  Классическая  физика,  каза¬
лось  бы,  достигла  полосы  штилевого  благополучия,  и  вдруг
самое  настоящее  стихийное  бедствие,  «крушение»  основ!  Об¬
наружены  явления,  противоречащие,  казалось  бы,  незыбле¬
мой,  достигшей  совершенства  теории.  Физики  —  в  растерян¬
ности.
 В  книге  П.  К.  Ощепкова  «Жизнь  и  мечта»  приводится  харак¬
терное  признание  видного  ученого  Лоренца:
 «Сегодня,  излагая  электромагнитную  теорию,  я  утверждаю,  —
товорил  Лоренц  в  беседе  с  А.  Ф.  Иоффе,  —  что  движущийся  по
криволинейной  орбите  электрон  излучает  энергию,  а  завтра  в  той
же  аудитории  я  говорю,  что  электрон,  вращаясь  вокруг  ядра,  не
теряет  энергии.  Где  же  истина,  если  о  ней  можно  делать  такие
взаимоисключающие  утверждения?  Способны  ли  мы  вообще  уз¬
 11

нать  истину  и  имеет  ли  смысл  заниматься  наукой?  Я  потерял
уверенность,  что  моя  научная  работа  вела  к  объективной  исти¬
це,  и  я  не  знаю,  зачем  жил,  жалею  только,  что  я  не  умер  пять
лет  назад,  когда  мне  все  представлялось  ясным».
 Вот  так  бывает  в  науке.  Сегодня  —  полная  ясность,  сознание-
собственного  могущества.  Завтра  —  внезапный  кризис,  суетаг
растерянность.  А  послезавтра  —  шквал  гениальных  идей,  новая
ошеломляюще  «безумная»  теория,  в  которую  поначалу  никак
нельзя  поверить.  Но  она  логична,  согласуется  с  опытом,  ее  по¬
зиции  крепнут  год  от  года.  И  опять  ясность,  гармония,  триумф
познания.  Надолго  ли?
 Как  не  вспомнить  здесь  слова  основоположника  кибернетикй
Норберта  Винера:  «Важна  битва  за  знание,  а  не  победа.  За  каж¬
дой  победой,  т.  е.  за  всем,  что  достигает  апогея  своего,  сразу
же  наступают  сумерки  богов,  в  которых  само  понятие  победы
растворяется  в  тот  самый  момент,  когда  она  будет  достиг¬
нута!»
 Победа  в  науке  всегда  относительна:  поднимая  на  только  что
покоренную  вершину  знаний,  она  заставляет  посмотреть  вокруг
другими,  по-новому  зоркими  глазами,  и  тогда  оказывается,  что
это  не  долгожданный  перевал,  а  всего  лишь  площадка  на  обры¬
вистом  лути  вверх,  где  громоздятся  контуры  отдаленных  гранди¬
озных  вершин...
 Классическая  физика,  достигнув  «вершины»,  вооружила  уче¬
ных  «волшебными  стеклами»,  сквозь  которые  стали  видны  ее
изъяны.  В  мире  солнц  и  песчинок,  океанов  и  мельчайших  капе¬
лек  воды,  небоскребов  и  карточных  домиков,  словом,  в  макроми¬
ре  —  законы  классической  физики  остались  незыблемыми.  А  вот
в  мире  молекул,  атомов  и  элементарных  частиц  —  в  микромире  —
она  проявила  полную  беспомощность.  Понадобилась  революция  в
естествознании,  чтобы  возникла  новая,  квантовая  физика  —  фи¬
зика  микромира.  Она  объяснила  ряд  «необъяснимых»  явлений  и
дала  мощный  толчок  науке  и  технике,  приведший  впоследствии
к  созданию  ядерных  реакторов  и  лазеров.
 Квантовая  теория  безупречна,  пока  речь  идет  об  атомах  и  мо¬
лекулах,  движущихся  со  скоростями,  значительно  более  низкимиг
чем  скорость  света.  Но  она  «пасует»  перед  микрочастицами,  ско¬
рости  которых  близки  к  световым.
 Лауреат  Нобелевской  премии  академик  И.  Е.  Тамм  несколько
лет  назад  предсказал  близость  важных  перемен,  новой  революции
в  физике,  которая  приведет  к  не  менее  серьезному  пересмотру
наших  представлений  и  понятий,  чем  тот,  который  вызвали  пол¬
века  назад  теория  относительности  и  квантовая  теория.
 Коренные  скачки,  сопровождаемые  ломкой  представлений,  не-
 12

избажны.  Предугадать  их  конкретное  содержание,  сроки,  после¬
довательность  —  невозможно.  А  предвидеть  в  общих  чертах  —  не¬
обходимо.  Ведь  подобное  предвидение  создает  почву  для  научно¬
го  цоиска,  способствует  творческим  дерзаниям.  Например,  наз¬
ревают  крупные  сдвига  в  астрономии,  ядерной  физике,  физике
твердого  тела,  радиоэлектронике,  медицине,  биологии,  кибернети¬
ке  и  т.  д.  На  основе  научного  прогноза  о  существовании  внезем¬
ных  цивилизаций  начаты  поиски  контактов  с  ними.  Большое  вни¬
мание  уделяется  прогнозу  о  возможности  искусственного  разума.
 Развитие  науки  и  техники  сопровождается  их  разветвлением
и  углублением,  лавинообразным  ростом  количества  информации.
Чтобы  составить  научный  прогноз,  надо  обработать  и  учесть  мас¬
су  сведений.  И  делать  это  с  каждым  годом  сложнее.  Но  зато
увеличивается  техническая  вооруженность  разведчиков  будуще¬
го  —  на  базе  кибернетики  и  вычислительной  техники  создаются
все  более  совершенные  «электронные  оракулы».  Сопоставляя  и
исследуя  гигантское  множество  фактов,  они  рассчитывают  веро¬
ятность  того  или  иного  события,  предсказывают  развязку.  Все¬
объемлющая  память  электронно-вычислительных  машин  делает
их  первоклассными  экспертами,  чьи  заключения  базируются  не
только  на  скрупулезном  изучении  имеющейся  информации,  но  и
на  моделировании  будущих  событий.
 Ученые  работают  над  созданием  глобальных  информационно¬
вычислительных  комплексов  —  систем  взаимосвязанных  элект¬
ронных  машин,  способных  оперативно  использовать  все  богатст¬
во  знаний,  накопленных  человечеством.
 Многообразен  и  переменчив  мир...  Но  есть  в  нем  извечная
черта,  поистине  универсальное,  всеобщее  свойство: 	колебатель¬
 ный  характер  природных  процессов.  Любое  механическое  движе¬
ние  сопровождается  звуком  —  упругими  колебаниями  движуще¬
гося  тела  и  окружающей  среды.  Молния  создает  электромагнит¬
ные  колебания;  к  ним  же  принадлежат  свет,  радиоволны,  инфра¬
красные  и  рентгеновы  лучи...  Колеблется  на  волнах  судно,  виб¬
рирует  корпус  самолета.
 Колебательный  процесс  волнообразно  распространяется  в  про¬
странстве,  преодолевая  иногда  гигантские  расстояния.  Волны
привычны  и  даже  обыденны.  С  ними  мы  встречаемся  повсюду,
они  неотступно  сопровождают  нас.  Биение  сердца,  пульсирующий
ток  крови,  дыхание,  ходьба...  Все  это  —  колебательные  процессы,
без  них  невоаможна  жизнь,  немыслимо  и  существование  тех¬
ники.
 Но  за  внешней  обыденностью  волн  скрывается  многообразие
их  проявлений.  В  привычном  —  неисчерпаемое,  так  можно  оха¬
рактеризовать  понятие  волны,  ее  сущность.
 13

От  привычного  к  непривычному,  «диковинному»  —  таков  за¬
кон  революционного  развития  науки,  проанализированный
В.  И.  Лениным  в  его  работе  «Материализм  и  эмпириокритицизм».
Из  недр  привычного  появляется  в  виде  нового  открытия  нечто
противоречащее  «здравому  смыслу».  Порой  ему  приходится  про¬
бивать  себе  дорогу,  разрушая  препятствия.
 Но  рано  или  поздно  непривычное  становится  привычным,
обыденным,  а  человеческая  мысль  уже  пестует  новые  «диковин¬
ные»  идеи...

ТРАНЗИТОМ  СКВОЗЬ  БЕСКОНЕЧНОСТЬ..
 КАК  ДВИЖЕТСЯ  К  ЗЕМЛЕ  МОРСКОЙ  ПРИБОЙ,
ТАК  И  РЯДЫ  БЕССЧЕТНЫЕ  МИНУТ,
 СМЕНЯЯ  ПРЕДЫДУЩИЕ  СОБОЙ,
 ПООЧЕРЕДНО  К  ВЕЧНОСТИ  БЕГУТ.
 Шекспир
 Академик  Леонид  Исаакович  Мандельштам,  вся  жизнь  кото¬
рого  была  посвящена  изучению  колебаний,  избегал  давать  им  оп¬
ределения.
 «Вот  вы  думаете:  он  все  говорит  о  колебаниях  и  еще  долго
будет  говорить,  а  не  дал  определения,  что  такое  колебания»,—по¬
лушутя  заметил  он  однажды  на  лекции1.
 Раскрыть  в  нескольких  словах  сущность  колебаний  совсем
не  просто.  Это,  на  первый  взгляд,  прозрачное,  словно  аксиома,
понятие  только  разыгрывает  из  себя  рубаху-парня,  а  на  деле
преисполнено  загадочности.  Оно  многолико,  как  оборотень.  Про¬
никнуть  в  его  таинственный  мир  —  задача,  достойная  героя  де¬
тективных  рассказов  Конан  Дойля.  Впрочем,  любое  исследование
напоминает  детектив,  недаром  это  слово  происходит  от  глагола
«обнаруживать»,  «раскрывать».
 Поиски  «улик»,  сопоставление  фактов,  разгадывание  шифров
и,  наконец,  раскрытие  жгучей  тайны  —  таков,  в  общих  чертах,
сюжет  исследовательской  работы.  Все  это  предстоит  и  нам.
 Начнем  наше  исследование  с  экскурса  в  начало  века.  Перед
нами  энциклопедический  словарь  Брокгауза  и  Ефрона,  двадцать
второй  том,  вышедший  почти  шестьдесят  лет  назад.
 «Колебательные  движения,  —  сказано  в  нем,  —  одинъ  из  ви-
довъ  периодическаго  движения,  т.  е.  такого,  при  которомъ  точка
(если  -принять  ее  за  носителя  движения)  по  истечении  известно¬
го  времени  опять  возвращается  на  прежнее  место  в  простран¬
стве».
 А  вот  что  говорится  об  этом  в  другой  книге,  нашей  современ¬
нице  —  «Справочнике  по  физике»2.
 1 	Анна  Ливанова.  Физики  о  физиках.  М.,  «Молодая  гвардия»,  1968.
 2 	Б.,М.  Яворский,  А.  А.  Д  е  т  л  а  ф.  Справочник  по  физике  для
 инженеров  и  студентов  вузов.  М.,  «Наука»,  1964. 	* 	. 	■ 	;
 15

«Колебаниями  или  колебательным  движением  называются
движения  (изменения  состояния),  обладающие  той  или  иной  сте¬
пенью  повторяемости  во  времени...  Колебания  называются  пери¬
одическими,  если...»
 Стоп!  Обратите  внимание  на  разницу  в  формулировках:
«Брокгауз»  считает  колебания  одним  из  видов  периодического
движения,  а  в  («Справочнике»,  судя  по  фразе,  которую  мы  так
бесцеремонно  прервали,  подразумевается,  что  отнюдь  не  все  ко¬
лебания  —  периодические.  Заметим,  что  понятие  колебаний  во
второй  формулировке  гораздо  шире,  чем  в  первой.
 Но  сейчас  мы  раскроем  еще  одну  книгу  —  весьма  автори¬
тетное  учебное  пособие  для  студентов  вузов1.  Здесь  понятие
колебаний  сформулировано  в  математическом  виде:
 «Колебанием  называют  любой  процесс  х(1),  не  удовлетворя¬
ющий  условию  х(Ъ)  =  сопз!;  при—  оо  <  г  <  оо  ».  Сжато,  четко
и...  непонятно.  Нужна  расшифровка,  ею  мы  сейчас  и  займемся.
 Буквой  1  в  формулах  обозначают  время,  х  —  икс,  любая  вели¬
чина,  поведение  которой  мы  наблюдаем  (например,  перемещение
какой-либо  точки,  электрическое  напряжение,  сила  тока,  давле¬
ние  газа,  температура  и  т.  д.).  Символ  х(1)  означает,  что  инте¬
ресующая  нас  величина  зависит  от  времени.  «СопзЪ>  (сокращен¬
ное  «сопзЪапи)  —  постоянный,  <  —  знак  неравенства,  со  —  знак
бесконечности.
 Математическая  запись  «—  оо  <К  оо»  расшифровывается
так:  во  всем  интервале  времени  от  минус  бесконечности  до  плюс
бесконечности,  т.  е.  вечно.
 Теперь  мы  в  состоянии  перевести  последнюю  формулировку
понятия  «колебание»  с  математического  языка  на  обыкновенный:
 «Колебанием  называют  любой  происходящий  во  времени  про¬
цесс,  не  удовлетворящий  условию  вечного  постоянства».
 Это  отнюдь  не  вольный  поэтический  перевод,  а  дословный,
скрупулезно  выверенный  «подстрочник».  Но  звучит  он  ошелом¬
ляюще  категорично  и  всеобъемлюще.  Вечное  постоянство,  выра¬
жаемое  формулой  х(-Ь)  =  сопз!;  при—  оо<г<оо>  возможно
лишь  как  математическая  абстракция.  Любой  реальный  процесс
происходит  во  времени  и,  ясное  дело,  не  удовлетворяет  условию
вечного  ^постоянства.  Стало  быть,  понятие  «колебание»  распрост-
ранимо  на  любой  из  возможных  процессов.
 Мы  проследили,  как  стремительно  росла  емкость  этого  поня¬
тия,  как  трансформировался  его  смысл.
 Если  уподобить  колебания  в  их  современной  трактовке  не¬
 1  А.  Л.  Зиновьев,  Л.  И.  Филиппов.  Введение  в  теорию  сигна¬
лов  и  цепей.  М.,  «Высшая  школа»,  1968.
 16

сметному  полчищу,  то  «колебательный  движения»  по  «Брокгаузу»
составят  лишь  один  из  родов  войск.
 Войска  бывают  регулярными  и  нерегулярными,  колебания  —
тоже.  Регулярные  колебания  подчиняются  «уставу»  —  определен¬
ной  математической  формуле,  они  могут  быть  изображены
в  виде  графика.  С  помощью  формулы  или  графика  нетрудно  зара¬
нее  указать,  какой  будет  колеблющаяся  величина  в  любой  наперед
заданный  момент  времени.  Иное  дело  нерегулярные  или,  как  их
еще  называют,  случайные  колебания.  Они  не  признают  «устава»,
не  слушаются  формул  и  графиков.  Предсказать  значение  колеблю¬
щейся  величины  с  полной  определенностью  в  этом  случае  невоз¬
можно.
 Регулярные  колебания,  в  свою  очередь,  делятся  на  непрерыв¬
ные  и  импульсные.  Непрерывные  колебания  продолжаются  от
1  =  —  со  до  I  =  оо  ,а  это,  как  мы  уже  знаем,  означает
«вечно».  Реальные  колебательные  процессы,  естественно,  не  от¬
вечают  такому  условию.  Чтобы  не  впасть  в  формализм,  услови¬
лись  считать  колебания  непрерывными,  если  они  существуют
«практически  достаточно  долго»  (установить  количественную  ме¬
ру  невозможно  —  в  одних  случаях  «испытательный  срок»  может
измеряться  долями  секунд,  в  других  —  минутами,  часами  и  т.  д.).
Импульсные  колебания  в  отличие  от  «долгожителей»  —  непрерыв¬
ных  колебаний  —  рождаются,  чтобы  тотчас  исчезнуть.  Время  их
жизни  —  считанные  мгновенья.  Таков,  к  примеру,  искровой  раз¬
ряд  при  ударе  молнии.
 Среди  непрерывных  колебаний  роль  «патриарха»  играет  пери¬
одическое  колебание.  Продолжим  прерванную  на  полуслове  цита¬
ту  из  «Справочника  по  физике»:
 «...Колебания  называются  периодическими,  если  значения  фи¬
зических  величин,  изменяющихся  в  процессе  колебаний,  повто¬
ряются  через  равные  промежутки  времени».
 Нетрудно  сделать  вывод,  что  в  «Брокгаузе»  под  колебательны¬
ми  движениями  подразумевались  именно  периодические  колеба¬
ния.  Примером  таких  колебаний  служит  движение  маятника  в
часах,  поршня  в  автомобильном  моторе,  электрического  тока  в  ос¬
ветительной  сети.  В  том,  увы,  неправдоподобном  случае,  если  вы
безотрывно,  с  неослабным  вниманием  читаете  эту  книгу,  ваш
взгляд  совершает  периодические  колебания  по  ее  строкам.
 Наименьший  промежуток  времени,  по  истечении  которого  про¬
цесс  как  бы  повторяется  сначала,  назвали  периодом  колебаний.
Как  видим,  периодические  колебания  напоминают  орнамент,  обра¬
зованный  одним  и  тем  же  многократно  повторяющимся  узором,
или  киноленту,  состоящую  из  кадров-близнецов,  причем  на  долю
каждого  из  них  как  раз  и  приходится  «период  колебаний».
 17

У  периода  колебаний  есть  «антипод»  —  обратная  величина,  ко¬
торая  показывает,  сколько  полных  колебательных  циклов  проис¬
ходит  в  течение  секунды.  Это  частота  колебаний.  Кстати,  продол¬
жив  аналогию  с  кинолентой,  заметим,  что  проекция  фильма  про¬
исходит  с  частотой  24  кадра  в  секунду.
 Единица  частоты  —  герц  (одно  полное  колебание  в  секунду).
Нередко  счет  ведут  на  тысячи  герц  —  килогерцы,  миллионы  —
мегагерцы  и  даже  миллиарды  —  гигагерцы.
 График  периодического  колебания,  в  котором  по  вертикали  от¬
ложены  значения,  последовательно  принимаемые  колеблющейся
физической  величиной,  а  по  горизонтали  —  время,  может  напоми¬
нать  зубцы  пилы  или  уложенные  в  ряд  лепестки  ромашки.  Иногда
он  представляет  собой  кривую  самой  причудливой  (но  обязательно*
повторяющейся!)  формы.  Мы  убедимся  вскоре,  что  любое,  сколь
угодно  сложное  периодическое  колебание  можно  представить  как
совокупность  ряда  простейших  колебаний  —  гармоник.  «Портрет»
гармонического  колебания  —  волнистая  кривая  (синусоида).
 Итак,  состоялось  наше  первое,  пока  еще  поверхностное  зна¬
комство  с  кагортой  регулярных  колебаний.  Их  мы  еще  не  раз
встретим  на  страницах  этой  книги.  Но  ни  на  минуту  нельзя  забы¬
вать,  что  регулярные  колебания  —  плод  математической  абстрак¬
ции.  Строго  говоря,  в  природе  их  не  бывает,  как  не  бывает  и
абсолютного  постоянства.  Это  лишь  в  формулах  период  колеба¬
ний  —  величина  неизменная.  На  самом  же  деле  он  в  той  или  иной:
степени  меняется  с  течением  времени  под  воздействием  множества
различных  причин.  Вот  мы  приводили  пример  —  чтение.  Но  строки
в  книге  разной  длины,  и  содержание  то  проще,  то  сложнее,  то
скучнее,  то  интереснее.  А  в  голове  время  от  времени  мысли  «сов¬
сем  на  другую  тему».  Или  за  стеной  радио  включат  —  отвлекает.
Словом,  одну  строку  вы  пробежите  взглядом  за  три  секунды,  а
другую  —  за  двадцать.  Какое  уж  тут  «периодическое  колебание»!
 Допустим,  пример  с  чтением  не  вполне  удачбн.  Возьмем  клас¬
сический  случай  —  колебания  маятника.  Стоит  йзмениться  темпе¬
ратуре,  и  в  результате  нагрева  или  охлаждения  маятник  чуть  уд¬
линяется  либо  укорачивается.  Значит,  и  период  его  колебаний
становится  иным,  чем  минуту  назад...  И  самое  главное  —  измене¬
ние  периода,  как  правило,  носит  случайный  характер.  Предсказать
его  с  полной  определенностью,  заранее  выразить  в  виде  формулы
или  графика  невозможно.
 К  счастью,  «элемент  случайности»  при  такого  рода  колебаниях
относительно  мал.  На  него  либо  «закрывают  глаза»,  либо  учитыва¬
ют  вызванную  им  погрешность.  Словом,  прибегают  к  тем  же  услов¬
ностям,  что  и  при  измерении  «постоянных»  величин.
 Поэтому  на  практике  регулярными  считают  колебания,  кото¬
 18

рые  с  достаточно  высокой  степенью  точности  (т.  е.  с  допустимой
погрешностью)  описываются  определенными  математическими
формулами.  Но  существует  отряд  колебаний,  не  поддающихся
даже  приближенному  аналитическому  описанию.  Это  и  есть  нере¬
гулярные  (случайные)  колебания.  Если  при  регулярных  колеба¬
ниях  соответствующая  физическая  величина  (например,  отклоне¬
ние  маятника)  может  быть  достоверно  предсказана  для
заданного  момента  времени,  то  при  нерегулярных  заблаговремен¬
но  рассчитать  поведение  физической  величины  нельзя.  Самое
большее,  на  что  мы  здесь  способны,  —  оценить  вероятность,  с  ка¬
кой  она  в  будущем  примет  то  или  иное  значение  из  множества
возможных.
 В  качестве  примера  нерегулярного  колебания  можно  упомя¬
нуть  броуновское  движение.
 Шотландский  ботаник  Роберт  Броун  (1773—1858),  наблюдая
через  микроскоп  взвешенные  в  воде  мельчайшие  частицы,  заме¬
тил,  что  они  непрерывно  и  хаотически  движутся.  Беспорядочная
пляска  частиц  убыстрялась  при  нагревании.
 Так,  впрямь  и  вкривь,  то  тише,  то  быстрей,
 Подобные  изменчивому  рою,
 Крупинки  тел,  короче  и  длинней,
 Плывут  в  луче,  секущем  полосою
Иной  раз  мрак,  который,  хоронясь,
 Мы  создаем  искусною  рукою.
 Данте  Алигьери
 Броуновское  движение  —  результат  столкновений  молекул  ве¬
ды  с  взвешенными  в  ней  частицами.  Иначе  говоря,  оно  обусловле¬
но  флуктуациями  давления,  оказываемого  на  частицу  жидкостью.
Мы  не  в  первый  раз  встречаемся  с  флуктуациями  —  микроскопи¬
ческими  скачками  той  или  иной  физической  величины.  Причины*
их  могут  быть  различными,  неодинаковы  и  внешние  проявления
(рябь  на  экране  телевизора,  «примусный»  шум  в  громкоговорите¬
ле  радиоприемника  и  т.  п.).  Но  все  это  —  нерегулярные  колеба¬
тельные  процессы,  хотя  многообразие  их  и  не  исчерпывается
флуктуациями.
 Колебания  часто  используют  для  передачи  информации,  тогда
их  именуют  сигналами.  Сигналы  создаются  преднамеренно,  несут
в  себе  информацию  и  обычно  являются  «регулярными  колебания¬
ми.  Существуют  также  колебания,  препятствующие  передаче  и
приему  информации  —  помехи.  Они  часто  бывают  нерегулярными.
Впрочем,  и  здесь  нужно  рассуждать  диалектически:  одно  и  то  же
колебание,  допустим,  для  нас  с  вами  оказывается  регулярным  (по¬
скольку  нам  известен  закон,  которому  оно  подчиняется),  а  для
других,  неосведомленных,  наблюдателей  —  нерегулярным.  Для
 19

нас  это  сигнал,  содержащий  нужную  информацию,  для  них  —
лишенная  смысла  помеха.  Так,  филателист  разглядит  в  погашен¬
ной  марке  коллекционную  редкость,  а  рядовой  «письмоотправи-
тель»  увидит  всего  лишь  отслуживший  клочок  бумаги.
 Колебание  как  носитель  информации  используется  не  только-
для  передачи  сообщений.  Это  —  неповторимый  «дактилоскопичес-
кий  отпечаток»,  который  отражает  скрытые  индивидуальные  осо¬
бенности  мотора,  турбины,  станка  или,  скажем,  человеческого
сердца,  выделяющие  его  из  тысяч  «однотипных»  моторов,  турбинг
станков  и  сердец.  Впрочем,  не  будем  забегать  вперед:  наш  рассказ
о  колебаниях  лишь  начинается.  В  предметном  указателе  уже  упо¬
минавшегося  «Справочника  по  физике»  перечислено  32  вида  ко¬
лебаний.  Всего  32!  А  их  —  множество.
 Упругие,  электрические  магнитные,  тепловые...  Продольные,
поперечные,  крутильные,  сдвиговые,  изгибные...  Свободные  и  вы¬
нужденные,  линейные  и  нелинейные,  одномерные  и  многомерные,,
автономные  и  неавтономные...  Колебания  звезд  и  молекул,  средне¬
месячных  температур  и  голосовых  связок.  Разные  по  характеру,,
по  природе,  по  проявлениям.  Объединенные  общей  ненавистью
к  «вечному  постоянству»,  связанные  общим  кодексом  —  теорией
колебаний.
 Мы  начали  главу  с  короткой  цитаты,  взятой  из  книги  А.  Ли¬
вановой  «Физики  о  физиках».  В  этой  же  книге  засвидетельствова¬
но,  какой  широчайший  смысл  вкладывал  Л.  И.  Мандельштам
в  понятие  колебания.
 «Всякий  периодический  процесс  относится  к  ведению  теории
колебаний.  Но  обратное,  конечно,  неверно.,.  Кроме  того,  подчер¬
кивал  Мандельштам,  и  равновесные  режимы  —  это  частные  слу¬
чаи  периодических  процессов.
 При  таком  своеобразном  и  широком  понимании  теории  коле¬
баний  выражением  ее  законов  становятся,  например,  и  теория
движения  планет,  и  теория  радиоприема,  и  динамическая  теория
приливов,  и  еще  много  других  теорий,  описывающих  процессы
в  природе  и  в  технике».
 Да,  жизнь  и  впрямь  способна  на  большее,  чем  любое  усилие
фантазии.  Она  изобилует  «непонятными»  явлениями  и  «необыч¬
ными»  ситуациями.  Задача  исследователя  —  отыскать  и  разгадать
их,  собрать  воедино  разрозненные  «улики».
 Из  множества  бросовых  обломков  стекла  художник  создает
произведение  искусства  —  мозаичное  панно.  Из  множества  мимо¬
летных  наблюдений,  «незначительных»  фактов  вырастает  теория*
способная  потрясти  мир.

ПО  БИЕНИЮ  СЕРДЦА
 ...ТЫСЯЧИ  РАЗ  Я  НАБЛЮДАЛ  КОЛЕБАНИЯ,  ЧАЩЕ
ВСЕГО  В  ЦЕРКВАХ,  ГДЕ  ЛЮСТРЫ,  ПОДВЕШЕННЫЕ  НА
ДЛИННЫХ  ШНУРАХ,  СЛУЧАЙНО  ПРИХОДИЛИ  В
ДВИЖЕНИЕ.
 Галилео  Галилей
 Галилей  открыл  удивительное  свойство  маятника:  хотя  после
толчка  размах  колебаний  постепенно  уменьшается,  их  период  ос¬
тается  постоянным.  Легенда  гласит,  что  это  открытие  было  сдела¬
но  в  церкви,  причем  период  колебаний  «раскачивающегося  паника¬
дила  Галилей  отмерял  ударами  собственного  пульса.  Последнее
обстоятельство  не  вызывает  удивления:  в  те  времена  наручных,
карманных  и  даже  маятниковых  настенных  часов  не  существовало.
 Правда,  башенные  часы  строились  еще  в  XIV  веке,  но  маят¬
ника  в  них  не  было.  Вот  как  описывает  действие  таких  часов
Ф.  Д.  Бублейников1:
 «Так  как  опускание  гири  —  ускоренное  движение,  то  колесные
часы  нуждались  в  регуляторе.  Они  регулировались  особым  при¬
способлением,  «билянцем»,  —  горизонтальной  штангой  на  верти¬
кальной  оси  с  насаженными  на  ней  двумя  лопатками.  Храповое
колесо  часов  при  вращении  упиралось  зубцом  то  в  верхнюю,  то
в  нижнюю  лопатку.  Зацепив  верхнюю  лопатку,  храповик  двигал
ее  в  одну  сторону.  Через  короткое  время  этот  зубец  терял  сопри¬
косновение  с  верхней  лопаткой,  но  другой  зубец  зацеплял  ниж¬
нюю  лопатку  и  поворачивал  ось  «билянца»  в  обратную  сторону.
Скорость  хода  зависела  от  инерции  горизонтальной  штанги».
 Открытие,  сделанное  Галилеем,  позволяло  резко  повысить
точность  хода  часов  путем  использования  изохронности,  т.  е.  рав¬
номерности  колебаний  маятника.  Галилей  разработал  проект  ма¬
ятниковых  часов,  но  не  успел  их  построить.
 Первые  часы  с  маятником  были  созданы  независимо  от  Гали¬
лея  в  1657  г.  голландским  математиком,  астрономом  и  физиком
Христианом  Гюйгенсом  (1629—1695).  В  книге  Ф.  Д.  Бублейнико-
ва  описывается  их  принцип  действия:
 1  Ф.  Д.  Бублейников.  О  движении.  М.,  Детгиз.  1956.
 21

«Якорь,  соединенный  с  маятником,  зацепляет  то  правым,  то
левым  концом  за  зубцы  спускового  колеса;  при  каждом  полном
колебании  маятника  колесо  поворачивается  на  один  зубец».
 Роль  маятниковых  часов  в  последующем  развитии  науки  труд¬
но  переоценить:
 «До  Гюйгенса  часы  были  топорно  и  наугад  сделанной  игруш¬
кой,  после  Гюйгенса  они  стали  точным  механизмом,  основанным
на  выводах  науки  и  служащим  ей»1.
 Говоря  о  маятнике,  мы  позабыли  дать  ему  определение.  На
первый  взгляд  в  этом  нет  нужды:  что  такое  маятник,  знает  даже
ребенок.  Но  бытовое  представление  и  научное  понятие  далеко  не
одно  и  то  же.  Да  и  маятники  известны  разные: 	математические,
 физические,  пружинные,  циклоидальные,  крутильные,  конические,
баллистические  и  т.  д.  В  настенных  часах  используется  физичес¬
кий  маятник  —  абсолютно  твердое  тело  (т.  е.  тело,  размеры  и
форма  которого  не  изменяются  при  движении),  совершающее  ко¬
лебания  под  действием  собственного  веса  вокруг  неподвижной  го¬
ризонтальной  оси,  не  проходящей  через  его  центр  тяжести.  Но
обычно,  описывая  свойства  маятника,  имеют  в  виду  математичес¬
кий  маятник  —  материальную  точку  (тело,  размеры  которого  пре¬
небрежимо  малы),  подвешенную  на  невесомом  нерастяжимом
стержне  и  совершающую  колебания  в  вертикальной  плоскости
под  действием  собственного  веса.  Период  колебаний  математичес¬
кого  маятника  не  зависит  от  веса  материальной  точки,  а  опреде¬
ляется  только  длиной  стержня  и  ускорением  силы  тяжести  (от¬
сюда,  между  прочим,  следует,  что  на  борту  космического  корабля,
в  невесомости,  маятниковые  часы  работать  не  могут).
 Математический  маятник,  как  легко  догадаться,  существует
лишь  умозрительно.  Зачем  же  понадобилось  вводить  такое  поня¬
тие?
 Дело  в  том,  что  форма  физических  маятников  различна,  сле¬
довательно,  при  равной  массе  неодинаково  расстояние  между  цен¬
тром  тяжести  и  точкой  подвеса.  Геометрическая  длина  маятника
сама  по  себе  роли  не  играет:  маятники  одной  длины,  но  разной
формы  могут  иметь  различные  периоды  колебаний.  Поэтому  гово¬
рят  о  «приведенной»  длине  того  или  иного  физического  маятника,
 1  Новый  энциклопедический  словарь.  Издатели  Ф.  А.  Брокгауз  п
Р1.  А.  Эфрон.  СПб.,  т.  15,  стр.  365.
 Вот  что  заметил  Галилей: 	если  нить  аЬ,
 на  которой  подвешен  груз  .  колеблющегося
маятника,  встречает  препятствие  (например,
гвоздь,  помещенный  в  точке  <1),  то  маятник
все  равно  поднимается  до  прежней  высоты  (с).
 23

понимая  под  ней  длину  математического  маятника,  имеющего  та¬
кой  же  период  колебаний.
 Маятник  —  пример  колебательной  системы.  В  семью  колеба¬
тельных  систем  входят  также  колокол,  камертон,  струна,  пружи¬
на,  электрический  контур,  пьезоэлектрический  и  объемный  резо¬
наторы.  Звенят  бокалы,  гудят  трубы  органа,  вибрируют  мосты
под  проходящими  поездами,  рождается  световой  луч  в  рубиновом
чреве  лазера  —  куда  ни  глянь,  за  что  ни  возьмись,  всюду  колеба¬
тельные  системы.
 В  древнем  Риме  поклонялись  двенадцати  крупным  богам.
«Соединенные  боги»,  как  их  называли,  выделились  понемногу
из  массы  латинских,  римских  и  греческих  богов,  одержав  победу
над  конкурентами.  Мы  также  будем  иметь  дело  с  ограниченным
числом  колебательных  систем,  представляющих  наибольшую  цен¬
ность  для  науки  и  техники.  Это  наши  «соединенные  боги»—их
связывает  общность  колебательного  движения.  Законы,  установ¬
ленные  из  наблюдений  за  маятником,  справедливы  и  для  элект¬
рического  контура,  и  для  микроволнового  объемного  резона¬
тора.
 Если  отклонить  маятник  от  состояния  равновесия  и  затем  от¬
пустить,  то  он  начнет  совершать  так  называемые  свободные  ко¬
лебания.  Допустим,  что  потери  энергии  в  колебательной  системе
отсутствуют.  Такие  идеальные,  не  существующие  в  природе,  систе¬
мы  называют  консервативными  (от  латинского  слова  «консерва-
ре»  —  сохранять).  Как  известно,  консерватизм  —  стремление  от¬
стаивать  существующее  против  всякого  изменения.  Вот  и  в  кон¬
сервативной  системе  размах  колебаний1  остается  все  время  не¬
изменным,  т.  е.  происходят  незатухающие  колебания.
 Другое  дело  —  реальный  маятник.  В  нем  всегда  имеют  место
потери  энергии  из^за  трения  в  точке  подвеса,  сопротивления  возду¬
ха  и  т.  д.  Энергетические  запасы,  приобретенные  маятником  в  пер¬
воначальный  момент,  понемногу  растрачиваются  при  колебаниях.
Иначе  говоря,  происходит  диссипация  (рассеяние)  энергии.  Ясно,
что  рассеиваемая  в  процессе  колебаний  энергия  не  исчезает,
а  переходит  из  одной  системы  в  другую  (т.  е.  из  маятника  в  ок¬
ружающую  среду).  Следовательно,  реальный  маятник  не  спосо¬
бен  «отстаивать  существующее  против  всякого  изменения»
и  представляет  собой  не  консервативную,  а  диссипативную  систе¬
му.  Колебания  такой  системы  постепенно  затухают.
 1  В  дальнейшем  мы  будем  употреблять  также  термин  «амплитуда  ко¬
лебаний»,  понимая  под  этим  максимальное  отклонение  колеблющейся  ве¬
личины  от  равновесного  значения.  Размах  колебаний  равен  удвоенной
амплитуде.
 24

Чем  меньше  потери  энергии  в  колебательной  системе,  тем
дольше  существуют  свободные  колебания.  Число  полных  колеоа-
тельных  циклов  с  момента  возникновения  колебаний  до  момента,
когда  они  практически  прекращаются,  назвали  добротностью.  Тер¬
мин  красноречивый:  ведь  с  ростом  добротности  система  прибли¬
жается  по  своему  поведению  к  идеальной.  Если  бы  добротность
могла  достичь  бесконечности,  то  мы  получили  бы  консервативную
систему.  Но  в  реально  осуществимых  колебательных  системах
значение  добротности  не  превышает  десятков  миллиопов.  А  чаще
оно  лежит  в  пределах  от  единиц  до  тысяч.
 Нетрудно  догадаться,  что  добротность  характеризует  отно¬
шение  максимального  количества  энергии,  приобретаемого  си¬
стемой  в  начальный  момент,  к  потерям  энергии  за  период  коле¬
баний.
 Представим  себе  «портрет»  затухающего  колебания.  Его
график  напоминает  синусоиду,  но  «деградирующую»  с  течением
времени.  Размах  «синусоиды»  постепенно  падает,  сходя  на  нет.
Из  этого  можно  сделать  вывод,  что  свободные  затухающие  коле¬
бания,  в  отличие  от  незатухающих,  не  относятся  к  числу  периоди¬
ческих,  так  как  их  амплитуда  понижается  от  цикла  к  циклу,  т.  е.
повторяемости  одних  и  тех  же  значений  физической  величины
не  существует.
 Приближенно  можно  считать,  что  в  течение  одного  колеба¬
тельного  цикла  изменение  физической  величины  происходит  по
синусоиде,  с  меньшей  амплитудой  и  т.  д.  Затухающее  колебание
как  бы  «склеено»  из  коротких  (длительностью  в  один  период)
отрезков  гармонических  колебаний  с  убывающими  амплиту¬
дами.
 Хотя  затухающие  колебания  и  не  являются  периодическими,
часто  говорят  об  их  периоде,  имея  в  виду  удвоенный  промежу¬
ток  времени  между  двумя  последовательными  моментами,  ког¬
да  колеблющаяяся  величина  проходит  через  равновесное  значе¬
ние.
 Наблюдая  колебания  люстр  в  церквях,  Галилей  мог  лишь
ориентировочно  судить  о  периоде  колебаний.  Незначительных  из¬
менений  периода  в  процессе  затухания  колебаний  он  попросту
не  замечал.  Но  слово  «незначительное»  с  научной  точки  зрения  —
очень  скользкое:  то,  что  оказывается  незначительным  в  одних
случаях,  в  других  приобретает  весьма  и  весьма  большое  зна¬
чение.
 Благодаря  появлению  точных  часов  было  установлено,  что
один  и  тот  же  маятник  при  малых  колебаниях  (т.  е.  при  отклоне¬
нии  на  несколько  угловых  градусов)  и  при  больших  (когда  он
отклоняется  на  десятки  градусов)  ведет  себя  по-разному.  В  пер¬
 25

вом  случае  —  как  линейная  колебательная  система,  во  втором  —
как  нелинейная.
 Прежде  чем  уяснить  различие  между  этими  видами  колеба¬
тельных  систем,  вспомним,  что  подразумевают  математики  под
линейной  зависимостью  двух  величин.
 Пусть  одна  величина  возросла  в  три  раза,  другая  —  тоже  в  три.
Первая  —  в  сто,  вторая  —  во  столько  же.  Это  и  есть  линейная  за¬
висимость  (если  по  вертикали  откладывать  значения  одной  из  ве¬
личин,  а  по  горизонтали  —  другой,  то  график,  изображающий  их
взаимосвязь,  будет  представлять  собой  прямую  линию).
 Ну,  а  если  при  возрастании  первой  величины,  скажем,  в  два
раза  вторая  возрастает  всего  в  полтора?  Тогда  мы  имеем  дело
с  нелинейной  зависимостью.  График  в  этом  случае  окажется  ис¬
кривленным.
 Остается  добавить,  что  колебательная  система  линейна,  если
ее  движение  описывается  линейными  математическими  уравнени¬
ями,  и  нелинейна,  если  закон  движения  выражается  нелинейной
зависимостью.
 Так  вот,  выяснилось,  что  открытое  Галилеем  свойство  маятни¬
ка  справедливо  лишь  при  малых  колебаниях,  коща  маятник  пред¬
ставляет  собой  линейную  систему.  Период  же  больших  колебаний,
при  которых  начинает  проявляться  нелинейность  маятника,  зави¬
сит  от  амплитуды,  а  сами  колебания,  даже  в  идеализированном
случае  консервативной  системы,  изображаются  на  графике  не
«чистой»  синусоидой,  а  искаженной.  Это  так  называемые  ангар¬
монические  колебания.
 В  дальнейшем  мы  убедимся,  что  нелинейность  —  полезное
свойство,  без  которого  были  бы  невозможны  многие  радиотехни¬
ческие  процессы.  Впрочем,  и  здесь  необходим  диалектический  под¬
ход.  Одно  и  то  же  вещество  в  зависимости  от  дозы  ведет  себя  как
целительное  лекарство  или  смертельный  яд.  Вот  и  нелинейность
в  одних  случаях  обладает  «целебными»  свойствами,  в  других  —
«вредоносными».  Об  этом  мы  еще  поговорим  подробней,  а  сейчас
продолжим  рассказ  о  «приключениях»  маятника.
 Если  качнуть  маятник  незаведенных  часов,  то  он,  совершив  оп¬
ределенное  число  полных  колебаний,  которое,  как  нам  известно,
равно  значению  добротности  колебательной  системы,  снова  зам¬
рет  на  месте.
 Представьте  себе  такую  в  общем-то  абсурдную  картину:  некий
любитель  точного  времени,  вместо  того  чтобы  завести  часы,  стара¬
тельно  «подталкивает»  маятник,  не  давая  амплитуде  его  колеба¬
ний  уменьшаться.  Очевидно,  в  таком  случае  колебания  будух
незатухающими,  только  уже  не  свободными,  а  вынужденными.
Система  по-прежнему  диссипативна,  однако  потери  энергии  вос¬
 26

полняются,  налицо  энергетический  баланс.  Если  уменьшить  «пор¬
ции»  энергии,  вводимой  цикл  за  циклом  в  систему,  то  амплитуда
колебаний  уменьшится.  Как  следствие,  снизится  и  диссипация
энергии.  Энергетический  баланс  восстановится,  но  при  меньшей,
чем  прежде,  амплитуде.  Увеличение  «порций»  вызовет  соответству¬
ющий  прирост  амплитуды  колебаний.
 Мы  упоминали,  что  «антипод»  периода  колебаний—их  часто¬
та.  В  зависимости  от  приведенной  длины  (условимся,  что  ускоре¬
ние  силы  тяжести  не  меняется,  т.  е.  что  события  происходят  в  од¬
ной  и  той  же  точке  земного  шара)  маятник  обладает  определен¬
ным  периодом  и  соответствующей  ему  «собственной»  частотой  ко¬
лебаний.
 Частота  вынужденных  колебаний  и  собственная  частота  коле¬
бательной  системы  могут  не  совпадать.  Возьмитесь  за  маятник
и  раскачивайте  его,  то  быстрее,  то  медленней.  Маятник  буквально
в  ваших  руках,  он  вынужден  подчиняться  навязываемому  ритму
(поэтому  такие  колебания  и  называют  вынужденными).  Но  коле¬
бательная  система  сопротивляется  «насилию».  Вам  этого  не  заме¬
тить,  вы  и  маятник  в  разных  весовых  категориях.
 Вот  попробуйте  раскачать  тяжелые  качели,  и  сразу  почувствуе¬
те  это  сопротивление.  Впрочем,  кто  не  знает,  что  раскачивать  ка¬
чели  надо  в  такт  колебаниям!
 Если  частота  вынужденных  колебаний  системы  совпадает  с  ее
собственной  частотой,  то  наблюдается  явление  резонанса  (слово
«резонанс»  означает  отзыв,  отклик).  При  резонансе  достаточно
сравнительно  небольшой  затраты  энергии,  чтобы  поддерживать
незатухающие  колебания,  поскольку  частота  колебаний,  поступаю¬
щих  в  систему  извне,  не  входит  в  противоречие  с  ее  собственной
частотой.  Система  в  этом  случае  как  бы  не  замечает  разницы  меж¬
ду  вынужденными  колебаниями  и  свободными,  ведь  «вмешательст¬
во»  в  ее  внутренние  дела  сведено  к  минимуму.
 Раскачивать  маятник  часов  —  задача  неблагодарная.  Но  надо
же  как-то  восполнять  потери  энергии.  Вот  и  придумали  сначала
гири,  а  затем  —  часовую  пружину.  Заводя  часы,  вы  накапливаете
в  пружине  энергию.  Благодаря  своей  упругости  пружина  проти¬
вится  скручиванию,  стремится  принять  первоначальную  форму.
Усилие,  создаваемое  пружиной,  через  систему  зубчатых  колес
и  спусковой  механизм  воздействует  на  маятник,  который,  управляя
спусковым  механизмом,  задает  нужную  периодичность  этого  воз¬
действия,  так  что  само  по  себе  выполняется  условие  резонанса.
Маятник  будет  совершать  незатухающие  колебания  до  тех  пор,  по¬
ка  пружина  не  раскрутится  настолько,  что  перестанет  восполнять
потери  энергии.  [
 Часы  —  пример  автоколебательной  системы.  Такая  система  со¬
 27

стоит  из  трех  главных  частей.  Первая  —  собственно  колебательная
система  (маятник),  назначение  которой  состоит  в  том,  чтобы  под¬
держивать  определенную  частоту  колебаний.  Вторая  —  источник
энергии  (пружина).  Третья  —  преобразователь  энергии,  получае¬
мой  от  источника,  в  энергию  колебаний  (система  зубчатых  колес
и  спусковой  механизм).
 Незатухающие  колебания  в  часах  —  пример  автоколебаний.
Они  отличаются  от  вынужденных  колебаний  своей  автономностью,
т.  е.  не  требуют  энергетической  «поддержки»  извне.  Амплиту¬
да  и  частота  автоколебаний  зависят  только  от  свойств  самой  сис¬
темы.
 Автоколебательные  системы  занимают  видное  место  в  совре¬
менной  технике.  К  ним,  помимо  часов,  относятся  ламповые  и  по¬
лупроводниковые  генераторы  с  самовозбуждением  (автогенерато¬
ры)1,  электрические  машины  переменного  тока,  лазеры  и  т.  д.
В  родстве  с  автоколебательными  системами  состоят  системы  ав¬
томатического  регулирования:  автопилот,  ведущий  самолет  по
курсу,  гироскопический  автомат,  стабилизирующий  ориентацию
ракеты,  терморегулятор,  поддерживающий  заданное  значение  тем¬
пературы,  и  др.  Только  задача  здесь  обратная,  не  создавать  коле¬
бания,  а  по  возможности  предотвращать  их,  гасить,  что  называет¬
ся,  в  самом  зародыше,  на  колебание  отвечать  «контрколеба¬
нием».
 В  процессе  работы  система  автоматического  регулирования  ве¬
дет  оживленный  диалог  с  окружающей  средой,  обменивается
с  ней  «репликами».  «Разговор»,  как  правило,  бывает  сумбурным.
В  нем  нет  строгой  периодичности,  присущей  автоколебатель¬
ным  системам,  а  «элемент  случайности»  несравненно  более
велик.
 Что  же  сближает  эти  две  системы  —  автоколебательную  и  ав¬
томатического  регулирования,  столь  разные  по  характеру?  Не¬
ужели  лишь  общая  приставка  «авто»?
 Родственным  признаком  служит  так  называемая  «обратная
явязь».  Это  интереснейшее  понятие.  Ввели  его  в  обиход,  по-види¬
мому,  радиоспециалисты.  С  возникновением  кибернетики  оно
приобрело  универсальность  и  было  распространено  не  только  на
автоматические  устройства,  но  даже  на  живые  организмы  и  обще¬
ство.
 Мозг  дает  команду  мышцам  руки: 	«Взять  книгу»  —  прямая
 связь;  от  мышц  в  мозг  идет  ответный  сигнал:  «Книга  взята»  —
обратная  связь.
 1  В  прошлом  применялись  также  искровые  и  дуговые  генераторы.
 28

Профессор  читает  лекцию  —  прямая  связь;  студент  задает  во¬
прос  —  обратная  связь.
 От  пружины  к  маятнику  поступает  энергия  —  прямая  связь;
маятник  управляет  поступлением  энергии  —  обратная  связь.
 Автопилот  задает  угол  поворота  рулям  —прямая  связь;  ин¬
формация  об  изменении  курса  вводится  в  автопилот  —  обратная
связь.
 Системы  с  обратной  связью  отличаются  осмысленностью  дей¬
ствия,  способностью  «вести  диалог».  С  подобными  системами  мы
не  раз  еще  встретимся  на  страницах  этой  книги.

КОЛЕБАНИЯ-((ПЕРЕВЕРТЫШИ»
 ...ОПИШИ  НАМ  ЭТОТ  ОСТРОВ;  НЕ  СТАРАЙСЯ
БЫТЬ  КРАТКИМ,  НО  РАССКАЖИ  ПО  ПОРЯДКУ
ПРО  ЕГО  ЗЕМЛИ,  РЕКИ,  ГОРОДА,  ЖИТЕЛЕЙ,  ИХ  НРА¬
ВЫ,  УЧРЕЖДЕНИЯ,  ЗАКОНЫ  И,  НАКОНЕЦ,  ПРО  ВСЕ,
С  ЧЕМ  ТЫ  ПРИЗНАЕШЬ  ЖЕЛАТЕЛЬНЫМ  ОЗНАКО¬
МИТЬ  НАС,  А  ТЫ  ДОЛЖЕН  ПРИЗНАТЬ,  ЧТО  МЫ
ЖЕЛАЕМ  ЗНАТЬ  ВСЕ,  ЧЕГО  ЕЩЕ  НЕ  ЗНАЕМ.
 Томас  Мор
 Из  островов^двойников,  если  бы  встречались  такие,  достаточно
описать  один.  А  как  быть  с  колебаниями-двойниками?  Мы  уже
довольно  много  рассказали  о  механических  колебаниях.  Все  ска¬
занное  можно  распространить  и  на  колебания  электрические.  Не¬
даром  же  придумали  термин  «электромеханическое  подобие»!
 Впрочем,  познакомившись  с  одним  из  двойников,  еще  невоз¬
можно  убедиться,  что  он  двойник.  Для  этого  надо  увидеть  вто¬
рого.
 Особенно  интересны  двойники-«перевертыши»,  один  из  кото¬
рых  способен  превращаться  в  другого  и  наоборот.  А  именно
в  таких  поразительных  отношениях  состоят  механические  и  элект¬
рические  колебания.  Примером  последних  служит  переменный  токг
текущий  в  осветительной  сети.  Если  изобразить  на  графике,  как
изменяется  его  сила  с  течением  времени,  то  получится  все  та  же
синусоида.
 Допустим,  в  первый  момент  сила  тока  была  равна  нулю,  что
соответствует  точке  пересечения  синусоиды  с  горизонтальной
осью,  по  которой  откладывается  время.  Затем  ток  начал  возра¬
стать  —  кривая  поползла  вверх.  Вот  сила  тока  достигла  наиболь¬
шего,  т.  е.  амплитудного  значения  —  это  «горб»  синусоиды.  Те¬
перь  ток  спадает,  а  кривая,  миновав  перевал,  устремляется  вниз*
пересекает  горизонтальную  ось,  оказывается  под  нею.  В  момент,
когда  синусоида  встречается  с  осью,  направление  тока  сменяется
иа  противоположное:  если  вначале  он  протекал,  скажем,  слева  на¬
право,  то  теперь  будет  течь  справа  налево.  Сила  его  снова  станет
нарастать  до  амплитудного  значения,  после  чего  синусоида  изог¬
нется  вверх.  Вот  она  опять  достигла  оси,  отсчитав  ровно  один  пе¬
риод  колебаний.
 Частота  переменного  тока  в  осветительной  сети  —  50  герц.  На
вооружении  радиоэлектроники  состоят  электрические  колебания
с  частотами  от  долей  герца  до  многих  миллиардов  герц.
 30

Нам  известно,  что  гармоническое  колебание  характеризуется
•частотой  и  амплитудой.  Однако  есть  и  еще  одна  характеристика,
которой  мы  пока  не  пользовались.  Представьте  себе  две  электри¬
ческих  цепи.  Токи  в  них  равны  и  по  частоте,  и  но  амплитуде.  Но
трафики  токов  не  совпадают:  допустим,  в  момент,  когда  первый
ток  максимален,  второй  равен  нулю  —  синусоиды  сдвинуты  одна
относительно  другой  на  четверть  периода  колебаний.  В  таком  слу¬
чае  говорят,  что  колебания  различаются  по  фазе  на  90°  (период
колебаний  по  аналогии  с  периодом  обращения  вокруг  оси  состав¬
ляет  360°).
 Если  графики  двух  электрических  колебаний  в  точности  на¬
кладываются  друг  на  друга,  то  их  фазы  одинаковы  (колебания
«синфазны»).  Если  же  один  график  оказывается  как  бы  обрат¬
ным  изображением  другого  (одна  синусоида  идет  вверх,  другая  —
вниз  и  наоборот),  то  сдвиг  фаз  составляет  180°  (колебания  «про-
тивофазны»).
 Таким  образом,  в  «анкете»  любого  гармонического  колебания
должно  быть  три  «графы»:  частота,  амплитуда  и  начальная  фаза,
определяющая  значение  колеблющейся  величины  в  момент,  с  ко¬
торого  ведется  отсчет  времени.
 Познакомимся  теперь  с  электрическим  колебательным  конту¬
ром,  своеобразным  недвижимым  маятником,  состоящим  из  двух
деталей  —  катушки  индуктивности  и  конденсатора.
 Катушка  индуктивности  представляет  собой  проволочную
спираль.  Обычно  это  провод,  намотанный  на  цилиндрический  кар¬
кас  из  диэлектрика  (материала,  не  проводящего  электрический
ток.)
 Простейший  конденсатор  образован  двумя  металлическими
пластинами,  расположенными  параллельно  на  небольшом  рассто¬
янии.
 В  повседневной  жизни  нам  часто  приходится  сталкиваться
с  явлением  инерции.  Под  словом  «инерция»  подразумевают  свой¬
ство  тел  сохранять  состояние  покоя  или  равномерного  прямолиней¬
ного  движения.  Часто  можно  наблюдать,  как  движется  автомобиль
с  выключенным  мотором,  как  едет  велосипедист,  не  вращая  педа¬
лей.  Такое  движение  обусловлено  инерцией.
 Чтобы  сдвинуть  с  места  тяжело  нагруженный  вагон,  нужно
приложить  большую  силу.  Как  только  вагон  тронулся,  двигать
его  становится  гораздо  легче.  Чтобы  затормозить  движение  ваго¬
на,  снова  придется  приложить  изрядную  силу.  Это  еще  один  при¬
мер  инерции.
 На  валах  многих  машин  устанавливают  маховики  —  массив¬
ные  колеса,  сглаживающие  неравномерности  вращения  валов.
Попробуйте  сразу  раскрутить  маховик,  либо  резко  затормозить  —
 31

ничего  не  выйдет.  Медленно,  неохотно  будет  набирать  он  скорость,
а  уж  когда  раскрутится,  то  так  же  нехотя,  постепенно  поддается
торможению.
 Катушка  индуктивности  напоминает  маховик.  Она  обладает
своего  'рода  инерцией  по  отношению  к  электрическому  току,  мо¬
жет  накапливать  энергию.  Если  полюсы  электрической  батареи
замкнуть  прямолинейным  проводником,  то  в  такой  цепи  практи¬
чески  мгновенно  установится  наибольшая  сила  тока.  Значит,
электрическая  инерция  прямого  провода  ничтожно  мала.  Если  же
к  батарее  подключить  катушку  индуктивности,  то  сила  тока  до¬
стигнет  максимума  но  сразу,  а  постепенно,  спустя  некоторый  про¬
межуток  времени.  Это  будет  происходить  тем  медленнее,  чем
больше  витков  в  спирали.  Таким  образом,  катушка  индуктивности
обладает  электрической  инерцией,  которая  возрастает  с  увеличе¬
нием  числа  витков.
 Индуктивность  препятствует  не  только  быстрому  возрастанию
тока  при  замыкании  цепи,  но  и  его  падению  в  момент  размыка¬
ния: 	подобно  тому  как  инерция  противодействует  всякому
 изменению  скорости  движения  тел,  индуктивность  оказыва¬
ет  сопротивление  любому  изменению  силы  электрического
тока.
 Ну,  а  какова  роль  конденсатора?
 Попробуем  вновь  прибегнуть  к  аналогии.  Струю,  текущую  из
водопроводного  крана,  можно  уподобить  электрическому  току,
а  напор  воды  в  трубе  —  напряжению.  Вот  мы  слегка  отвернули
кран  —  струйка  тонкая.  Открыли  побольше  —  струя  увеличилась.
Как  тут  не  вспомнить  закон  Ома:  сила  тока  в  электрической  цепи
равна  напряжению  батареи,  поделенному  на  сопротивление  цепи.
Отвертывая  кран,  мы  уменьшаем  «сопротивление»,  поэтому  «ток»
возрастает.
 Перекроем  кран  упругой  мембраной.  Упругие  свойства  мембра¬
ны  проявляются  в  том,  что  под  давлением  воды  она  прогибается,
выпячивается  наружу.  Эта  деформация  существует  до  тех  пор,
пока  есть  давление.  Когда  оно  исчезнет,  мембрана  примет  преж¬
нюю  плоскую  форму.
 Согласно  закону  Гука  для  упругой  деформации,  справедливому
до  определенного  предела,  который  мы  постараемся  не  пересту¬
пать,  прогиб  мембраны  оказывается  тем  значительней,  чем  больше
ее  коэффициент  упругости1  и  сильнее  давление  воды.  Прогнув¬
шаяся  мембрана,  словно  заведенная  пружина  часов,  накапливает
энергию.
 1  Коэффициент  упругости  зависит  от  материала,  из  которого  сделана
мембрана.
 32

В  полости,  образованной  прогнувшейся  мембраной,  помещает¬
ся  некоторое  количество  воды.  Чем  выше  коэффициент  упругости
мембраны,  тем  больше  воды  накапливается  в  полости.  Наружу
жидкость  не  проникает.  Мембрана  —  непреодолимая  преграда  для
струи.
 Очень  похоже  ведет  себя  и  конденсатор.  Чем  больше  площадь
пластин  и  меньше  расстояние  между  ними,  тем  более  велика  ем¬
кость  конденсатора.  Эквивалент  емкости  —  упругость,  как  экви¬
валент  индуктивности  —  «мера  инерции»,  т.  е.  масса.
 Чем  больше  емкость  конденсатора,  тем  больший  электриче¬
ский  заряд  может  он  вобрать  в  себя  при  неизменном  напряжении
(так,  с  ростом  коэффициента  упругости  мембрана  прогибается  все
сильнее  и  ее  полость  вмещает  большое  количество  воды,  хотя  дав¬
ление  остается  прежним).  И  соответственно,  чем  выше  напряже¬
ние,  тем  больше  заряд  конденсатора  неизменной  емкости  (так,
мембрана  все  более  сильно  прогибается  и  наполняется  водой  по
мере  того,  как  увеличивается  давление).
 Аналогично  мембране,  преграждающей  дорогу  струе,  конден¬
сатор  оказывается  непреодолимым  препятствием  для  постоянного
тока.  Но,  допустим,  что  напор  струи  в  водопроводной  трубе  меня¬
ется  по  синусоидальному  закону,  как  напряжение  осветительной
сети.  Тогда  струя  будет  периодически  изменять  направление,
а  полость  мембраны  —  то  наполняться,  выгибаясь  наружу  или
внутрь,  то  опорожняться.  В  этом  случае  вода  не  замрет  в  трубе,
перекрытой  мембраной,  а  будет  «разгуливать»  взад-вперед.  Вот
и  конденсатор  в  цепи  переменного  электрического  тока  то  заряжа¬
ется,  то  разряжается,  давая  возможность  току  циркулировать.  Чем
больше  емкость  конденсатора  (т.  е.  чем  больший  заряд  он  может
вместить  при  определенном  напряжении)  и  чем  выше  частота
электрических  колебаний  (т.  е.  чем  чаще  заряжается  и  разряжает¬
ся  конденсатор),  тем  меньшее  сопротивление  оказывает  он  пере¬
менному  току.
 Чтобы  зарядить  конденсатор,  нужно  подключить  его  к  полю¬
сам  электрической  батареи.  При  этом  на  одной  пластине  конден¬
сатора  сосредоточится  положительный  заряд,  а  на  другой  —от¬
рицательный.  Если  теперь  отключить  батарею  и  замкнуть
пластины  проводником,  то  конденсатор  почти  моментально  раз¬
рядится  —  по  проводнику  протечет  ток,  и  заряды  уравновесят
друг  друга.  Если  конденсатор  замкнуть  прямолинейным  провод¬
ником,  то  наибольший  ток  потечет  в  первый  миг;  по  мере  раз¬
ряда,  длящегося  миллионные  доли  секунды,  сила  тока  будет
падать  и  станет  равна  нулю,  когда  конденсатор  совсем  разря¬
дится.
 Другое  дело,  если  к  конденсатору  присоединить  катушку  ин¬
 2  А.  Плонский
 33

дуктивности.  В  такой  цепи,  вследствие  ее  большой  электрической
инерции,  максимальная  сила  тока  установится  не  сразу.  Ток,
проходящий  по  катушке,  будет  возрастать  постепенно  и  до¬
стигнет  наибольшей  силы,  когда  конденсатор  разрядится  пол¬
ностью.
 Казалось  бы,  в  этот  момент  ток  должен  мгновенно  прекра¬
титься  —  ведь  конденсатор  полностью  разрядится.  Но  вспомним
маховик:  уже  отключен  мотор,  вращавший  вал,  а  это  тяжелое
колесо  все  крутится  и  крутится.  Точно  так  же  и  ток,  благодаря
электрической  инерции  катушки,  не  прекратится  сразу,  как  толь¬
ко  разрядится  конденсатор.  За  счет  энергии,  накопленной  катуш¬
кой,  ток  некоторое  время  будет  течь  в  ту  же  сторону,  что  и  рань¬
ше,  постепенно  убывая.  При  этом  конденсатор  вновь  станет  заря¬
жаться,  но  на  пластине,  ще  раньше  был  положительный  заряд,
начнет  сосредотачиваться  отрицательный,  и  наоборот.  В  тот  мо¬
мент,  когда  конденсатор  снова  полностью  зарядится,  сила  тока
в  цепи  упадет  до  нуля;  затем  ток  потечет  в  обратную  сторону  —
конденсатор  опять  станет  разряжаться.
 Такой  процесс  попеременного  заряда  и  разряда  будет  перио¬
дически  повторяться,  т.  е.  возникнут  свободные  электрические
колебания.  Следовательно,  цепь,  состоящая  из  конденсатора  и  ка¬
тушки  индуктивности,  ведет  себя  как  колебательная  система
(электрический  колебательный  контур).
 В  процессе  свободных  колебаний  энергия  поочередно  пере¬
ходит  из  конденсатора  в  катушку,  из  катушки  в  конденсатор
ит.  д.
 Если  бы  провод  катушки  не  обладал  сопротивлением  и  отсут¬
ствовали  другие  источники  потерь,  то  контур  был  бы  консерва¬
тивной  колебательной  системой  и  свободные  колебания  продол¬
жались  бы  вечно.  Однако  в  любом  проводе  неизбежно  расходуется
электрическая  энергия.  Электронам,  движущимся  по  проводу,
приходится  пробиваться  сквозь  гущу  атомов  металла.  Часть
электронов  сталкивается  с  ними,  резко  тормозится  и  теряет  свою
эдергию,  которая  превращается  в  тепло  (вспомните  раскаленную
спираль  эдектрической  плитки).  Некоторая  доля  энергии  теряется
^гакже  в  диэлектрике  каркаса,  в  конденсаторе  и  в  окружающей
среде.  А  раз  в  контуре  имеются  потери  энергии,  то  колебательная
система  диссипативна  и  свободные  колебания  в  ней  постепенно
затухают.  Добротность  электрического  колебательного  контура
сравнительно  невелика:  ее  значение  не  превышает  нескольких
сотен.
 Как  обычный  маятник,  контур  имеет  собственную  частоту  ко¬
лебаний.  Она  тем  ниже,  чем  больше  индуктивность  и  емкость
контура.  Действительно,  увеличивается  количество  запасаемой
 и

в  контуре  энергии,  и  больше  времени  требуется  на  ее  переход  из
конденсатора  в  катушку  и  обратно.
 А  вот  как  происходят  в  контуре  вынужденные  колебания.
Вообразим  замкнутую  цепь:  конденсатор  —  катушка  индуктивно¬
сти  —  источник  электрических  колебаний  (генератор)  —  ампер¬
метр.
 Не  будем  пока  рассматривать  устройство  генератора,  сейчас
оно  нам  совершенно  ни  к  чему.  Прибор  как  прибор  —  ящик
с  двумя  клеммами  для  подключения  контура  и  с  ручкой  настрой¬
ки.  Вращая  ручку,  можно  регулировать  частоту  колебаний  в  ши¬
роких  пределах.
 Повернем  ручку  настройки  до  отказа  против  часовой  стрелки.
Теперь  частота  колебаний  равна  нулю,  т.  е.  с  выхода  генератора
снимается  постоянное  напряжение.  Обратите  внимание:  стрел¬
ка  амперметра  замерла  в  начале  шкалы  —  ток  отсутствует.  И
неудивительно: 	катушка 	индуктивности  свободно  пропускает
 постоянный  ток,  зато  конденсатор  начисто  отсекает  ему  до¬
рогу.
 Сдвинем  ручку  по  часовой  стрелке.  Напряжение  осталось
прежним,  однако  частота  колебаний  уже  отлична  от  нуля,  хотя
и  невысока.  Амперметр  показывает  едва  заметный  ток  (ведь  емко¬
стное  сопротивление  конденсатора  обратно  пропорционально  ча¬
стоте  и,  следовательно,  пока  еще  очень  велико).
 Продолжаем  поворачивать  ручку  настройки.  Частота  генерато¬
ра  (а  значит,  и  частота  вынужденных  колебаний  в  контуре)  пос¬
тепенно  повышается,  и  стрелка  амперметра  движется  вправо,  сна¬
чала  лениво,  затем  все  более  резво.  При  определенной  настройке
амплитуда  тока  в  контуре  стремительно  возрастает.  Значит,  насту¬
пил  резонанс  —  частота  вынужденных  колебаний  совпала
с  собственной  частотой  контура.  В  случае  резонанса  контур  откры¬
вает  переменному  току  «зеленую  улицу»  —  емкостное  и  индуктив¬
ное  сопротивления  оказываются  одинаковыми  по  величине,  но
поскольку  их  характер  противоположен,  они  уравновешивают
друг  друга.  Практически  ток  встречает  на  пути  лишь  сравнительно
небольшое  сопротивление,  обусловленное  потерями  энергии  (кста¬
ти,  число,  показывающее,  во  сколько  раз  сопротивление  потерь
меньше,  чем  сопротивление  емкости  или  индуктивности  при  резо¬
нансе,  равно  значению  добротности  контура).  Оттого  и  амплитуда
тока  в  контуре  достигает  максимума.
 Дальнейшее  повышение  частоты  генератора  вызовет  спад  ам¬
плитуды  тока,  вначале  резкий,  потом  постепенный  —  до  нуля:
емкостное  сопротивление  конденсатора  уменьшилось,  зато  индук¬
тивное  сопротивление  катушки  возросло.  Ведь  теперь  сила  и  на¬
правление  тока  меняются  быстро,  а  индуктивность  —  ярая  против-
 35

цнца  быстрых  изменений.  Вот  она  и  старается  наложить  на  них
«вето».
 Если  изобразить  графически,  как  меняется  амплитуда  тока
в  колебательном  контуре  с  изменением  частоты,  то  получится
Кривая,  напоминающая  очертаниями  горный  пик  с  крутыми  скло¬
нами  и  пологими  предгорьями.  Вершина  пика  соответствует
настройке  в  резонанс.  Недаром  эту  кривую  назвали  резо¬
нансной.
 При  изменении  настройки  контура  (для  этой  цели  чаще  всего
используют  специальные  конденсаторы  переменной  емкости)
резонансная  кривая  смещается  вправо  или  влево  по  оси
частот.
 Говорят,  что  резонанс  —  основа  радиотехники.  Это  преувели¬
чение,  но  в  общем-то  совсем  небольшое.  Множество  радиостанций
одновременно  ведут  передачи.  Как  выделить  из  них  нужную,  как
избежать  неразберихи,  взаимных  помех?
 На  помощь  приходит  явление  резонанса.  Каждой  радиопере¬
дающей  станции  выделена  своя  частота  колебаний.  Перестраивая
колебательный  контур  приемника,  мы  совмещаем  резонансную
кривую  с  частотой  интересующей  нас  станции.  Контур  обладает
избирательными  свойствами:  из  множества  колебаний  с  различ¬
ными  частотами  он  выделяет  те,  которые  попадают  в  полосу  его
пропускания.
 Под  полосой  пропускания  контура  условились  понимать  ин¬
тервал  частот,  ограниченный  резонансной  кривой  на  уровне  0,7  от
ее  максимума.  Считается,  что  колебания,  остающиеся  вне  этой
полосы,  контур  подавляет.  На  самом  деле  резкой  границы  здесь
нет:  ведь  склоны  резонансной  кривой,  хотя  и  довольно  круты,  но
не  «обрывисты».  Однако  без  условностей  в  науке  и  технике  не
обойдешься!
 Чщ  уже  резонансная  кривая  колебательного  контура,  тем  вы¬
ше  его  избирательность  и  тем  лучше  отфильтровывает  он  сигнал
от  помех.  Полоса  пропускания  зависит  от  добротности.  Как  ви¬
дим,  добротность  удивительно  универсальная  характеристика.  Мы
знакомы  с  двумя  ее  обличиями,  а  сейчас  познакомимся  с  третьим.
Оказывается,  это  отношение  собственной  частоты  контура  к  ши¬
рине  его  полосы  пропускания.  Стало  быть,  с  ростом  добротности
избирательность  контура  увеличивается.  Не  забудьте  только,  что
при  постоянной  добротности  ширина  полосы  пропускания  конту¬
ра  возрастает  (а  избирательность  соответственно  падает)  по  мере
повышения  собственной  частоты.  Как  будет  показано,  это  яви¬
лось  одной  из  причин  появления  супергетеродинных  прием¬
ников.
 С  понятием  избирательности  и  резонансной  кривой  мы  впер¬
 ?6

вые  встретились,  рассматривая  действие  электрического  колеба¬
тельного  контура.  Однако  принцип  электромеханического  подобия
остается  в  силе.  Существуют  особые  установки  —  вибростенды
для  испытаний  на  прочность.  Испытуемое  устройство  помещают
на  вибростенд,  включают  электродвигатель  и...  начинается  отча¬
янная  тряска,  как  если  бы  мы  везли  наш  прибор  в  телеге  по  бу¬
лыжнику.
 Частоту  вибраций  постепенно  изменяют  в  поисках  резонанс¬
ных  явлений,  которые  здесь  не  только  не  полезны,  но,  напротив,
чрезвычайно  вредны,  так  как  могут  вызвать  поломку  всего  устрой¬
ства  или  его  отдельных  деталей.  Известны,  например,  случаи,
когда  ритмичный  строевой  шаг  солдат  вызывал  разрушение  мо¬
ста,  а  от  «легкой»  вибрации  бензинового  движка  рассыпалось
здание.
 Любая  деталь  устройства  может  повести  себя  как  колебатель¬
ная  система  с  определенной  собственной  частотой.  При  вибрациях
она  уподобляется  контуру  в  приемнике:  «не  обращает  внимания»
на  колебания  «посторонних»  частот  и  охотно  откликается,  если
частота  вибраций  почему-либо  оказалась  в  пределах  полосы  про¬
пускания.  Отклик  этот  состоит,  как  мы  знаем,  в  резком  возраста¬
нии  амплитуды  вынужденных  колебаний,  что  может  привести
к  механической  поломке  «взбунтовавшейся»  детали.
 Вот  и  ищут  с  помощью  вибростенда  «слабые  места»  конструк¬
ции.  А  найдя,  либо  изменяют  размеры  и  форму  детали  так,  чтобы
ее  собственная  частота  оказалась  в  стороне  от  возможных  частот
вибрации,  либо  вводят  потери  энергии,  заведомо  ухудшают  доб¬
ротность  системы.  Ведь  добротность  (еще  одно,  четвертое,  об¬
личье!)  показывает,  во  сколько  раз  возрастает  амплитуда  колеба¬
ний  при  резонансе.
 Именно  так  поступают,  к  примеру,  автомобилестроители.  Ав¬
томобиль  на  упругих  рессорах  —  самая  что  ни  на  есть
колебательная  система.  Если  бы  не  амортизаторы,  то  малейшая
выбоина  вызывала  бы  медленно  затухающие  колебания  корпуса.
А  при  резонансе...  Впрочем,  опасаться  нечего:  если  масса  авто¬
мобиля  —  эквивалент  индуктивности  электрического  колебатель¬
ного  контура,  а  упругость  рессор  играет  роль  емкости,  то  аморти¬
заторы  создают  очень  большое  сопротивление  потерь.  Автомобиль
с  исправно  действующими  амортизаторами  —  это  уже  не  колеба¬
тельная  система,  а  так  называемая  апериодическая.  Добротность
апериодической  системы  меньше  единицы,  т.  е.  приобретенная
в  результате  толчка  энергия  рассеивается  менее,  чем  за  один  пе¬
риод  колебаний.
 Апериодические  системы,  наряду  с  колебательными,  приме¬
няются  и  в  радиоэлектронике,  скажем,  когда  нужно  воспроизве¬
 37

сти  колебания  с  очень  широкой  полосой  частот,  не  отдавая  пред¬
почтения  ни  одной  из  них.  Таковы,  например,  громкоговори¬
тели.
 Между  прочим,  мы  вовремя  вспомнили  о  них.  Ведь  громкого¬
воритель  —  одно  из  тех  устройств,  в  которых  колебания-«перевер-
тьппи»т  словно  царевна-лягушка,  меняют  электрическую  «кожу»
на  механическую.  А  в  микрофоне  происходит  обратное:  механи¬
ческие  колебания  становятся  электрическими.
 И  громкоговоритель,  и  микрофон  относятся  к  обширному  кру¬
гу  электромеханических  преобразователей.  О  них  пойдет  речь
в  следующих  разделах.

ВСЕ  СТЕПЕНИ  СВОБОДЫ
 ЧТОБЫ  СВОБОДОЙ  МОЖНО  БЫЛО  ОБЛАДАТЬ,
ЕЕ  ТОЖЕ  НАДО  ОГРАНИЧИТЬ.
 Эдмунд  Берк1
 Возвратимся  ненадолго  к  нашему  старому  знакомцу  —  маятни¬
ку.  Это  типичный  представитель  целого  класса  колебательных  си¬
стем,  именуемых  одномерными  осцилляторами  (слово  «осцилля¬
тор»  означает  то  же,  что  и  «вибратор»)  или  системами  с  одной
степенью  свободы.
 Число  степеней  свободы  характеризует  возможности  движе¬
ния  материальной  точки  (вернее,  накладываемые  на  него  огра¬
ничения)  .  Если  точка  может  двигаться  только  вдоль  определенной
линии,  то  она  обладает  одной  степенью  свободы.  Точка,  движение
которой  возможно  по  определенной  поверхности,  имеет  две  сте¬
пени  свободы.  Наконец,  точка,  свободно  движущаяся  в  простран¬
стве  (т.  е.  «в  трех  измерениях»),  располагает  тремя  степенями
свободы.
 Математический  маятник  —  это,  как  мы  знаем,  материальная
точка,  движущаяся  взад-вперед  по  строго  определенной  линии.
Значит,  ему  предоставлена  одна  степень  свободы.  Физический  ма¬
ятник  также  относят  к  одномерным  осцилляторам.  Электрический
аналог  маятника  —  колебательный  контур  —-  тоже  система  с  одной
степенью  свободы.  Все  подобные  системы  объединяет  общее  свой¬
ство:  одномерный  осциллятор  имеет  одну-единственную  собствен¬
ную  частоту  колебаний.
 Материальная  точка  принципиально  не  может  иметь  более
трех  степеней  свободы,  ведь  для  нее  это,  по  условию,  означает
отсутствие  всяких  ограничений:  ступай  куда  хочешь!  А  вот  тело,
которое  по  своим  размерам  не  подходит  под  определение  мате¬
риальной  точки,  способно  обладать  и  большим  числом  степеней
свободы.
 Такое  тело  можно  рассматривать  как  систему,  состоящую  из
 1  Английский  политический  деятель,  выступавший  за  освобождение
 Америки.
 39

ряда  масс  —  «грузиков»,  соединенных  между  собой  силами  упру¬
гости  —  «пружинами».  Каждая  пара  «грузик-пружина»  вносит
в  систему  свой  вклад  —  степень  свободы,  так  что  общее  число  пар
равно  числу  степеней  свободы  тела.
 Если  тело  однородно,  т.  е.  состоит  из  множества  частиц  с  оди¬
наковыми  свойствами,  то  масса  и  упругость  распределены  равно¬
мерно,  а  не  сосредоточены  в  отдельных  местах.  Здесь  уже  надо
говорить  не  о  трех  степенях  свободы  и  не  о  ста,  а  о  бессчетном
множестве.  Вот  почему  такие  тела  называют  системами  с  беско¬
нечным  числом  степеней  свободы.  К  ним  относится,  например,
помощник  музыкантов  камертон,  изобретенный  в  1711  г.  Диск
литавра,  мембрана  телефона,  диффузор  громкоговорителя,  хрус¬
тальный  бокал,  «колокольчик  —  дар  Валдая»  —  тоже  системы
с  «неограниченной  свободой».
 Каждая  такая  система  в  принципе  обладает  целым  созвездием
собственных  частот  и  может  совершать  на  всех  этих  частотах
свободные  колебания.  Соответственно  при  вынужденных  колеба¬
ниях  наблюдается  изобилие  резонансов,  и  если  бы  мы  захотели
изобразить  резонансную  кривую,  то  получилась  бы  вереница  боль¬
ших  и  малых  пиков.
 Но  не  всякое  изобилие  полезно.  Обычно  от  колебательной  сис¬
темы  требуется,  чтобы  она  резонировала  на  одной  определенной
частоте.  Это  основной  резонанс,  все  остальные  —  побочные,  «пара¬
зитные».  От  них  стараются  избавиться.  Скажем,  придают  колеба¬
тельной  системе  такую  форму,  чтобы  добротность  была  доста¬
точно  высока  лишь  при  основном  виде  колебаний,  а  при  всех  про¬
чих  —  мала.
 Так  обстоит  дело  с  камертоном.  Ножки  камертона  совершают
поперечные  колебания  изгиба,  то  сближаясь,  то  удаляясь.  Для
этого  вида  колебаний  характерно  наименьшее  затухание  (доброт¬
ность  измеряется  тысячами).  Па-разитные  же  колебания  гаснут
почти  мгновенно.
 Благодаря  удачной  форме  «камертон  (особенно,  если  ножки
его  не  слишком  тонки)  дает  почти  чистый  гармонический  тон  —
чище,  чем  любой  другой  музыкальный  инструмент,  чем  и  объясня¬
ется  широкое  применение  его  при  настройке  таких  инструментов
и  при  пении»1.
 В  громкоговорителе  резонансные  явления  вообще  нежелатель¬
ны.  Речь  или  музыка  —  сложный  колебательный  процесс,  состав¬
ляющие  которого  охватывают  всю  гамму  звуковых  частот  (при¬
близительно  от  16  до  16  ООО  герц).  Для  правильного  воспроизведе¬
ния  нужно  сохранить  первоначальное  соотношение  амплитуд  всех
 1  Н.  Н.  Малов.  Основы  теории  колебаний.  М.,  «Просвещение»,  1971.
 40

этих  составляющих.  А  случись  резонанс,  и  одна  из  них  получит
неоправданное  преимущество  перед  остальными.  Если  же  резо¬
нансов  несколько,  появится  кучка  частот—фаворитов.  При  неиз¬
менном  напряжении  на  входе  громкоговорителя  звучание,  в  зави¬
симости  от  частоты,  окажется  неодинаково  громким.  Возникнут
неприятные  «выкрики».
 Хорошо  было  бы  взять  и  вынести  вое  до  единой  собственные
частоты  громкоговорителя  за  пределы  слышимого  звука  (т.  е.
в  область  частот  выше  16  килогерц).  Но,  к  сожалению,  сделать
зто  не  так-то  просто.  Поэтому  искусственно  уменьшают  доброт¬
ность  системы  до  нескольких  единиц,  благодаря  чему  резонансные
лики  притупляются,  сглаживаются,  и  отношение  громкоговорителя
к  различным  звуковым  частотам  становится  более  «беспристраст¬
ным».  Вспомните,  что  именно  так  борются  с  резонансными  явле¬
ниями  в  автомобилях  —  там  тоже  вводят  в  систему  затухание,
сгоняют  добротность,  словно  лишний  вес.  Области  техники  —  раз¬
ные,  а  приемы  —  одинаковые.  Это  лишний  раз  свидетельствует
в  пользу  контактов  между  специалистами  самых  различных  про¬
филей.
 Автомобильные  амортизаторы  поглощают  энергию  возникаю¬
щих  колебаний.  Но  в  технике  применяют  и  «успокоители»,  дей¬
ствие  которых  основано  на  другом  принципе.  Чтобы  разобраться
в  нем,  нужно  (  в  который  раз!)  вернуться  к  маятнику.  Правда,
раньше  мы  вторгались  в  его  «личную  жизнь»,  а  теперь  понаблю¬
даем,  как  он  ведет  себя  «в  обществе».
 Подвесим  на  небольшом  расстоянии  друг  от  друга  два  одина¬
ковых  маятника,  так  чтобы  плоскости,  в  которых  они  колеблют¬
ся,  были  параллельными.  Стержни  маятников  соединим  нитью
с  грузиком  посредине.  Благодаря  этому  между  маятниками  возни¬
кает  связь.  Степень  связи  зависит  от  положения  нити:  чем  дальше
от  точек  подвеса  маятников  привязана  нить,  тем  сильнее  связь.
 Качнем  один  из  маятников.  Смотрите:  амплитуда  его  колеба¬
ний  довольно  быстро  уменьшается,  зато  соседний  маятник  прихо¬
дит  в  движение  и  раскачивается  все  сильнее.  Вот  первый  маятник
замер,  а  второй  колеблется  с  наибольшей  амплитудой.  Совсем  как
у  Гашека,  помните?
 «Итак,  слова  Наполеона  «На  войне  ситуация  меняется  каждое
мгновенье»  нашли  здесь  свое  полное  подтверждение  —  утром  кон¬
воиры  вели  под  штыками  Швейка  и  боялись,  как  бы  он  не  сбежал,
а  под  вечер  оказалось,  что  Швейк  привел  их  к  месту  назначения
и  ему  пришлось  их  караулить».
 Впрочем,  для  полной  аналогии  Швейку  пришлось  бы  много  раз
меняться  ролями  со  своими  конвоирами:  постепенно  успокаивает¬
ся  второй  маятник  и  начинает  раскачиваться  первый.  Словом,
 41

маятники,  как  добрые  соседи,  поочередно  обмениваются  энергией.
Быстрота,  с  какой  они  это  делают,  зависит  от  степени  связи  —
чем  связь  слабее,  тем  медленнее  успокаивается  один  маятник
и  возбуждается  другой.
 Если  бы  система  была  консервативной,  «обмен  любезностями»
происходил  бы  бесконечно  долго.  Но  поскольку  существует  дис¬
сипация  энергии,  «интерес»  маятников  друг  к  другу,  их  трога¬
тельная  «взаимопомощь»  оказываются  не  столь  продолжитель¬
ными.
 Вы,  по-видимому,  уже  пришли  к  выводу,  что  система  из  двух
связанных  маятников  имеет  две  степени  свободы  и,  соответствен¬
но,  две  собственных  частоты,  которые  тем  ближе,  чем  слабее  связь
между  маятниками.
 —  Но  какое  все  это  имеет  отношение  к  «успокоителям»  и  что
они  собой  представляют?!  —  вправе  воскликнуть  нетерпеливый
читатель.
 При  работе  различных  машин  из-за  недостаточной  сбаланси¬
рованности  вращающихся  частей  и  по  другим  причинам  может
возникнуть  нежелательная  вибрация,  особенно  сильная  в  случае
резонансных  явлений.  С  целью  ее  подавления  и  применяют
успокоители.
 Успокоитель  представляет  собой  колебательную  систему,  соб¬
ственная  частота  которой  равна  частоте  вибрации.  Масса  успо¬
коителя  во  много  раз  меньше,  чем  масса  самой  машины  (иначе
его  применение  оказалось  бы  слишком  дорогим  удовольствием).
Машина  и  успокоитель  образуют  колебательную  систему  с  двумя
степенями  свободы.  Ясно  поэтому,  что  при  вынужденных  коле¬
баниях  машины  начинает  колебаться  и  успокоитель.  Колебания
успокоителя,  в  свою  очередь,  передаются  машине.  И  вот  оказы¬
вается,  что  вторичные  колебания  машины,  обязанные  своим  появ¬
лением  успокоителю,  противофазны  первичным!  Складываясь,
они  гасят  друг  друга,  и  вибрация  машины  прекращается.  Зато
успокоитель  колеблется  вовсю,  но  его  колебания  никому  не  ме¬
шают!
 Такой  принцип  используется  и  в  успокоителе  бортовой  качки
корабля.  Внутри  корпуса  судна  на  одинаковом  уровне  устанав¬
ливают  два  резервуара,  соединенных  сверху  и  снизу  трубопро¬
водами,  так  что  образуется  замкнутое  кольцо.  В  систему  залита
жидкость;  верхний  трубопровод  заполнен  воздухом.
 При  качке  жидкость  в  системе  начинает  колебаться.  Ког¬
да  ее  уровень  в  первом  резервуаре  повышается,  то  во  втором
понижается,  и  наоборот.  Если  собственная  частота  колеоаний
жидкости  близка  к  частоте  вынужденных  колебаний  судна,  качка
успокаивается.
 42

Верхний  трубопровод  снабжен  краном.  Прикрывая  или  при¬
открывая  кран,  регулируют  настройку  успокоителя,  приноравли¬
ваясь  к  условиям  качки.
 Связанные  колебательные  системы  находят  разнообразные
применения,  особенно  в  радиоэлектронике.
 Связать  два  электрических  колебательных  контура  можно
по-разному.  Достаточно,  например,  сблизить  катушки  индуктив¬
ности.  Это  так  называемая  трансформаторная,  или  индуктивная
связь.  А  можно  соединить  контуры  конденсатором  —  получится
емкостная  связь.
 Чем  же  интересны  связанные  контуры?
 Прежде  всего  тем,  что  при  удачно  выбранной  степени  связи
улучшается  форма  резонансной  кривой  —  ее  склоны  становятся
более  крутыми,  а  вершина  —  плоской.  Если  связь  слишком  силь¬
на,  кривая  делается  двугорбой,  с  провалом  посредине,  причем
провал  углубляется  по  мере  усиления  связи.
 Отчего  возникают  горбы,  легко  догадаться.  Ведь  это  система
с  двумя  собственными  частотами.  Пока  связь  между  контурами
слаба,  частоты  практически  совпадают,  а  с  увеличением  степени
связи,  как  отмечалось,  расходятся.  Поэтому  резонансная  кривая
и  обзаводится  двумя  горбами.
 Мы  упомянули  об  улучшении  формы  резонансной  кривой.
А  «что  такое  хорошо  и  что  такое  плохо»,  если  подходить  к  конту¬
ру  с  «формальной»  точки  зрения?
 Идеальная  форма  резонансной  кривой  —  П-образная.  В  этом
случае  полоса  пропускания  контура  одинакова,  где  ее  не  отсчи¬
тывать  —  у  самой  верхушки  или  у  основания.  Пологие  «пред¬
горья»  отсутствуют,  колебания  частот,  хотя  бы  на  самую  малость
не  попавших  в  полосу  пропускания,  остаются  за  порогом,  зато
колебания,  частоты  которых  оказались  в  пределах  этой  полосы,
встречают  самый  радушный  и,  главное,  совершенно  одинаковый
прием!
 Простой  колебательный  контур  ведет  себя  хуже.  Полоса  про¬
пускания  по  существу  не  имеет  четких  границ.  Границы  по  уров¬
ню  0,7  от  максимума  резонансной  кривой,  как  мы  в  свое  время
подчеркнули,  сугубо  условны.  Колебания  с  частотой,  лежащей
вне  полосы  пропускания  и  соответствующей,  скажем,  уровню  0,5,
контур  не  задержит  полностью,  как  было  бы  в  идеальном  случае
колебательной  системы  с  П-образной  кривой,  а  пропустит,  пода¬
вив  всего  лишь  в  два  раза  по  сравнению  с  колебаниями,  на  частоту
которых  он  настроен.  Кстати,  и  в  полосе  пропускания  ча¬
стоты  не  равноправны  —  вершина  кривой  не  плоская,  а  закруг¬
ленная.
 П-образная  резонансная  кривая  —  недостижимая  мечта  ра-
 43

диоспециалистов.  Они  грезят  ею  во  сне,  а  наяву  пытаются  полу¬
чить  что-то  хотя  бы  приближенно  похожее.  Самое  грубое  прибли
жение  и  дает  система  из  двух  связанных  контуров.
 Существуют  более  сложные  системы  —  электрические  фильтры
в  состав  которых  входит  несколько  контуров,  а  иногда  и  пьезо
электрических  резонаторов.  Чем  сложнее  и  совершенней  фильтр
тем  ближе  его  характеристика  к  недостижимому  идеалу.

В  ПОГОНЕ  ЗА  МИЛЛИОНАМИ
 ▲  ТОЛЬКО  Б  НЕКИЙ  ЛУЧ  СЛОВЕСНЫЙ
УЗРЕТЬ,  НЕ  ЗРИМЫЙ  НИКОМУ.
 ИЗВЛЕЧЬ  ЕГО  ИЗ  ТЬМЫ  БЕЗВЕСТНОЙ
И  УДИВИТЬСЯ  САМОМУ.
 А.  Твардовский
 Мы  только  что  обрушились  с  критикой  на  электрический  ко¬
лебательный  контур.  И  поделом.  Его  недостатки  не  ограничива¬
ются  «разлапистой»  формой  резонансной  кривой.  Вспомните  доб¬
ротность:  десятки  единиц,  от  силы  несколько  сотен.  Меньше,  чеэд
у  камертона!  К  тому  же  собственная  частота  контура  плохо  про¬
тивостоит  «соблазнам»  температуры  —  заметно  изменяется  при
нагреве  или  охлаждении.
 Во  многих  случаях  эти  недостатки  оказываются  несуществен¬
ными.  Электрические  колебательные  контуры  с  успехом  исполь¬
зуются  в  радиоприемниках,  усилительных  ступенях  радиопере¬
датчиков  и  т.  д.  Но  нередко  возникает  острая  необходимость  в
гораздо  более  совершенных  колебательных  системах.  Тогда  приме¬
няют  пьезоэлектрические  резонаторы.
 Мы  знакомы  с  механическими  и  электрическими  колебатель¬
ными  системами.  Пьезоэлектрический  резонатор  —  ни  то  ни  дру¬
гое.  Впрочем,  правильней  сказать,  что  это  и  то  и  другое.  Ведь
мы  впервые  встречаемся  с  колебательной  системой,  в  которой  од¬
новременно  происходят  как  механические,  так  и  электрические
колебания,  причем  синфазные  и  вообще  похожие  друг  на  друга,
словно  два  одноклеточных  близнеца.
 О  пьезоэлектричестве  мы  уже  упоминали,  но  вскользь.  Вскоре
после  открытия  братьев  Кюри  выяснилось,  что  это  явление  обра¬
тимо:  при  сдавливании  кварцевого  кристалла  на  его  гранях
появляются  электрические  заряды  (прямой  пьезоэффект),  а  под
воздействием  электрического  поля  кристалл  деформируется  —
сжимается  или  растягивается  (обратный  пьезоэффект).
 Благодаря  обратимости  пьезоэффекта  кварц  ведет  себя  как
электромеханический  преобразователь,  т.  е.  может  превращать
электрическую  энергию  в  механическую  и  наоборот.  Кстати,  по¬
мимо  кварца  таким  свойством  обладают  турмалин,  сегнетова  соль,
этилендиаминтартрат,  фосфат  аммония,  поликристаллическая  ке¬
 45

рамика  —  титанит  бария,  виннокислый  калий...  Даже  сахар  от¬
носится  к  пьезоэлектрикам.  Если  уколоть  его  в  темноте,  видны
голубые  искры,  электрические  разряды  —  результат  пьезоэф¬
фекта.
 Но  (бывает  же  такое!)  кварц,  исторически  первый  пьезо¬
электрик,  оказался  самым  полезным,  самым  нужным,  самым  пер¬
спективным.  О  преимуществах  кварца  мы  еще  будем  говорить  да
говорить,  больно  уж  это  замечательный  минерал.  А  пока  познако¬
мимся  с  его  «родословной».
 Происхождение  слова  «кварц»  связано  со  старинными  немец¬
кими  легендами.  В  переводе  на  русский  оно  означает  «гномик»,
«лилипутик».  Пожалуй,  нет  в  природе  более  распространенного
минерала.  Он  встречается  в  виде  обыкновенного  песка,  гальки
и  кристаллов,  великолепных  по  многообразию  оттенков.
 Всем  известный  горный  хрусталь  —  кварц;  прозрачный  фио¬
летовый  кристалл  аметист  —  кварц;  синий  кристалл  сидерит  —  то¬
же  кварц.  Так  называемый  компостельский  рубин  (красного  цве¬
та),  «луково-зеленый»  празем,  черный  морион,  «винно-желтый»
цитрин,  кристалл  кошачий  глаз  желтого  или  зеленого  цвета  с  мно¬
жеством  вкрапленных,  параллельно  расположенных  волокон  ас¬
беста,  не  менее  причудливый  тигровый  глаз,  роговой  камень,  или
роговик,  —  желтой,  красной,  бурой  и  серой  окраски,  наконец,
многоцветная,  щедро  разукрашенная  природой  яшма  —  все  тот
же  кварц,  кварц,  кварц!  Окраска  кварца  зависит  не  от  его  кри¬
сталлической  структуры  (она  одна  и  та  же),  а  от  примеси  крася¬
щих  веществ.
 Но  не  только  великолепная  расцветка,  радуга  оттенков  прель¬
щают  нас  в  кварце.  Гораздо  важнее  то,  что  он  очень  прочен.  Не¬
обходим  многотонный  груз,  чтобы  раздавить  кварцевый  кубик
с  ребрами  в  сантиметр.  Тверже  кварца  лишь  алмаз,  корунд  и  то¬
паз  (но  они  не  обладают  пьезоэлектрическими  свойствами  и  ужо
по  одной  этой  причине  не  могут  с  ним  соперничать).  Важно  так¬
же,  что  при  нагреве  кварцевый  кристалл  расширяется  слабо,
воздействию  кислот  (за  исключением  плавиковой)  не  подда¬
ется.
 А  какое  все  это  имеет  значение?
 Не  забывайте,  что  речь  идет  о  качествах  колебательной  си¬
стемы.  Если  ее  размеры  и  форма  не  меняются  заметно  под
воздействием  окружающей  среды,  то  и  собственная  частота
устойчива.  Устойчивость  же  или,  как  чаще  говорят,  стабильность
частоты  колебаний  —  сказочная  жар-птица,  за  которой  настойчи¬
во  охотятся  ученые.
 Посмотрим  теперь,  как  устроен  пьезоэлектрический  резона¬
тор.  Пластинка  из  кристаллического  кварца  помещена  между  дву¬
 46

м  я  металлическими  пластинами  —  электродами  и  укреплена
в  держателе.  Вот,  собственно,  и  все  устройство,  хотя  и  в  несколько
упрощенном  виде  (так,  вместо  пластинчатых  электродов  обычно
применяют  металлизированное  покрытие,  наносимое  непосред¬
ственно  на  поверхность  кварца;  с  целью  уменьшения  потерь
энергии  резонатор  вакуумируют  —  откачивают  воздух  из  его  кор¬
пуса  и  т.  п.).
 Если  на  электроды  резонатора  подать  электрические  колеба¬
ния  (т.  е.  подключить  источник  переменного  напряжения),  то
вследствие  пьезоэффекта  кварцевая  пластинка  начнет  совершать
вынужденные  механические  колебания.  Но  благодаря  своим  уп¬
ругим  свойствам  она,  подобно  камертону  или  струне,  обладает
собственной  частотой,  на  которой  происходит  резонанс.
 Вообще  говоря,  кварц  (так  сокращенно  называют  пьезоэлек¬
трический  кварцевый  резонатор)  —  система  с  бесконечным  чис¬
лом  степеней  свободы  и  потому  имеет  множество  собственных  ча¬
стот.  Пластинка  может,  например,  совершать  колебания  типа
«сжатие  —  растяжение»  по  толщине,  длине  или  ширине,  сдвиго¬
вые  либо  крутильные  колебания,  колебания  изгиба.  В  зависимо¬
сти  от  характера  колебаний,  собственная  частота  будет  различна.
Кроме  того,  возможны  колебания  на  кратных  частотах  —  оберто¬
нах,  так  называемые  связанные  колебания  (вспомните  систе¬
му  из  двух  связанных  контуров  и  «раздвоение»  резонанса)  и  т  .п.
Электрический  эквивалент  такой  системы  —  параллельное  соеди¬
нение  множества  колебательных  контуров,  настроенных  на  все¬
возможные  частоты.
 Миогочастотность  кварца  —  недостаток.  Подбирая  определен¬
ную  геометрическую  форму  пластинки,  способ  ее  крепления  и  т.  д.,
стремятся  создать  наиболее  благоприятные  условия  для  нужного
вида  колебаний,  а  остальные  —безжалостно  подавить  (этот  прйем
для  нас  не  нов).
 А  стоит  ли  игра  свеч?  Безусловно  стоит.  Кварц,  как  колеба¬
тельная  система,  обладает  уникальными  достоинствами  —  об  этом
уже  было  сказано.  Добавим,  что  внутреннее  трение  и  потери
электрической  энергии  в  кварцевом  кристалле  настолько  малы,
что  резонатор,  наряду  с  высокой  устойчивостью  собственной  ча¬
стоты  к  внешним  воздействиям,  обладает  исключительно  высокой
добротностью.  В  современных  кварцевых  резонаторах  она  дости¬
гает  нескольких  десятков  миллионов.
 Мне  посчастливилось  принять  участие  в  «погоне  за  миллиона¬
ми».  Было  это  около  двадцати  лет  назад.  Перед  коллективом
пьезоэлектрической  лаборатории,  где  я  тогда  работал,  поставили
задачу  изготовить  кварц  с  добротностью  в  пять-пгесть  миллионов.
Таких  резонаторов  в  то  время  >еще  не  существовало.
 47

Среди  старых  кварцев  мы  обнаружили  несколько  штук,  имев¬
ших  форму  линзы.  Небольшое  (миллиметров  пятнадцать  в  диа¬
метре)  двояковыпуклое  «увеличительное  стекло»,  только  «сле¬
пое»  —  матовое,  с  металлизированной  поверхностью.
 Смыв  кислотой  серебряное  покрытие  и  отполировав  поверх¬
ность,  мы  получили  красивую  хрустальную  чечевицу.  Сделано  это
было  отнюдь  не  из  эстетических  побуждений:  полировка  умень¬
шает  потери  энергии  в  поверхностном  слое  кварца  при  колеба¬
ниях.
 И  вот  обновленный  кварц  под  колпаком  вакуумного  насоса
(ведь  воздух  «сопротивляется»  колебаниям,  значит,  его  нужно
откачать).  Перемена  разительная:  добротность,  которая  раньше
едва  достигала  пятидесяти  тысяч,  подскочила  до  миллиона!
 Конечно  же,  успех  не  был  случайным.  Линзовидная  форма
кварца  позволяет  избавиться  от  потерь  энергии  в  местах  крепле¬
ния.  Линза  крепится  пружинным  зажатием  в  трех  точках  кром¬
ки.  Кромка  острая  и  очень  точно  совпадает  с  так  называемой
нейтральной  плоскостью,  которая  «рассекает»  линзу  надвое,  при¬
чем  обе  половинки  —  плосковыпуклые  «полулинзы»  —  совершен¬
но  одинаковы.  Если  в  центре  колебания  частицы  кварца  имеют  мак¬
симальную  амплитуду,  то  по  мере  удаления  от  центра  амплитуда
падает,  а  на  кромке  она  равна  нулю  (недаром  кромка  на  «нейт¬
ральной»  плоскости!).  Крепежные  пружинки  не  могут  помешать
колебаниям,  поскольку  колебаний  в  местах  крепления  линзы  нет.
Солидный  вклад  в  «копилку»  добротности!
 Линзовидная  форма  хороша  и  тем,  что  подавляет  побочные,
нежелательные  виды  колебаний,  что  опять-таки  дает  энергетиче¬
ский  выигрыш.
 Можно  ли  назвать  это  открытием  или  изобретением?  Конечно,
нет!  Судите  сами:  кварц  в  форме  линзы  был  известен,  полировку
поверхности  с  целью  повышения  добротности  применяли,  ваку-
умирование  —  тоже.  А  совокупность  известных  приёмов  вдруг  да¬
ла  новый,  полезный  эффект.
 Спустя  год  мы  уже  изготавливали  кварцевые  линзы  с  доброт¬
ностью  свыше  десяти  миллионов.
 А  читатель  той  порою
 Скажет:
 —  где  же  про  героя?
 Это  больше  про  себя.
 А.  Твардовский
 Да,  кварц  —  один  из  героев  нашего  (рассказа,  бесспорный  ли¬
дер  колебательных  систем  в  диапазоне  частот  приблизительно  от
килогерца  до  трехсот  мегагерц.  Кварцы  производятся  по  нескольку
 48

миллионов  штук  ежегодно  (так  что  их  можно  считать  вдвойне
миллионерами!).  В  прошлом  единственным  источником  кварцево¬
го  сырья  были  природные  месторождения  на  Урале  и  Кавказе,
в  Альпах  и  др.  Сейчас  научились  выращивать  кристаллы  кварца
искусственным  путем.  Проблема  высококачественного  сырья  для
изготовления  пьезоэлектрических  резонаторов  решена,  таким  об¬
разом,  полностью.
 Важнейшая  область  применения  кварца  —  стабилизация  ча¬
стоты  колебаний.  Известно,  что  чем  добротней  колебательная  си¬
стема  автогенератора,  тем  ближе  частота  генерируемых  колеба¬
ний  к  ее  собственной  частоте  (физический  смысл  здесь  ясен:
с  ростом  добротности  резонансная  кривая  становится  все  уже,
и  малейшее  отклонение  генерируемой  частоты  относительно  ча¬
стоты  резонанса  вызывает  резкий  спад  амплитуды  колебаний
и  ухудшение  условий  генерации).  А  если  учесть,  что  собственная
частота  кварца  отличается  исключительной  устойчивостью,  так
как  хорошо  «защищена»  от  внешних  влияний,  то  станет  понятно
его  отменное  стабилизирующее  действие.
 Кварц  используется  и  в  фильтрах.  Благодаря  высокой  доброт¬
ности  он  позволяет  получить  исключительно  узкую  полосу  про¬
пускания.  К  тому  же  пьезоэлектрические  фильтры  дают  возмож¬
ность  приблизиться  к  столь  желанной  П-образной  форме  резонанс¬
ной  кривой.  Выигрыш  в  избирательности  очевиден,  этим  и
объясняется  широкая  распространенность  кварцевых  фильтров
в  системах  радиосвязи.
 Кварц  и  другие  пьезоэлектрики  находят  также  применение
в  качестве  различных  электромеханических  преобразователей.
Один  из  них  вы  почти  наверняка  найдете  у  себя  дома  —  это  зву¬
косниматель  в  радиоле  или  проигрывателе  грампластинок.  Сущест¬
вуют  также  пьезоэлектрические  громкоговорители,  микрофоны,
излучатели  ультразвука,  манометры,  акселерометры  (т.  е.  при¬
боры,  измеряющие  ускорения)  и  т.  п.  С  некоторыми  из  этих
устройств  мы  познакомимся  в  дальнейшем.  А  сейчас  побеседуем
об  одном  удивительном  открытии,  которое  было  сделано  благодаря
кварцу.

СЕКУНДА  СЕКУНДЕ  РОЗНЬ
 ...МАШИНА  ПОМЧАЛАСЬ  ВПЕРЕД,  И,  ВЗГЛЯНУВ
НА  УКАЗАТЕЛИ,  Я  УВИДЕЛ,  ЧТО  СТРЕЛКА,  ОТМЕ¬
ЧАЮЩАЯ  ТЫСЯЧИ  ДНЕЙ,  ВЕРТЕЛАСЬ  С  БЫСТРОТОЙ
СЕКУНДНОЙ  СТРЕЛКИ  ЧАСОВ  —  Я  УНОСИЛСЯ  В
БУДУЩЕЕ.
 Герберт  Уэллс
 Единица  частоты  колебаний  герц  и  единица  времени  секун¬
да  —  родные  сестры.  Ведь  период  колебаний,  происходящих  с  час¬
тотой,  равной  герцу,  составляет  секунду.  Сосчитав  число  полных
колебаний  в  секунду,  мы  узнаем  их  частоту.  Недаром  у  времени
и  частоты  колебаний  один  и  тот  же  эталон.
 Что  такое  герц,  нам  ясно:  одно  полное  колебание  в  секунду.
Ну,  а  секунда,  казалось  бы,  не  нуждается  в  определении:  очень
уж  это  привычное,  обыденное  понятие.  Большинство  читателей,
пожалуй,  удивится,  узнав,  что  слово  «секунда»  содержит  неопре¬
деленность,  что  секунда  секунде  рознь.
 Первая  из  секунд  —  единица  звездного  времени,  применяемого
в  астрономии.  Ее  отсчитывает  своебразная  часовая  стрелка  —
наша  Земля.
 Земной  шар  вращается  с  запада  на  восток,  поэтому  нам  ка¬
жется,  что  звезды  перемещаются  с  востока  на  запад.  Поворот
небесной  сферы  на  360°,  т.  е.  полный  оборот  Земли  вокруг  оси,
соответствует  так  называемым  звездным  суткам.  Секунда  звезд¬
ного  времени  составляет  1/86400  суток.
 Звездное  время  определяют  путем  астрономических  наблюде¬
ний.  Но  они  не  могут  быть  непрерывными,  поэтому  в  промежут¬
ках  между  наблюдениями  время  приходится  «хранить»  с  помощью
особо  точных  часов,  маятник  которых  сделан  из  сплава  инвара,  что
в  переводе  с  латинского  означает  «неизменный».  Длина  маятника,
а  следовательно,  и  его  собственная  частота  почти  не  зависят  от
температуры.  Чтобы  на  ход  часов  не  влияло  атмосферное  давле¬
ние,  маятник  помещают  в  цилиндр,  откуда  затем  откачивают
воздух  (кстати,  от  этого  значительно  повышается  добротность
маятника  и  возрастает  его  стабилизирующее  действие).  А  для
устранения  малейших  толчков  астрономические  часы  помещают
в  глубокие  бетонированные  подвалы.  Показания  часов  передаются
по  проводам  в  виде  импульсов  электрического  тока,  так  что  на
 50

сами  часы  смотреть  вовсе  не  нужно.  Благодаря  всем  этим  мерам
точность  часов  —  хранителей  времени  —  очень  высока:  за  сутки
они  уходят  или  отстают  (всего  лишь  на  тысячную  долю  се¬
кунды.
 Есть  и  еще  более  точные  часы  —  кварцевые.  В  них  вы  не
найдете  ни  пружины,  ни  гирь,  ни  мерно  раскачивающегося  маят¬
ника.  «Сердце»  этих  электронных  часов  —  автогенератор,  стаби¬
лизированный  кварцем.  Лучшие  образцы  кварцевых  часов  имеют
суточную  погрешность  хода  всего  в  десятитысячную  долю  секунды!
 Когда  астрономы  заменили  маятниковые  часы  кварцевыми,
было  экспериментально  установлено,  что  длительность  звездных
суток  колеблется  на  несколько  десятитысячных  долей  секунды.
Значит,  главная  «часовая  стрелка»  —  Земля  отсчитывает  время
вовсе  не  с  абсолютной  точностью.  Об  этом  догадывались  и  раньше.
Так,  в  «Новом  энциклопедическом  словаре»  Брокгауза  и  Ефрона
(том  11-й)  говорится:  «В  действительности  вращение  Земли  не
вполне  равномерно.  Помимо  перемещения  масс  при  геологических
и  метеорологических  процессах,  главным  фактором  здесь  является
трение,  развиваемое  океанскими  лунно-солнечными  приливами.
Приливная  волна  распространяется  обратно  вращению  Земли  и
замедляет  его.  Таким  образом,  единица  времени  непрестанно  (хо¬
тя  ничтожно)  меняется,  и  абсолютной  единицы  времени  мы  не
имеем.  Впервые  встретились  с  вопросом  об  изменении  длины  су¬
ток  как  единицы  времени  при  сравнении  древних  наблюдений  зат¬
мений  с  новейшими».
 Однако  там  же  утверждается,  что  «колебания  скорости  вра¬
щения  Земли,  указываемые  теорией  и  зависящие  от  распределе¬
ния  и  перемещений  масс  внутри  и  на  поверхности  земного  сфе¬
роида,  ничтожны  и  вполне  могут  быть  пренебрежены».
 Да,  в  неспешном  начале  века  десятитысячная  доля  секунды
представлялась  пренебрежимо  малой.  А  в  наше  время  берутся  на
учет  миллионные  и  еще  меньшие  доли  секунды.  Этого  требуют
радиоэлектроника,  ядерная  физика,  астрономия,  геофизика  и  мно¬
гие  другие  науки.
 Как  же  быть?  Звездные  сутки  явно  «не  оправдали  доверия-).
Тогда  астрономы  пошли  на  поклон  к  Солнцу.  Действительно,  вре¬
мя  можно  определять,  сообразуясь  с  положением  Солнца  на  небо¬
своде.  Но  это  уже  не  звездное,  а  солнечное  время.  Издревле  его
измеряли  с  помощью  простейших  солнечных  часов.
 Земля  не  только  вращается,  но  и  движется  вокруг  Солнца.
Поэтому  Солнце  перемещается  по  небесной  сфере  относительно
звезд.  Поскольку  орбита  Земли  не  круговая,  а  эллиптическая,
и,  кроме  того,  ось  вращения  земного  шара  наклонена  к  плоскости
орбиты,  видимое  перемещение  Солнца  оказывается  неравномер¬
 51

ным.  Так  же  неравномерно  протекает  истинное  солнечное  вре¬
мя  —  значение  секунды  периодически  колеблется.  Но  это  же
никуда  не  годится!
 Из  положения  вышли,  придумав  фиктивное  «среднее»  Солнцег
которое  якобы  равномерно  движется  по  экватору.
 Любопытно,  что  звездная  и  средняя  солнечная  секунды  от¬
нюдь  не  совпадают.  Секунда  звездного  времени  содержит  0,9973  се¬
кунды  среднего  солнечного.  Ведь  Земля  вращается  вокруг  оси
в  ту  же  сторону,  что  и  движется  по  орбите,  следовательно,  пол¬
ный  оборот  относительно  звезд  завершается  раньше,  чем  относи¬
тельно  солнца.  Вот  почему  звездные  сутки  на  3  мин.  56  сек.  коро¬
че  средних  солнечных.  Отсюда  и  различие  между  секундами.
 Существуют  таблицы,  позволяющие  пересчитывать  звездное
время  в  среднее  солнечное  и  наоборот.  Этим  пересчитанным  из
звездного  солнечным  временем  (его  называют  всемирным1)  поль¬
зуются  в  повседневной  жизни,  а  также  при  навигации,  слежении
за  искусственными  спутниками  Земли  и  в  большинстве  научно-
технических  применений.
 Вполне  очевидно,  что  всемирное  время  сохраняет  погрешность
звездного.  Правда,'оно  удобнее,  так  как  человек  отсчитывает  дни
«по  Солнцу»,  а  не  «по  звездам».
 Среднее  солнечное  время  можно  определять  не  только  пере¬
счетом  звездного,  но  и  другим,  гораздо  более  сложным,  зато  п
более  точным  способом  —  делением  года  на  равные  части.
 Кстати,  что  такое  год?  Это  привычнейшее  слово  на  поверку
также  оказывается  обманчивым.  Год  может  быть  звездным,  тро¬
пическим,  драконическим,  аномалистическим,  календарным.
 Звездный  год  —  время  полного  оборота  Солнца  по  небесной  сфе¬
ре  относительно  одной  и  той  же  звезды.  Оно  равно  365,  2564  сред¬
них  солнечных  суток.
 Тропический  год  —  время  между  двумя  последовательными
моментами  весеннего  равноденствия,  составлющее  365,  2422  сред¬
них  солнечных  суток.
 Драконический  год  —  время  между  двумя  последовательными
прохождениями  Солнца  через  одну  и  тут  же  точку  лунной  орбиты,
равное  346,6201  средних  солнечных  суток.
 Аномалистический  год  —  время  между  двумя  последовательны¬
ми  прохождениями  Земли  через  перигелий  (точку  орбиты,  бли¬
 1 	Всемирное  время  совпадает  с  местным  временем  нулевого  меридиа¬
на.  Местное  время  зависит  от  географической  долготы.  Поверхность  Земли
разделена  по  долготе  на  24  пояса.  В  пределах  пояса  время  условно  счи¬
тается  одинаковым  и  равным  местному  времени  среднего  поясного  мери¬
диана.  Время  соседних  поясов  различается  на  час.
 52

жайшую  к  Солнцу),  которое  составляет  365,2596  средних  солнеч¬
ных  суток.
 Календарный  год  содержит  в  юлианском  календаре1  (старый
стиль)  —  365,2500  средних  солнечных  суток,  в  григорианском*
(новый  стиль)  —  365,2425.  Таким  образом,  календарный  год  ста¬
рого  стиля  больше  тропического  на  0,0078  суток,  а  год  нового  сти¬
ля  —  всего  на  0,0003.
 Для  удобства  счета  пришлось  приравнять  год  целому  числу
суток.  С  этой  целью,  а  также  с  тем,  чтобы  избежать  накопления
разницы  между  средним  солнечным  и  календарным  временем,
установили  простые  и  високосные  годы.  Простой  год  равен
365  суткам  (в  феврале  28  дней),  високосный  —  366  (в  феврале
29  дней).  И  в  юлианском,  и  в  григорианском  календарях  три  года
подряд  —  простые,  а  четвертый  (тот,  порядковое  число  которого
делится  без  остатка  на  четыре)  —  високосный.  При  этом  в  гри¬
горианском  календаре  дополнительно  каждые  400  лет  три  висо¬
косных  года  заменяются  простыми.
 Период  обращения  Земли  вокруг  Солнца  значительно  более
постоянен,  чем  период  ее  вращения  вокруг  оси.  Поэтому  полтора
десятилетия  назад  тропический  год  приняли  в  качестве  эталона
так  называемого  эфемеридного  (равномерно  текущего)  времени.
Это  по-прежнему  среднее  солнечное  время,  только  измеренное
иначе,  с  меньшей  погрешностью.
 Средняя  солнечная  секунда  эфемеридного  времени  равна
1/31556925,9747  тропического  года.
 Получение  и  проверка  эфемеридного  времени  связаны  с  дли¬
тельными  и  громоздкими  наблюдениями  (ведь  исходный  интер¬
вал  времени  —  год!).  Поэтому  его  используют  главным  образом
для  калибровки  более  удобного  всемирного.
 Все  три  секунды—  звездного,  всемирного  и  эфемеридного  вре¬
мени  —  теряют  свой  смысл  на  борту  космического  корабля,  поки¬
нувшего  Землю.  Земным  временем  неудобно  пользоваться  на
Марсе,  марсианским  —  на  Венере.  Словом,  Земля  как  эталон  вре¬
мени  имеет  невосполнимый  недостаток:  она  «нетранспортабель¬
на»,  ее  не  возьмешь  с  собой  в  космический  полет.
 И  здесь  на  передний  план  выступает  еще  одна  секунда,  по¬
лучившая  название  атомной.  В  дальнейшем  мы  познакомимся
 1 	Введен  Юлием  Цезарем  в  46  г.  до  н.  э.
 2 	Назван  по  имени  папы  Григория  XIII,  при  котором  в  1582  г.  осуще¬
ствлена  реформа  календаря.  Григорианский  календарь  был  немедленно*
принят  большинством  католических  государств  Европы.  Германия  призна¬
ла  его  в  1699  г.,  Англия  в  1752  г.,  Швеция  в  1753  г.
 В  России  григорианский  календарь  (новый  стиль)  принят  после  Ве¬
ликой  Октябрьской  социалистической  революции,
 53

с  квантовыми  генераторами,  где  роль  «колебательной  системы»
играют  атомы  или  молекулы.  Такая  микросистема,  в  отличие  от
макросистемы  —  колебательного  контура  и  даже  кварцевого  ре¬
зонатора,—  не  подвержена  старению.  Отсюда  и  постоянство  часто¬
ты  колебаний  квантового  генератора,  не  имеющее  себе  равных.
 В  1967  году  Международная  конферецция  мер  и  весов  узако¬
нила  в  качестве  единицы  времени  атомную  секунду,  приравняв
ее  9.192.631.770,0  периодов  электромагнитных  колебаний,  соот¬
ветствующих  определенному  квантовому  переходу  атома  цезия.
 Квантовый  генератор  —  превосходный  эталон  времени  и  час¬
тоты  колебаний.  Он  не  привязан  к  Земле,  не  черпает  в  ней  силы
подобно  мифическому  Антею.  Теперь  секунда  перестала  быть
единицей  «земного  подчинения»,  ее  можно  воспроизвести  с  вы¬
сокой  точностью  в  любом  уголке  Вселенной.
 Разница  между  секундами  всемирного,  эфемеридного  и  атом¬
ного  времени  составляет  около  миллионной  доли  процента  (с  точ¬
ки  зрения  современной  науки  это  не  так  уж  мало!).
 Впрочем,  «троевластие»  уже  кончилось:  атомная  секунда  одер¬
жала  убедительную  победу.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ  ЧАСЫ
 КОРНЕЛИУС  ОСТОРОЖНО  ВКЛЮЧИЛ  ПРИБОРЫ,
И  УСТАНОВКА  НАЧАЛА  РАЗОГРЕВАТЬСЯ.  ОСЦИЛЛО¬
СКОП,  ВСТРОЕННЫЙ  В  ПЕРЕДАТЧИК  ЭНГЛСИ,
СООБЩАЛ  ЕМУ  ТОЧНЫЕ  ДАННЫЕ  ОБ  АЛЬФА-
РИТМЕ  МОЗГА  ПСИОПЕРАТОРА,  СЛУЖА  СВОЕОБ¬
РАЗНЫМИ  БИОЛОГИЧЕСКИМИ  ЧАСАМИ.
 Пол  Андерсон1'
 Многие  процессы  в  природе  отличаются  цикличностью.  День
чередуется  с  ночью,  на  смену  приливу  приходит  отлив,  одно  вре¬
мя  года  сменяется  другим.  Колеблются  температура  воздуха,  ат¬
мосферное  давление,  количество  осадков.
 Каждой  географической  точке  присущи  определенные  месяч¬
ные  температуры,  которые  отличаются  в  ту  или  иную  сторону  от
годовой.  Конечно,  значения  этих  температур  год  от  года  имеют
разброс,  но  если  усреднить  данные  за  много  лет,  то  картина  про¬
яснится.  Так,  в  одном  месте  за  температурой  наблюдали  тридцать
лет,  и  когда  усреднили  температуры  по  месяцам,  то  отклонения
месячных  температур  от  средней  годовой  выразились  кривой,  на¬
поминавшей  синусоиду.
 Другой  классический  пример  —  из  астрономии.  Наблюдая  за
яркостью  звезды  КШ  —  Кассиопеи,  также  обнаружили  периодич¬
ность:  звезда  притухала  и  разгоралась  каждые  14,8  суток.  Цик¬
личность  проявляется  и  в  деятельности  Солнца.
 Животные  и  растения  существуют  во  внешней  среде  и  нахо¬
дятся  под  воздействием  ее  периодических  изменений.  Неудиви¬
тельно,  что  они  приспосабливаются  к  этим  изменяющимся  усло¬
виям:  венчики  многих  цветов  закрываются,  когда  наступает
темнота,  некоторые  животные  дают  потомство  раз  в  год.
 Интересно,  что  и  численность  животных  периодически  колеб¬
лется.  В  Канаде  на  протяжении  почти  ста  лет  подсчитывали  числа
добытых  шкурок  зайцев  и  рысей.  Когда  построили  график,  то
получилась  кривая,  отдаленно  напоминавшая  синусоиду  с  перио¬
дом  9  —  10  лет.  Точнее,  две  схожих  кривых,  сдвинутых  по  фазе
примерно  на  один  год:  график  числа  зайцев  опережал  кривую
численности  рысей.  Была  построена  математическая  модель
 1 	Известный  американский  писатель-фантаст,  лауреат  премии  Хьюго
1961  года.
 55

«хищник  —  жертва»,  полностью  объяснившая  это  загадочное  явле¬
ние1.
 Зайцы  едят  растительную  пищу,  которая  всегда  в  изобилии.
Основное  «блюдо»  рысей  —  зайцы.  Нетрудно  представить,  что
если  бы  зайцы  оставались  в  одиночестве,  то  их  число  непрерывно
бы  возрастало.  А  вот  рыси,  не  будь  зайцев,  постепенно  вымерли  бы
от  истощения.
 Но  рыси  и  зайцы  «сосуществуют».  При  этом  чем  больше  зай¬
цев,  тем  вероятнее  встречи  рысей  с  зайцами  и  тем  вольготнее
живется  рысям.  По  мере  того  как  расплодившиеся  рыси  съедают
зайцев,  число  последних  уменьшается.  Становятся  реже  и  при¬
ятные  встречи.  Рысям  приходится  подтянуть  животы,  а  это  от¬
нюдь  не  способствует  размножению.  Силы  хищников  начинают
слабеть,  а  число  их  —  падать.  Тем  временем  зайцы,  придя  в  себя
от  тотального  истребления,  начинают  усиленно  размножаться.
В  дальнейшем  картина  периодически  повторяется.
 Считают,  что  такой  колебательный  процесс  способствует  есте¬
ственному  отбору  и  тем!  самым  ускоряет  эволюцию  животных.
В  период  убывания  численности  выживают  наиболее  приспособ¬
ленные  особи,  обогащая  вид  животных  ценными  качествами.  В  пе¬
риод  возрастания  эти  особи  дают  обильное  потомство,  т.  е.  под¬
готавливают  материал  для  последующего  отбора.
 Животные  и  растения  обладают  «чувством»  времени  —  своего
рода  биологическими  часами.
 Термин  «биологические  часы»  появился  не  случайно,  а  по
аналогии  с  обычными  часами,  ход  которых  обусловлен  авто¬
колебаниями.  Живой  организм  —  сложнейшая  автоколебатель¬
ная  система.  В  этом  нетрудно  убедиться  на  следующих  при¬
мерах.  1
 Кривая,  регистрирующая  биотоки  мозга  —  энцефалограмма  —
содержит  периодически  повторяющиеся  всплески.  Эти  биоэлект¬
рические  колебания  (так  называемый  альфа-ритм)  происходят
с  частотой  примерно  9  герц.
 Электрокардиограмма,  характеризующая  сердечную  деятель¬
ность,  также  представляет  собой  периодическую  последователь¬
ность.  Считают,  что  сердце  —  одна  из  совершеннейших  колеба¬
 1Ю.  Н.  Романовский,  Н.  В.  Степанова,  Д.  С.  Черняв¬
ский.  Что  такое  математическая  биофизика.  М.,  «Просвещение»,  1971.
 В  результате  фотосинтеза  из  воды  и  угле¬
кислого  газа  под  воздействием  световых  лу¬
чей  образуются  углеводы.  При  этом  выделяет¬
ся  кислород.  Именно  фотосинтезу  обязаны
мы  существованием  пригодной  для  дыхания
атмосферы.
 57

тельных  систем,  придуманных  природой.  Правильнее  было  бы
сказать  о  совокупности  синхронизированных,  т.  е.  согласованно
колеблющихся  систем.  Ведь  в  колебаниях  участвуют  группы
мышц,  вызывающих  поочередное  сокращение  желудочков  и  пред¬
сердий.
 Нужно  упомянуть  о  том,  что  такое  синхронизация  колебаний.
Синхронными  колебания  называются  в  том  случае,  если  их  час¬
тоты  равны,  а  сдвиг  фаз  сохраняет  постоянство  (если  фазовый
сдвиг  равен  нулю,  то  колебания,  как  мы  знаем,  синфазны).  В  ра¬
диоэлектронике  нередко  применяется  синхронизация:  в  автоколе¬
бательную  систему  вводят  извне  близкие  по  частоте  колеба¬
ния.  При  определенных  условиях  автоколебания  становятся
синхронными  с  колебаниями,  подводимыми  от  внешнего  источ¬
ника.
 В  организме  тоже  есть  синхронизирующий  источник  электри¬
ческого  напряжения  —  так  называемый  синусный  узел.  Импуль¬
сы,  вырабатываемые  им,  управляют  работой  сердца,  задавая  опре¬
деленный  ритм  сердечным  мышцам.  В  результате  заболевания
синхронизация  может  нарушиться,  мышечные  волокна  сердца
начнут  хаотически,  несогласованно  сокращаться.  Чтобы  спасти
больного  от  гибели,  необходимо  срочно  заменить  природный  «ге¬
нератор»  синхронизирующих  импульсов  электронным.  Такой  ми¬
ниатюрный  импульсный  генератор  вживляют  в  организм.  Кро¬
шечной  батарейки  хватает  на  несколько  лет  непрерывной  работы
прибора.
 Колебательные  процессы  происходят  и  в  отдельных  клетках.
Было  экспериментально  установлено,  что  размеры  клеточных  ядер
могут  периодически  изменяться.  Полагают,  что  это  способствует
интенсивному  обмену  молекулами,  содержащими  генетическую
информацию.  Колебания  ядер  в  клетках  ткани  бывают  взаимно
синхронизированы.  Возможно,  этой  синхронизацией  и  объясняет¬
ся  механизм  «биологических  часов».
 Такие  важнейшие  биологические  процессы,  как  гликолиз
и  фотосинтез  также  относятся  к  числу  периодических.
 Гликолиз  —  процесс  восполнения  энергетических  запасов  клет¬
ки  окислением  сахара.  Этот  процесс  главенствовал  при  ранних
стадиях  эволюции,  когда  простейшие  организмы,  населявшие  ми¬
ровой  океан,  еще  не  были  способны  к  дыханию.  Да  и  кислород
в  атмосфере  тогда  еще  отсутствовал.  До  сих  пор  многие  микро¬
организмы  живут  за  счет  гликолиза.  Сохранил  он  значение  и  для
высших  животных,  способствуя  заживлению  травм.  В  здоровом
организме  гликолиз  еле  теплится.  Но  в  некоторых  случаях  он
резко  усиливается.  Клетки  бурно  разрастаются,  образуется  зло¬
качественная  опухоль.
 58

Процесс  гликолиза  и  управляющие  им  механизмы  досконально
еще  не  изучены.  Но  выяснено,  что  интенсивность  этого  процесса
может  периодически  колебаться.  Во  время  опытов  с  экстрактом
дрожжей  был  получен  график  концентрации  одного  из  продуктов
гликолиза,  представлявший  собой  типичную  кривую  незатухаю¬
щих  колебаний.
 Другой  биологический  процесс,  происходящий  в  зеленых  рас¬
тениях,—  фотосинтез.  В  результате  фотосинтеза  из  воды  и  угло¬
кислого  газа  под  воздействием  световых  лучей  образуются
углеводы.  При  этом  выделяется  кислород.  Именно  фотосинтезу
обязаны  мы  существованием  пригодной  для  дыхания  атмос¬
феры.
 Поскольку  в  природных  условиях  свет  и  тьма  чередуются,
интенсивность  фотосинтеза  в  растении  периодически  изменяется.
Но  вот  что  интересно:  если  растение  освещать  непрерывно,  то  ко¬
лебания  фотосинтеза  надолго  сохраняются.  При  этом  период  коле¬
баний  по-прежнему  равен  суткам.  Правда,  колебания  постепенно
затухают,  но  ухудшается  и  «самочувствие»  растения,  без  смены
дня  и  ночи  оно  может  погибнуть.
 В  последние  годы  исследования  биологических  процессов  все
чаще  опираются  на  математику.  Биологи  изучают  и  применяют
на  практике  теорию  колебаний.  Многие  биологические  процессы
можно  выразить  формулами,  исследовать  с  помощью  электронно-
вычислительных  машин.  Биология  приобретает  черты  точной
науки.
 Биологическая  индустрия...  такое  словосочетание  кажется
странным.  Но  вспомните  заводы,  производящие  антибиотики  и  ви¬
тамины.  Ведь  здесь  главная  работа  выполняется  микроорганизма¬
ми  —  дрожжами  или  бактериями.  Чтобы  процесс  культивирования
микроорганизмов  протекал  оптимально,  необходимо  его  рассчи¬
тать,  построить  математическую  модель.
 Большую  роль  приобретает  в  наши  дни  переработка  нефте¬
продуктов  в  питательные  вещества.  Она  осуществляется  также
с  помощью  микроорганизмов.  Словом,  у  биологической  индустрии
большое  будущее.
 Казалось  бы,  какое  отношение  биология  имеет  к  космонав¬
тике?
 Однако  при  длительных  межпланетных  полетах  нужны  не  толь¬
ко  атомные,  но  и  биологические  часы.  Подсчитали,  что  даже  при
пилотируемом  полете  на  Марс,  не  говоря  уже  о  более  далеких
космических  путешествиях,  невозможно  запастись  достаточным
количеством  воды,  кислорода  и  продуктов  питания.  Единственный
выход  из  положения  —  их  регенерация.  Другими  словами,  на
 59

борту  межпланетного  корабля  должна  быть  создана  так  назы¬
ваемая  экологическая  (замкнутая)  система.
 Путем  фотосинтеза  вода  и  углекислый  газ  станут  превращать¬
ся  в  кислород  и  питательные  вещества.  Над  созданием  экологиче¬
ских  систем,  способных  к  длительному  и  эффективному  действию,
работают  сейчас  ученые.
 Решение  таких  проблем  будущего,  как  победа  над  злокачест¬
венными  опухолями,  выращивание  живых  тканей  и  даже  органов
и  др.  также  лежит  на  стыке  биологии  и  теории  колебаний.

КОЛЕБЛЮЩАЯСЯ  ВЕЧНОСТЬ!
 ВСЕ,  ЧТО  МЫ  ВИДИМ  ВОКРУГ,  ПОЖРЕТ  НЕНАСЫТНОЕ
 ВРЕМЯ;
 ВСЕ  НИЗВЕРГАЕТ  ВО  ПРАХ;  КРАТОК  ПРЕДЕЛ  БЫТИЯ.
СОХНУТ  ПОТОКИ,  МЕЛЕЮТ  МОРЯ,  ОТ  БЕРЕГОВ
 ОТСТУПАЯ,
 РУХНУТ  УТЕСЫ,  ПАДЕТ  ГОРНЫХ  ХРЕБТОВ  КРУТИЗНА.
ЧТО  ГОВОРЮ  Я  О  МАЛОМ!  ПРЕКРАСНУЮ  СЕНЬ
 НЕБОСВОДА,
 ВСПЫХНУВ  ВНЕЗАПНО,  СОЖЖЕТ  СВОЙ  ЖЕ  НЕБЕС¬
НЫЙ  ОГОНЬ.
 ВСЕ  ПОЖИРАЕТСЯ  СМЕРТЬЮ;  ВЕДЬ  ГИБЕЛЬ  —  ЗАКОН,
 А  НЕ  КАРА.
 СРОКИ  НАСТУПЯТ  —  И  МИР  ЭТОТ  ПОГИБНЕТ  НАВЕК.
 Сенека-младший
 Эпиграф  довольно-таки  мрачный.  Может  быть,  потому,  что
написаны  эти  строки  почти  два  тысячелетия  назад?  Но  вот  наш
современник  профессор  В.  И.  Шинкарук,  выступая  на  XIV  меж¬
дународном  философском  конгрессе,  сказал  почти  то  же  самое,
только  не  в  стихах,  а  в  прозе:  «Пройдут  тысячи  или  миллионы
лет  и  в  соответствии  с  данными  современной  науки  условия  для
существования  человечества  в  нашей  космической  системе  (в  Га¬
лактике  или  Метагалактике)  могут  исчезнуть.  То,  что  имеет  на¬
чало,  имеет  и  конец»1.
 В  своем  пессимизме  проф.  Шинкарук  опирается  на  авторитет
отнюдь  не  двухтысячелетней  давности.  Норберт  Винер  писал:  «Мы
в  самом  прямом  смысле  являемся  терпящими  кораблекрушение
пассажирами  на  обреченной  планете»2.
 Когда  корабль  терпит  бедствие,  спускают  спасательные  шлюп¬
ки,  пассажиры  «меняют  корабль».  «Сменить  корабль»,  если
это  понадобится  в  грядущем,  поможет  человечеству  космонав¬
тика.
 А  если  гибель  грозит  не  только  кораблю  —  планете,  но  и  оке¬
ану  —  Вселенной?  Этот  далеко  не  праздный  вопрос  уже  десяти¬
летия  волнует  физиков  и  философов.
 Что  такое  Вселенная?  Раскроем  «Философский  словарь».  «Все-
 1 	Философия  и  современность.  М.,  «Наука»,  1971.
 2 	Н.  Винер.  Кибернетика  и  общество.  М.,  Изд-во  иностр.  лит.,
1958.

ленная,—  говорится  там,  —  вся  окружающая  нас  природа,  беско¬
нечная  в  пространстве  и  времени...»  Бесконечная  во  времени,  зна¬
чит,  вечная,  не  имеющая  ни  начала,  ни  конца.
 Точка  зрения  других  ученых  состоит  в  том,  что  Вселенная
смертна.  Они  мотивируют  свои  предположения  вторым  законом
термодинамики  (постулатом  Клаузиуса).  Согласно  этому  закону
тепло  не  может  само  по  себе  переходить  от  тел  с  более  низкой
температурой  к  телам  с  более  высокой.
 Физик  и  математик  Рудольф-Юлиус-Эммануэль  Клаузиус
(1822  —  1888)  пришел  к  выводу,  что  с  течением  времени  тепловая
энергия  рассеивается  по  Вселенной  и  рано  или  поздно  течение
всех  тепловых  процессов  прекратится,  будет  достигнуто  равно¬
весие,  всеобщая  одинаковость,  Вселенную  постигнет  «тепловая
смерть».  Мера  вероятности  такого  состояния  —  энтропия  —  не¬
уклонно  возрастает.
 Вокруг  постулата  Клаузиуса  разгорелись  и  до  сих  пор  продол¬
жаются  ожесточенные  споры.  Вот,  например,  мнение  академика
 А. 	Ф.  Иоффе1:  «В  бога  я  не  верю,  я  не  приписываю  ему  сотворение
мира.  Я  не  знаю,  кто  создал  мир,  но  я  твердо  знаю,  что  он  идет
только  к  постепенному  выравниванию  всех  и  всяких  потенциалов,
к  состоянию  наибольшей  вероятности.  Если  и  есть  в  мире  где-то
процессы  созидания,  то  их  можно  выразить  столь  малой  вероят¬
ностью,  что  она  будет  выражаться  дробью,  не  более  чем  одна
десятая  и  в  знаменателе  еще  восемьдесят  четыре  нуля,—  энтро¬
пию  нельзя  перешагнуть».
 Того  же  мнения  придерживается  ряд  ученых.  Среди  них  был
и  Норберт  Винер  («Мы  плывем  вверх  по  течению,  борясь  с  огром¬
ным  потоком  дезорганизованности,  который,  в  соответствии  со
вторым  законом  термодинамики,  стремится  все  свести  к  тепловой
смерти  —  всеобщему  равновесию  и  одинаковости»)2.
 К.  Э.  Циолковский  не  считал  «тепловую  смерть»  неизбежной.
«Теоретически  возможно,—  указывал  он,—  обратное  течение  теп¬
ловых  процессов...  Мы  не  ознакомлены  только  с  условиями,  при
которых  оно  происходит»3.
 Аналогичное  мнение  высказал  в  начале  пятидесятых  годов
профессор  П.  К.  Ощепков.  Вот  его  аргументы:
 1 	См  в  кн.:  П.  К.  Ощепков.  Жизнь  и  мечта.  М.,  «Московский  ра¬
бочий»,  1967.
 2 	Н.  Винер,  Я  —  математик.  М.,  «Наука»,  1964.
 3 	В.  А.  Брюханов.  Критика  К.  Э.  Циолковским  «Теории  тепловой
смерти  мира».  Ученые  записки  Ленинградского  педагогического  институ¬
та,  т.  90,  1953.
 62

«Еще  в  прошлом  веке  многие  ученые  отрицали  этот  энтропий¬
ный  постулат  Клаузиуса  и  принцип  необратимости...  Антинауч¬
ность  утверждения  Клаузиуса  о  стремлении  энтропии  мира  к  мак¬
симуму  заключается  именно  в  том,  что  выводы  о  возрастании  эн¬
тропии  в  изолированной  системе  он  бездоказательно  перенес  на
неизолированную  и  даже  на  безграничную,  какой  является  Все¬
ленная...  Что  в  природе  могут  происходить  самопроизвольные  про¬
цессы,  ведущие  к  образованию  высоких  температур,  теперь  долж¬
но  быть  совершенно  бесспорным.  По  данным  В.  А.  Амбарцу¬
мяна,  В.  Г.  Фе  сен  ко®  а,  О.  Ю.  Шмидта  и  других  астрономов,  об¬
разование  звезд  происходит  вечно,  следовательно  и  в  нашу
эпоху»1.
 Это  звучит  как  приговор,  не  подлежащий  обжалованию  («ан¬
тинаучность»,  «бездоказательность»,  «совершенно  бесспорно»!).
Но  сколько  таких  безапелляционных  «приговоров»  отменила  ис¬
тория  науки!
 П.  К.  Ощепков  считает  Вселенную  неизолированной  системой.
А  от  чего  ее  изолировать?  Ведь  в  силу  бесконечности  Вселенной
вне  ее  ничего  нет.
 Постулат  Клаузиуса  не  подвергается  сомнениям  в  случае  замк¬
нутой  изолированной  системы.  Система  конечных  размеров  долж¬
на  быть  изолирована,  чтобы  предотвратить  теплообмен  с  ок¬
ружающей  средой.  Но  с  чем  может  обмениваться  теплотой  Все¬
ленная?
 В  «разгроме»  «энтропийного  постулата»  П.  К.  Ощепков  опи¬
рается  на  открытия  В.  А.  Амбарцумяна.  Между  тем  крупнейший
астрофизик  академик  В.  А.  Амбарцумян  придерживается  иной
точки  зрения.
 В  статье  «Современное  естествознание  и  философия»  (см.  сбор¬
ник  «Философия  и  современность»,  изданный  Институтом  филосо¬
фии  Академии  наук  СССР  в  1971  г.  по  итогам  Венского  философ¬
ского  конгресса)  он  пишет:
 «...Распад  и  рассеяние  (в  полном  соответствии  со  вторым  на¬
чалом  термодинамики)  характеризует  общую  направленность
процессов  в  нашей  Галактике  и,  как  оказалось  впоследствии,  так¬
же  в  других  галактиках».
 Что  же  касается  образования  звезд,  то  «количество  одиночных
звезд  в  общем  звездном  поле  Галактики  постоянно  растет  за  счет
распада  скоплений...»
 1  П.  К.  Ощепков.  Жизнь  и  мечта.  М.,  «Московский  рабочий»,
 1967.
 63

П.  К.  Ощепков:
 «Теперь  уже  доказано,  что  в  мире  звезд  и  туманностей  не¬
прерывно  происходят  новообразования.  Но  ведь  и  паша  Земля...
является  продуктом  концентрации,  только  концентрации  косми¬
ческой  пыли,  осколков  и  всяких  других  больших  и  малых  небесных
тел.  Притягивая  и  воспринимая  на  себя  или  в  свою  атмосферу
ежедневно  тысячи  и  тысячи  больших  и  малых  метеоров,  наша
Земля  и  сейчас  массой  своей  растет.  На  Солнце  этот  процесс
концентрации  идет,  вероятно,  еще  быстрее».
 В. 	А.  Амбарцумян:
 «...Возникновение  туманностей  из  звезд  —  довольно  распрост¬
раненное  явление.  Наоборот,  мы  не  знаем  пока  ни  одного  случая,
когда  из  диффузной  материи  возникал  бы  плотный  объект,  хотя
такие  переходы,  допускавшиеся  в  старых  космогонических  гипо¬
тезах,  допускаются  и  во  многих  распространенных  до  сих  пор
космогонических  теориях...  Дальнейшие  исследования,  особенно
в  области  внегалактической  астрономии,  привели  к  обнаружению
многочисленных  новых  свидетельств  в  пользу  того,  что  во  Вселен¬
ной  процессы  развития  связаны  с  рассеянием  вещества,  т.  е.  с  пе¬
реходом  от  более  плотного  вещества  к  менее  плотному,  в  проти¬
вовес  устаревшим  взглядам  о  сгущении  космических  тел  из  раз¬
ряженной  материи».
 Но  ведь  если  «процессы  в  нашей  Галактике  и,  как  оказалось
впоследствии,  также  в  других  галактиках»  происходят  «в  полном
соответствии  со  вторым  началом  термодинамики»,  если  исследо¬
вания  «привели  к  обнаружению  многочисленных  новых  свиде¬
тельств  в  пользу  того,  что  во  Вселенной  процессы  развития  связа¬
ны  с  расссеяиием  вещества»,  то  значит,  постулат  Клаузиуса
получил  экспериментальное  подтверждение  в  современной  астро¬
физике.
 «Современная  космогония  свидетельствует  о  том,  что  процес¬
сам  развития  космических  объектов  свойственна  их  необрати¬
мость,—  говорит  В.  А.  Амбарцумян.—  Циклические  изменения  в
них  если  и  происходят,  то  лишь  как  элементы  общего  необрати¬
мого  изменения  структуры  этих  объектов».
 Еще  один  приговор,  как  видим,  диаметрально  противополож¬
ный  первому.  Однако  обратите  внимание  на  слова  «современная
космогония».  В  них  содержится  намек  на  возможный  пересмотр
«приговора»  в  будущем,  когда  наука  о  Вселенной  достигнет  но¬
вого  качественного  уровня.
 Позволю  себе  в  этой  связи  одну  любопытную  выдержку  —  из
повести  Михаила  Колесникова  «Атомград»:
 «Вселенная  подобна  гигантскому  колебательному  контуру:
смысл  ее  эволюции  —  в  непрестанном  переходе  вещества  в  анти¬
 64

вещество;  это  своего  рода  «омоложение»  Вселенной.  Когда  все
вещество  перейдет  в  антивещество,  начнется  обратный  процесс
согласно  закону  синусоидального  времени».
 Оставим  на  совести  писателя  «синусоидальное  время»  (оче¬
видно  имелись  в  виду  гармонические  колебания).  В  отличие  от
ученых  писатели  могут  фантазировать  и  «безответственно».  Нау¬
ка  же  пока  не  в  состоянии  дать  окончательный  ответ,  решить
эту  колоссальной  сложности  проблему  «раз  и  навсегда».  Образно
говоря,  мнения  ученых  также  колеблются,  причем  отнюдь  не  по
«закону  синусоидального  времени».
 3  А.  Плонский

АЛГЕБРА  И  ГАРМОНИЯ  КОЛЕБАНИЙ
 В  ОЖИДАНИИ  СОЛНЦА  ЗАМИРАЕТ  ТРЕВОЖНАЯ
РЯБЬ,  ВСЕ  СМУТНЫЕ  ОТСВЕТЫ  СБРАСЫВАЮТ  СВОЙ
ВОЛШЕБНЫЙ  ПОКРОВ.  ВОТ  ТОГДА-ТО  ПРИЗРАКИ
ДЕЙСТВИТЕЛЬНО  ИСЧЕЗАЮТ  В  ПРОЯСНИВШЕМСЯ
ВОЗДУХЕ  И  НЕОБЪЯСНИМЫЕ  ШУМЫ  УСТУПАЮТ
МЕСТО  ЧИСТЫМ  ГАРМОНИЯМ.
 Жорж  Санд
 Несколько  лет  назад  мой  сослуживец,  немолодой  уже  человек,
умер  от  инфаркта.  Почувствовав  себя  плохо,  он  обратился  к  вра¬
чам,  те  его  обследовали,  сняли  электрокардиограмму  и  успокоили:
«Ничего  серьезного,  через  недельку  выпишем».  И  он  разгуливал
по  палате,  повеселевший,  словно  и  впрямь  дело  шло  к  поправке...
Не  берусь  судить,  насколько  виноваты  в  происшедшем  врачи.
Подвела  «благополучная»  электрокардиограмма,  в  ее  извилинах  и
зубчиках,  в  жирной  расплывчатой  линии  бесследно  потонули  тре¬
вожные  признаки  болезни.  Выявить  их  на  сей  раз  не  удалось.
Представьте  себе  теперь:  те  же  датчики,  те  же  соединительные
провода,  что  и  в  обычном  электрокардиографе,  но  никаких  лент,
никаких  извилин,  зазубрин,  выбросов,  которые  нужно  тщательно
и  терпеливо  рассматривать,  разгадывать,  расшифровывать,  всякий
раз  рискуя  не  рассмотреть,  не  разгадать,  не  расшифровать.  От
датчиков  колебания  подаются  на  автоматический  анализатор
спектраприбор,  с  назначением  которого  мы  сейчас  познако¬
мимся.
 Еще  в  прошлом  веке  Фурье  установил,  что  любое  периодиче¬
ское  колебание,  сюоль  угодно  сложное,  представляет  собой  со!во-
купность  простейших  синусоидальных  колебаний  —  гармоник.
Частота  основной  (первой)  гармоники  определяется  периодич¬
ностью  колебания  (в  нашем  примере  она  совпадает  с  частотой
пульса).  Частота  второй  гармоники  в  два  раза  выше,  третьей  —
в  три  раза  и  т.  д.  Вот  почему  гармоники,  начиная  со  второй,  назы¬
вают  высшими  (обертонами).
 Чем  запутанней  колебания,  тем  больше  составляющих  они
содержат.  Характер  колебаний,  их  график  зависят  от  соотношения
амплитуд  и  фаз  отдельных  синусоид.  Спектр  колебаний,  т.  е.  «ин¬
вентарная  опись»  синусоидальных  составляющих  с  указанием  их
частот,  фаз  и  амплитуд,  дает  полнейшее  представление  об  иссле¬
дуемом:  процессе.  Такого  представления  не  может  дать  график  —
 66

«портрет»  колебания,  на  котором  «второстепенные»  детали,  выс¬
шие  гармоники  с  малыми  амплитудами,  останутся  непроработан-
ными.  А  вдруг  именно  эти  гармоники  и  несут  наиболее  важную
информацию?
 Спектральный  анализ  как  раз  и  состоит  в  «расщеплении»  ко¬
лебания  на  гармоники,  в  измерении  их  параметров.  Прибор,  слу¬
жащий  для  этой  цели,  и  называется  анализатором  спектра.
 Итак,  колебания  от  датчиков  электрокардиографа  можно  по¬
дать  на  анализатор  спектра,  где  без  участия  человека  (автомати¬
кой  нас  не  удивишь!)  составляется  та  самая  «инвентарная  опись»
гармоник,  о  которой  только  что  говорилось.  Значения  частот,  амп¬
литуд  и  фаз  каждой  из  составляющих  поступают  в  электронную
цифровую  вычислительную  машину.  Ее  память  содержит  большое
число  образцов  «кардиоспектров»  как  здоровых  людей,  так  и  боль¬
ных  теми  или  иными  заболеваниями.  Сравнив  исследуемый  спектр
с  каждым  из  образцовых,  машина  выдаст  диагноз  в  виде  записи
на  светящемся  табло.
 Мы  заглянули  в  ближайшее  будущее  одного  из  множества
применений  спектрального  анализа.  Но  было  бы  неверным  думать,
что  это  новинка  науки.  Со  времен  Фурье  спектральный  анализ
остается  одним  из  наиболее  эффективных  методов  исследования.
Области  его  применения  многочисленны  и  разнообразны:  общая
механика,  сопротивление  материалов  и  теория  упругости,  теория
колебаний,  гидродинамика  и  аэродинамика,  электричество  и  маг¬
нетизм,  радиотехника,  оптика,  акустика,  аэронавигация,  самолето¬
строение,  баллистика,  атомная  физика,  кристаллография,  статисти¬
ка  и  т.  д.
 Раньше  применяли  спектральный  анализ  не  самого  колебания,
а  кривой,  построенной  на  основе  экспериментальных  данных.  Раз¬
лагая  кривую  на  отдельные  «синусоиды»,  нередко  выявляли  зако¬
номерность,  существующую  в  скрытом  виде.  Гармонический  ана¬
лиз  производили  вручную,  графическими  способами.
 В  современных  условиях  такой  способ  исследования  кривых
все  еще  находит  применение.  Но  теперь  информация  об  изучае¬
мом  процессе  обычно  накапливается  с  помощью  регистрирующей
аппаратуры  —  шлейфовых  осциллографов,  самописцев,  виброгра¬
фов  и  т.  д.,  причем  на  одной  ленте  нередко  фиксируется  до  двух
десятков  кривых!  Обрабатывать  всю  эту  массу  информации  вруч¬
ную  —  сизифов  труд.
 Существуют  многоканальные  автоматы  для  «считывания»  кри¬
вых.  Полученная  таким  автоматом  цифровая  информация  посту¬
пает  в  электронный  вычислитель,  который  моделирует  процесс  —
подбирает  наиболее  близкую  кривую  с  известной  математической
формулой.
 3*
 67

Но,  как  уже  упоминалось,  лучше  анализировать  не  кривую,
отражающую  ход  явления,  а  само  явление.  Непосредственное  —
без  вычерчивания  графиков  —  определение  ам!плитуд,  частот  и  фаз
спектральных  составляющих  осуществимо  с  помощью  ряда  фи-
аических  явлений.  Так,  еще  Ньютон  использовал  для  спектраль¬
ного  анализа  световых  лучей  дисперсию  (зависимость  оптических
характеристик  вещества  от  частоты  колебаний  падающего  на  него
света).  Анализаторы  спектра  могут  основываться  также  на  явле¬
ниях  резонанса  колебаний,  их  интерференции  (взаимного  наложе¬
ния)  и  т.  п.
 Обыкновенный  радиоприемник,  с  работой  которого  мы  подроб¬
но  ознакомимся  в  дальнейшем,  это  тоже,  в  общем,  своего  рода
анализатор  спектра.  Из  всей  массы  электромагнитных  колебаний,
поступающих  на  его  вход,  он  выделяет  колебания  сравнительно
узкой  полосы  частот,  на  которую  настроен.  По  такому  принципу
выполняются  анализаторы  последовательного  действия.
 При  последовательном  анализе  спектра  избирательная  система
(колебательный  контур  или  фильтр)  перестраивается  в  опреде¬
ленном}  диапазоне  частот  —  от  самой  низкой  до  самой  высокой.
 На  вход  прибора  одновременно  поступают  все  колебания,  су¬
ществующие  в  этом  диапазоне.  Допустим,  они  периодические.  Тог¬
да  их  можно  рассматривать  как  совокупность  гармоник.  Анализа¬
тор  отфильтровывает  ту  гармонику,  частота  которой  совпадает  с
частотой  колебательной  системы.  А  поскольку  настройка  прибора
постепенно  изменяется,  он  «прощупывает»  весь  спектр,  фиксируя,
одну  за  другой,  спектральные  составляющие  —  гармоники.  В  мо¬
мент  точной  настройки  на  обнаруженную  гармонику  отклонение
стрелки  индикатора  указывает  ее  амплитуду,  а  показания  гра¬
дуированной  шкалы  дают  значение  частоты.
 Одна  из  важнейших  характеристик  анализатора  —  его  разре¬
шающая  способность,  т.  е.  способность  различать  колебания  близ¬
ких  частот.
 Ширина  полосы  пропускания  радиовещательного  приемника
около  10  килогерц.  Колебания  двух  частот  с  разносом,  скажем,
в  1  килогерц  приемник  различить  не  сможет,  так  как  при  настрой¬
ке  на  одну  из  них  другая  также  попадает  в  полосу  пропускания
(т.  е.  в  полосу  колебательной  системы  приемника).  Разнос  частот,
при  котором  колебания  могут  быть  зафиксированы  порознь,  дол¬
жен  превышать  ширину  этой  полосы.  Значит,  полоса  пропускания
определяет  разрешающую  способность  анализатора.
 Благодаря  узкополосным  кварцевым  фильтрам  удалось  достичь
разрешающей  способности  в  сотые  доли  герца.  Но  возникла  спе¬
цифическая  трудность:  с  ростом  разрешающей  способности  увели¬
чивается  и  время  анализа.  Помните,  чем  добротнее  колебательная
 68

система,  тем  она  инерционней,  тем  дольше  затухают  в  ней  сво¬
бодные  колебания.  Вот  мы  настроились  на  какую-то  гармонику.
Стрелка  индикатора  не  сразу  отклонилась  до  максимума:  ампли¬
туда  колебаний  возрастала  постепенно.  Изменим  настройку,
и  стрелка  (вернется  к  нулю  не  скачком,  не  мгновенно,  а  опять-таки
плавно,  по  закону  затухающих  колебаний.  Этот  нестационарный
процесс  тем  длительнее,  чем  уже  полоса  пропускания  (зависимость
между  полосой  и  добротностью  контура  нам  известна).  При  ши¬
рине  полосы  в  1  герц  он  продолжается  секунду;  0,1  герца  —  10  се-
кунр;  0,01  герца  —  100  секунд.  Если  бы  ширина  полосы  пропуска¬
ния  равнялась  нулю,  процесс  установления  колебаний  длился  бы
бесконечно  долго.  Выходит,  что  при  быстрой  перестройке  по  диапа¬
зону  анализатор  может  попросту  не  заметить  спектральной
составляющей,  не  успеть  на  нее  отреагировать.  *
 Пусть  анализатор  рассчитан  на  диапазон  инфранизких  частот
от  0  до  1000  герц.  При  разрешающей  способности  1  герц  время
последовательного  анализа  в  этом  диапазоне  составит  1000  секунд,
то  есть  около  четверти  часа!  В  большинстве  случаев  анализ  с  такой
черепашьей  скоростью  неприемлем.
 Наряду  с  последовательным  существует  и  параллельный  метод
аппаратурного  спектрального  анализа.  Суть  этого  метода  такова.
Исследуемый  диапазон  разбивают  на  ряд  полос.  Для  каждой
из  них  предусматривают  свой  фильтр  с  отдельным  индикатором.
Все  фильтры  соединены  в  параллель,  анализируемые  колебания
поступают  на  их  входы  одновременно,  а  «откликаются»  только  те
фильтры,  в  полосы  пропускания  которых  попали  спектральные
составляющие.
 При  прежних  условиях  параллельный  анализ  займет  не  15  ми¬
нут,  как  последовательный,  а  всего  секунду,  но  число  фильтров
составит  1000,  что  и  вовсе  не  годится!
 Словом,  каждый  из  вариантов  имеет  свою  ахиллесову  пяту.
Примиришься  с  низкой  разрешающей  способностью  —  вместо  не¬
скольких  спектральных  составляющих  зафиксируешь  одну,  не  при¬
миришься  —  запасайся  терпением  или  нагромождай  тысячи  фильт¬
ров!
 И  все  же  анализаторы  последовательного  и  параллельного
действия  имеют  сейчас  обширный  круг  применений.  В  радиотех¬
нике  с  их  помощью  определяют  спектры  сигналов,  исследуют
шумы  транзисторов  и  полупроводниковых  диодов.  Большую  пользу
приносят  анализаторы  спектра  в  изучении  процессов  электромаг¬
нитного  перемешивания  стали,  электросварки  токами  низкой
частоты  и  т.  п.  Их  можно  встретить  в  аппаратуре  атомных  реакто¬
ров,  среди  химических  приборов.  Ими  широко  пользуются  при
изучении  биотоков  мозга,  кавитации,  землетрясений.

Особенно  распространены  анализаторы  инфранизких  частот
от  0  до  1000  герц  (понятно,  почему  мы  выбрали  этот  диапазон
для  примера).  Таковы  частоты  вибраций,  возникающих  при  рабо¬
те  турбин,  двигателей  внутреннего  сгорания,  разнообразных  стан¬
ков,  конвейеров-,  самолетов  и  вертолетов-.
 Вибрации  возникают  в  результате  воздействия  сил,  направление
которых  периодически  изменяется.  Такие  нагрузки,  называемые
знакопеременными,  представляют  большую  опасность  для  любого
механизма  или  сооружения.  Известны  многие  случаи,  когда  в  ре¬
зультате  знакопеременных  нагрузок  разрушались  оси,  валы,  ло¬
патки  турбин,  мосты  и  здания.  Особенно  доставалось  от  вибраций
конструкторам  самолетов.  В  тридцатые  годы  испытательные
полеты  нередко  заканчивались  катастрофой.
 «Развив  при  испытаниях  максимальную  скорость,  самолеты
почти  мгновенно  разрушались  из-за  прогрессирующих  вибраций.
Некоторое  время  это  явление  оставалось  непонятным;  его  назвали
флаттером  и  это  слово  приобрело  смертельный  смысл»1.
 Спектр  вибрационных  процессов  содержит  богатейшую  инфор¬
мацию  о  работе  машины  или  механизма;  его  исследование  позво¬
ляет  выявить  опасные  резонансы,  предупредить  возможность
поломок,  установить  оптимальный  режим.  Известно,  что  опытный
механик  по  звуку  может  определить  неисправность  работающего
мотора.  Но  это  субъективный  способ,  да  и  требует  он  хороших
навыков.  К  тому  же  «тревожный  сигнал»  может  быть  настолько
слаб,  что  уловить  его  на  слух  не  удастся.  Насколько  чувствитель¬
нее  анализатор  спектра!
 Вот,  допустим,  технический  контроль  проверил  большую  пар¬
тию  автомобильных  моторов.  Все  они  развивают  нужную  мощ¬
ность,  набирают  положенное  число  оборотов.  Большинству  моторов
предстоит  долгая  трудовая  жизнь,  а  один-два,  глядишь,  скоро¬
постижно  выйдут  из  строя  «в  расцвете  сил».  А  может,  надо  было
при  выпуске  моторов  с  завода  проверить  не  только  их  обычные
характеристики,  но  и  спектр  вибраций?  Подумайте  над  этим,
товарищи  моторостроители!
 Спектральный  анализ  упрощает  сбор  и  улучшает  расшифровку
экспериментальных  данных,  позволяет  математически  описывать
процессы,  не  поддающиеся  теоретическому  анализу  (а  этих  про¬
цессов  —  множество).  Но  нередко  ученый  оказывается  в  роли
«путешественника  по  эфиру».  Медленно-медленно  вращает  он
ручку  настройки  анализатора,  отрываясь  от  этого  унылого  занятия
лишь  для  записи  результатов.  Работа  малопродуктивная  и  утоми¬
 1  И.  И.  Ш  е  л  е  с  т.  С  крыла  на  крыло.  Документальные  повести.  М.,
 «Молодая  гвардия»,  1969.
 70

тельная.  Если  исследуемый  процесс  практически  периодичен,  то
спектральные  составляющие  стоят  на  своих  местах.  А  если  они
ползут  по  оси  частот,  одни  исчезают,  другие  появляются?  Тогда
без  автоматики  не  обойтись.
 Простейший  путь  автоматизации  —  вращать  ручку  настройки
электромоторчиком,  а  вместо  обычного  индикатора  взять  самопи¬
сец;  Если  скорость  движения  ленты  самописца  и  скорость  изме¬
нения  настройки  одинаковы  (а  этого  'нетрудно  добиться),  то
получится  график  спектра  «в  натуральную  величину».
 Выгода  налицо:  самописец  рисует,  ученый  отдыхает.  Но,
опять  же,  это  подходит  лишь  для  «замороженных»  спектров!,  а  не
для  «живых»,  изменяющихся.
 Есть  и  другой  вариант  —  панорамный  анализатор.  Роль  инди¬
катора  играет  в  нем.  осциллографическая  трубка,  а  роль  пера,
вычерчивающего  график,—  электронный  луч.  Пробегая  по  экрану,
луч  оставляет  за  собой  светящийся  след.  Достигнув  края,  луч
перескакивает  в  исходную  точку  и  все  повторяется.  Благодаря
послесвечению  экрана  на  нем  возникает  полная  картина  спектра.
Поскольку  она  раз  за  разом  обновляется,  исследователь  может
следить  за  поведением  спектральных  составляющих,  наблюдать
спектр  в  динамике.
 Вроде  бы,  все  хорошо.  Хорошо,  да  не  во  всех  случаях.  Если
разрешающая  способность  панорамного  анализатора  низка,  то  он
поспеет  за  изменениями  спектра,  но  можно  ли  поручиться,  что
картина  на  экране  будет  соответствовать  действительности,  что  не
сольются  друг  с  другом  близко  расположенные  спектральные
составляющие?
 А  повышение  разрешающей  способности  сделает  электронный
луч  настолько  флегматичным,  что  спектральные  составляющие,
наблюдаемые  на  экране,  окажутся  сродни  отдаленным  звездам:
свет  виден,  а  сама  звезда  уже  погасла!  Значит,  и  здесь  нет  уве¬
ренности  в  том,  что  на  экране  реальный  спектр,  а  не  мираж,
способный  ввести  в  заблуждение.  Все  тот  же  тупик  «разрешающая
способность  —  время  анализа»!
 Казалось  бы,  «остановить  мгновенье»  люди  не  властны.  Но  они
научились  делать  это  с  помощью  киносъемки,  магнитной  записи
и  т.  п.4  А  нельзя  ли  вылечить  таким  способом  и  недуг  спектраль¬
ного  анализа?  Оказывается,  можно.  Начнем  с  мгновенных,  а  точ¬
нее,  кратковременных  процессов.  Ну,  ладно,  мы  не  успели  про¬
анализировать  спектр,  скажем,  грозового  разряда.  Но  можно
записать  его  на  магнитную  ленту,  а  затем...  Помните,  как  в  трес¬
нувшей  граммофонной  пластинке  —  трещина  одна,  а  каждый
оборот  —  и  новый  щелчок?  Давайте  склеим  ленту  с  записью
единичного  процесса  в  кольцо.  Процесс  «размножится»,  станет
 71

периодическим  и,  главное,  будет  продолжаться  до  тех  пор,  пока
движется  лента,  то  есть  столько,  сколько  потребуется.  Конечно,
спектр  исходного  единичного  процесса  и  спектр  искусственно
полученного  периодического  процесса  'не  одинаковы.  Однако  вто¬
рой  содержит  «гены»  первого,  то  есть  информацию  об  исследуемом
явлении,  необходимую  для  его  математического  описания.
 Но  это  еще  не  все.  Вам,  вероятно,  случалось  по  ошибке  прокру¬
чивать  магнитофонную  ленту  или  граммофонную  пластинку
с  удвоенной  скоростью.  Голоса  кажутся  при  этом  не  только  тороп¬
ливыми,  но  и  писклявыми,  звучание  музыки  —  неестественно
высокое.  Иными  словами,  спектр  колебаний  транспонировался
в  область  более  высоких  частот  —  если  при  нормальном  воспроиз¬
ведении  частота  спектральной  составляющей  была  равна  1  кило¬
герцу,  то  теперь  ее  значение  —  2  килогерца.  А  промежутки  между
соседними  составляющими?  Они  тоже  удвоились.
 По  такому  принципу  устроены  спектроанализаторы  с  предва¬
рительной  временной  компрессией  или  с  транспонированием
спектра.
 Записанные  на  магнитную  ленту  колебания  воспроизводятся
со  скоростью  в  десятки  раз  большей  (в  этом  и  состоит  временная
компрессия  —  сжатие  сигнала  во  времени).  Соответственно  повы¬
шаются  частоты  спектральных  составляющих  и  (в  этом-то  весь
секрет!)  промежутки  между  ними.  А  раз  соседние  составляющие
спектра  раздвинулись,  различить  их  стало  легче.  Допустим,  раз¬
решающая  способность  анализатора  10  герц,  а  частотный  про¬
межуток  между  соседними  составляющими  —  всего  1  герц.  Тогда
без  транспонирования  отделить  одну  из  них  от  другой  не  удается.
Но  стоит  записать  колебания  на  магнитную  ленту  и  затем  вос¬
произвести  со  скоростью  раз  в  двадцать  большей,  и  разделение
составляющих  не  представит  труда.  Мы  как  бы  умножили  разре¬
шающую  способность  прибора,  а  ведь  полоса-то  пропускания
фильтра  осталась  прежней  —  значит,  не  понизилась  и  скорость
анализа!
 В  наиболее  совершенных  временных  компрессорах  применяют¬
ся  специальные  магнитные  барабаны,  вращающиеся  при  воспроиз¬
ведении  с  высокими  скоростями.  Такие  компрессоры  обеспечивают
транспонирование  спектра  в  десятки  тысяч  раз.  Во  столько  же
раз  увеличивается  реальная  разрешающая  способность  анализато¬
ра  при  неизменной  скорости  анализа.
 Познакомившись  с  принципом  временной  компрессии,  читатель
может  воскликнуть:  «А  ларчик-то  просто  открывается!»  Но,  во-пер¬
вых,  то,  что  уже  придумано,  чаще  всего  кажется  простым,  а  то,
что  еще  не  придумано,—  сложным.  Во-вторых,  и  это  главное,
ларчик  открыт  не  ключом,  а  скорее  отмычкой.  Пришлось  пой¬
 72

ти  на  хитрость,  однако  полного  успеха  она  так  и  не  принесла.
 Добиться  абсолютно  постоянной  скорости  вращения  барабана
невозможно.  Поэтому  при  записи  и  ускоренном  (воспроизведении
анализируемого  процесса  спектр  искажается.  Есть  и  другие  источ¬
ники  искажений,  например,  шум  магнитного  носителя  записи.
Если  не  устранить,  то  по  крайней  мере  предельно  уменьшить
погрешности  спектрального  анализа  с  транспонированием  спект¬
ра  —-  серьезная  задача.  Ее  решают  сейчас,  к  ней,  по-видимому,
еще  не  раз  -обратятся  в  будущем.
 Другое  важное  направление  в  развитии  аппаратурного  спек¬
трального  анализа  —  создание  приборов  с  переменной,  осмысленно
саморегулируемой  скоростью  анализа.  Это  вовсе  не  альтернатива
временной  компрессии,  а  разумное  ее  дополнение,  высшая  ступень
автоматизации,  позволяющая  минимизировать  время  анализа
и  обработки  информации.
 Вспомним  знаменитую  «кибернетическую  черепаху»  англий¬
ского  ученого  Грея  Уолтера,  руководителя  исследовательской
лаборатории  Неврологического  института  в  Бристоле.  Своим  пове¬
дением  она  подобна  живому  существу  —  ползает  по  комнате,  на¬
толкнувшись  на  препятствие,  пятится  назад,  затем  осторожно
обходит  его  и  ползет  дальше...
 Представьте  себе  теперь  анализатор  спектра,  использующий
принцип  «кибернетической  черепахи».  На  вход  анализатора,  как
обычно,  подается  исследуемый  спектр  —  непосредственно  или  пос¬
ле  предварительной  временной  компрессии.  Анализатор  автомати¬
чески  перестраивается  по  диапазону  —  с  максимальной  скоростью.
Но  вот  в  поле  его  «зрения»  попадает  спектральная  составляю¬
щая  —  своего  рода  препятствие  на  пути  перестройки.  Скорость
анализа  сразу  же  резко  уменьшается.  «Подозрительный»  участок
прощупывается,  причем  результат  измерения  спектральной  состав¬
ляющей  передается  в  электронную  машину.  Затем  скорость  опять
возрастает  —  до  (встречи  с  новой  'составляющей.  Общее  время
анализа  зависит  от  состава  спектра,  от  обстановки,  в  которой
прибор  самостоятельно  ориентируется.  Он  не  просто  регистрирует
составляющие,  но  и  стремится  уловить  закономерность  их  распре¬
деления,  связь  между  ними,  выявить  характерные  признаки
исследуемого  процесса,  отбросить  второстепенные,  случайные  де¬
тали,  маскирующие  истинную  картину  явления.  Подобное  устрой¬
ство  по  сути  дела  объединяет  в  себе  функции  анализатора  спектра
и  кибернетической  машины,  способной  к  «мышлению».  Заметьте,
что  по  логике  действий  оно  напоминает  человека,  ведущего  анализ
вручную,  только  сами  действия  более  быстры,  четки  и  опреде¬
ленны.
 В  последние  годы  получила  бурное  развитие  теория  случайных
 73

функций,  без  которой  немыслимо  сейчас  исследование  многообраз¬
ных  явлений  природы  и  технических  процессов.  Такие  совсем  еще
свежие  направления  в  науке,  как  статистическая  радиофизика,
статистическая  динамика  систем  автоматического  регулирования,
статистическая  теория  связи  и  другие  основаны  на  вероятностных
методах.  Теория  случайных  функций  используется  также  в  гидро¬
акустике,  бионике  и  т.  п.  А  если  учесть,  что  любой  реальный
процесс,  например,  полет  ракеты,  происходит  под  (воздействием
возмущений,  носящих  случайный  характер,  то  станет  очевидна
универсальность  и  перспективность  этой  теории.
 Основные  характеристики  случайных  процессов  можно  опреде¬
лить  путем  спектрального  анализа,  который  тесно  переплетается
с  так  называемым  корреляционным  анализом.  В  задачи  корреля¬
ционного  анализа  входит  определение  зависимости  между  двумя
значениями  случайного  процесса,  разделенными  некоторым  про¬
межутком  времени.
 Спектральный  и  корреляционный  анализ  случайных  процес¬
сов  —  две  стороны  одной  медали.  «Корреляционная»  сторона
совсем  еще  недавней  чеканки,  да  и  «спектральная»  отшлифована
заново  с  использованием  современного  математического  аппарата.
 Со  спектрами  и  спектральным  анализом  мы  еще  не  раз  встре¬
тимся  на  страницах  этой  книги,  когда  речь  пойдет  о  модуляции,
синтезе  речи,  машинном  распознавании  речи  и  т.  д.

ПРИРУЧЕННАЯ  НЕЛИНЕЙНОСТЬ
 ОСМЕЛЮСЬ  ДОЛОЖИТЬ,  ГОСПОДИН  ШТАБНОЙ
ВРАЧ,  ДАЛЬШЕ  ЯЗЫК  НЕ  ВЫСОВЫВАЕТСЯ.
 Ярослав  Гашек
 Колебательный  контур  и  кварцевый  резонатор  относятся  к  ли¬
нейным  радиотехническим  цепям.  Что  такое  линейность  и  чем
она  отличается  от  нелинейности,  нам  уже  ясно.  Пропустив  через
линейную  цепь  гармоническое  колебание,  получим  по-шрежнему
чистую  «синусоиду»,  только,  как  правило,  с  иной  амплитудой.
Ведь  между  напряжениями  на  входе  и  выходе  линейной  цепи
существует  прямая  пропорциональность.
 А  вот  если  цепь  нелинейна,  пропорциональность  отсутствует
(или  же  существует  лишь  в  определенных  пределах).  Пройдя  че¬
рез  такую  цепь,  гармоническое  колебание  окажется  «обезобра¬
женным».  В  спектре  выходного  напряжения  появятся  гармо¬
ники.
 Многие  радиотехнические  устройства  содержат  комбинации
линейных  и  нелинейных  элементов.  Но  недаром  говорят,  что  лож¬
ка  дегтя  способна  испортить  бочку  меда.  Так  и  один-единственный
нелинейный  элемент,  затесавшись  в  компанию  из  множества
линейных,  определяет  характер  всей  цепи.  Достаточно  нарушить
пропорциональность  хотя  бы  в  одном  из  промежуточных  звеньев,
как  лишится  ес  и  устройство  в  целом.
 Впрочем,  «нарушить»,  вовсе  не  значит  «испортить».  В  этом
смысле  аналогию  с  «ложкой  дегтя»  надо  признать  не  вполне  удач¬
ной.  Нелинейность  —  свойство  не  только  полезное,  но  и  необходи¬
мое  для  таких  радиотехнических  процессов,  как  генерирование
колебаний,  умножение,  преобразование  и  деление  частоты,  огра¬
ничение  амплитуды  и  т.  п.  Роль  нелинейного  элемента  играет
электронная  лампа  или  полупроводниковый  прибор.
 «В  детстве  я  очень  любил  арабскую  сказку  об  Аладдине  и  вол¬
шебной  лампе.  Мое  воображение  захватывали  чудеса,  совершает
мые  этой  удивительной  лампой.  С  ее  помощью  легко  исполнялись
самые  фантастические  желания.  Она  наделяла  людей  безграничной
властью  над  окружающим  миром:  позволяла  видеть,  что  делается
 75

за  тридевять  земель,  слышать  сказанное  на  другом  конце  света...
Взрослые  скучно  объясняли:  -нет  такой  лампы  и  быть  не  может.
Все  это  выдумка.
 А  когда  я  подрос,  то  обнаружил,  что  она  существует».
 Это  строки  из  «Радиоэлектроники»,  и  посвящены  они  электрон¬
ной  лампе.  Как  же  устроена  и  работает  «волшебная»  лампа,
отвоеванная  человеком  у  сказки?
 Передо  мной  небольшая  книга,  изданная  в  Петрограде  накану¬
не  Великой  Октябрьской  социалистической  революции.  На  облож¬
ке  напечатано:
 ЗАМЬТКА
 О
 ПРИМЬНЕНИИ  въ  РАДЮТЕЛЕГРА.ФШ
СПЕЩАЛЬНЫХЪ  ЛАМПЪ,
 НАЗЫВАЕМЫХЪ
ТРУБКАМИ  СЪ  РАЗРЬШЕННЫМЪ  ГАЗОМЪ.
 «Существенные  части  лампы,—  говорится  в  книге,—  заклю¬
ченные  в  стеклянном  баллоне  с  разреженным  газом,  суть:
 1. 	Нить,  накаливаемая  вспомогательным  источником  электри¬
ческой  энергии...
 2. 	Два  других  электрода,  изолированных  друт  от  друга  и  от
нити,  присоединены  ,к  двум  внешним  контактам.  В  большинстве
моделей  первый  электрод  состоит  из  маленькой  металлической
сетки,  расположенной  в  нескольких  миллиметрах  от  нити.  Другой
электрод  образован  небольшой  металлической  пластинкой,  распо¬
ложенной  по  другую  сторону  сетки.  Сетка  часто  заменяется
спиралью,  окружающей  нить,  а  другой  электрод  —  металлическим
цилиндром,  окружающим  и  сетку  и  нить».
 Так  была  устроена  первая  трехэлектродная  лампа,  изобретен¬
ная  американским  ученым  Ли  де  Форестом  в  1906  г.  Таково
устройство  и  современного  триода.
 Нить  накала  электронной  лампы  называют  катодом,  металли¬
ческую  пластинку  или  цилиндр  —  анодом.  Сетка  так  сеткой  и  оста¬
лась  (даже  если  она  имеет  форму  спирали).
 В  катоде,  как  и  ®  любом  металлическом  предмете,  множество
свободных,  не  связанных  с  атомами  электронов..  Они  хаотически
движутся,  причем  скорость  движения  возрастает  по  мере  нагрева.
И  вот  электроны  начинают  «выпрыгивать»  наружу.  Вокруг  раска¬
ленного  катода  скапливается  толпа  «безработных»  электронов  —
пространственный  заряд.
 Если  теперь  меяеду  анодом  и  катодом  включить  источник
постоянного  напряжения  (скажем,  'электрическую  батарею),  при¬
 76

чем  обязательно  «плюсом»  на  анод,  то  электроны  устремятся
к  аноду  (ведь  разноименные  заряды  притягиваются).  Возникнет
так  называемый  анодный  ток.
 Начнем  постепенно  повышать  напряжение  на  аноде  (это  можно
сделать  с  помощью  потенциометра  или  подключая  к  батарее  новые
гальванические  элементы).  Анодный  ток  тоже  станет  расти,  что
вполне  объяснимо:  с  ростом  напряжения  анод  «энергичнее»  при¬
тягивает  электроны,  «отсасывает»  пространственный  заряд.  До  не¬
которых  пор  между  напряжением  и  током  анода  существует
линейная  зависимость.  Но  вдруг  случается  неоягаданное:  мы  про¬
должаем  увеличивать  напряжение  на  аноде,  а  ток  перестает
возрастать,  становится  практически  неизменным.  В  чем  дело?
 Оказывается,  мы  полностью  истощили  пространственный  за¬
ряд,  «биржу  труда»  электронов.  «Безработица»  среди  них  кончи¬
лась.  Теперь  все  электроны,  испускаемые  катодом,  тотчас  направ¬
ляются  к  аноду.  А  поскольку  катод  в  состоянии  «выдавать  на
гора»  лишь  определенную  секундную  норму  электронов  (она  за¬
висит  от  температуры  нити,  ее  размеров,  конструкции  катода
и  т.  п.),  то  дальнейший  рост  анодного  тока  становится  невозмож¬
ным.  Это  как  раз  тот  случай,  который  имел  в  виду  Швейк,  говоря,
что  «дальше  язык  не  высовывается».
 Вольтамперная  характеристика  лампы  (т.  е.  зависимость
анодного  тока  от  напряжения  на  аноде)  напоминает  задранную
хоккейную  клюшку:  рукоять  направлена  под  углом  снизу  вверх,
а  «крюк»  горизонтально.
 До  сих  пор  мы  не  учитывали  действия  сетки.  А  оно  очень
существенно:  ведь  сетка  ближе  к  катоду,  чем  анод,  и,  следователь¬
но,  оказывает  более  сильное  влияние  на  испускаемые  катодом
электроны.  От  сетки  зависит,  пропустить  электроны  к  аноду  или
задержать.
 Когда  сетка  заряжена  положительно,  она  ускоряет  движение
электронов,  помогает  им  оторваться  от  катода  и  достичь  анода
лампы.  Часть  электронов  притягивается  и  поглощается  сеткой,
другая  часть,  проходящая  через  отверстия  сетки,  устремляется
к  аноду.  Если  же  на  сетке  отрицательный  заряд,  то  этот  заряд,
отталкивая  электроны,  мешает  им  достичь  анода.  При  достаточно
большом  «минусе»  на  сетке  лампа  «запирается»:  перестает  про¬
пускать  ток.  Следовательно,  сетка  управляет  движением  электро¬
нов,  играет  роль  клапана,  закрывающего  и  открывающего  лампу.
 А  что  если  величина  заряда  на  сетке  колеблется?  Тогда  колеб¬
лется  и  сила  анодного  тока.  И  подобно  тому,  как  огромный  экран
кинематографа  с  колоссальным  увеличением  воспроизводит  кро¬
шечное  изображение,  запечатленное  на  кинопленке,  мощные  коле¬
бания  анодного  тока  «копируют»  слабые  колебания  сеточного  за¬
 77

ряда.  В  этом,  собственно,  и  состоит  процесс  усиления  электриче¬
ских  колебаний.
 Сразу  же  уясним  разницу  между  линейным  и  нелинейным
усилением.  Пока  колебания  заряда  на  сетке  сравнительно
невелики,  анодный  ток  изменяется  пропорционально,  усиление
линейно.  Однако  при  больших  колебаниях  сеточного  заряда  про¬
порциональность  нарушается:  напряжение  на  сетке  растет,  а  ток
в  цепи  анода  возрастать  уже  не  может:  не  хватает  электронов,
«лимит»  исчерпан!  И  вот  на  сетке  чистая  «синусоида»,  а  на  ано¬
де  —  усиленные  колебания,  но  с  искажением  формы,  словно  кто-
то  веял  ножницы  и  аккуратно  отрезал  верхушки  синусоиды.
 Колебание  усложнилось,  теперь  его  спектр  содержит  гармо¬
ники:  вторую,  третью  и  т.  д.  Ясно  поэтому,  что  нелинейное  уси¬
ление  звуковых  сигналов  —  музыки  и  речи  —сопровождалось  бы
недопустимыми  искажениями.  А  вот  в  мощных  резонансных  уси¬
лителях  (т.  е.  усилителях,  содержащих  колебательные  контуры)
искажения  не  страшны:  возникшие  в  результате  нелинейного
усиления  гармоники  отфильтровываются  контуром,  и  форма  коле¬
баний  вновь  оказывается  синусоидальной.
 Возникает  соблазн  подробно  описать  устройство  усилителей,
и  не  только  на  триодах,  но  и  на  многосеточных  лампах  —  тетро¬
дах,  пентодах  и  др.,  а  также  на  полупроводниковых  приборах  —
туннельных  диодах  и  транзисторах.  Но  это  увело  бы  нас  от  глав¬
ной  цели  —  рассказа  о  колебаниях.  К  тому  же  и  под  хрупким
стеклянным  панцирем  лампы,  и  под  «бронированным»  колпачком
транзистора  происходят  в  общем-то  сходные  процессы.
 Без  преувеличения  можно  сказать,  что  нелинейность  играет
в  радиотехнике  не  меньшую  роль,  чем  резонанс.  Возьмем,  к  при¬
меру,  генерирование  электрических  колебаний.  В  разделе  «По
биению  сердца»  говорилось  об  автоколебательных  системах,  среди
которых  упоминался  и  генератор  с  самовозбуждением  (автогене¬
ратор)  .
 Часы  генерируют  незатухающие  механические  колебания,
автогенератор  —  электрические.  Аналогия  между  этими  устрой¬
ствами  самая  полная.  Часы  преобразуют  энергию,  накопленную
пружиной  или  гирей  в  энергию  механических  колебаний,  автоге¬
нератор  —  энергию  анодной  батареи  (или  иного  источника  посто¬
янного  тока)  в  энергию  колебаний  электрических.  В  автогенера¬
торе,  как  и  в  часах,  существует  обратная  связь:  часть  колебатель¬
ной  энергии  с  выхода  лампы  или  транзистора  поступает  на  вход,
поддерживая  незатухающие  колебания.
 Получается  замкнутый  круг:  колебания  анодного  тока  «раска¬
чивают»  колебательный  контур,  включенный  между  анодом  лампы
п  батареей.  Через  цепь  обратной  связи  колебания  из  контура
 78

попадают  на  сетку,  усиливаются  лампой  и  еще  сильнее  «раска¬
чивают»  контур.  Выходит,  начавшись,  колебания  должны  непре¬
станно  'нарастать.  Так  нет  же,  достигнув  определенного  уровня,
их  амплитуда  застывает  на  месте.  Причина  —  нелинейность  вольт-
амперной  характеристики  лампы  или  транзистора.
 Итак,  именно  благодаря  нелинейности  удается  положить
предел  безудержному  росту  амплитуды  генерируемых  колебаний,
войти  ,в  стационарный  режим.
 Автогенератор  называют  генератором  с  самовозбуждением
оттого,  что  он  сам  себя  возбуждает.  Но  ведь  в  самый  первый  мо¬
мент  колебания  отсутствуют  и,  стало  быть,  лампе  нечего  усили¬
вать,  нечем  «раскачивать»  контур.  Ведь  чтобы  пустить  в  ход
стенные  часы,  надо  качнуть  маятник.
 В  автогенераторе  роль  такого  изначального  импульса  играют
флуктуации  анодного  тока.  Помните,  в  разделе  «Удивительный
мир,  удивительная  эпоха»  мы  выяснили,  что  постоянный  ток  на
самом  деле  непрерывно  «скачет»,  только  скачки  эти,  называемые
флуктуациями,  микроскопической  величины.  Так  вот,  каждый
скачок  вызывает  свободные  колебания  в  контуре.  Колебания  ми¬
зерные,  едва  улсшимые.  Но  они  тотчас  усиливаются  и  начинают
возрастать,  пока  их  амплитуда  не  достигнет  максимальной  вели¬
чины.
 Без  нелинейности  не  было  бы  возможным  и  умножение  часто¬
ты  колебаний  —  процесс,  широко  применяемый  в  радиопередаю¬
щих  устройствах.  Поясним  его  на  шуточном  примере:  вы  апло¬
дируете,  а  ваш  сосед  по  театральному  креслу  на  каждый  хлопок
отвечает  двумя.  Живая  модель  удвоителя  частоты!
 Пусть  на  вход  нелинейного  элемента  поступают  электриче¬
ские  колебания  какой-то  частоты,  а  контур  в)  выходной  цепи
настроен,  скажем,  на  вторую  гармонику.  Ясно,  что,  во-первых,
благодаря  нелинейности  в  спектре  колебаний  появятся  гармоники
и,  во-вторых,  контур  выделит  ту  из  них,  на  которую  настроен,—
вторую.  Перестройте  контур  на  третью  гармонику,  и  удвоитель
частоты  превратится  в  утр  опте  ль.
 В  радиоприемниках  используется  другой  нелинейный  про¬
цесс  —  преобразование  частоты  колебаний.  Оказывается,  нелиней¬
ность  сродни  счетно-решающему  устройству:  она  «умеет»  скла¬
дывать  и  вычитать  частоты.  Если  на  нелинейный  элемент  подать
колебания  двух  различных  частот,  то,  кроме  этих  частот  и  их
гармоник,  в  спектре  появятся  суммарная  и  разностная  частоты.
Выбирай  любую!  Сделать  это  нетрудно  с  помощью  контура  или
фильтра.
 Важную  роль  в  технике  играет  деление  частоты  колебаний.
Мы  знакомы  с  явлением  синхронизации.  Так  вот,  автогенератор
 79

можно  синхронизировать  колебаниями  с  частотой  примерно  вдвое
выше  его  собственной.  В  результате  синхронизации  частоты  ста¬
новятся  кратными  уже  не  приблизительно,  а  точно.  Иными  сло¬
вами,  автогенератор  делит  при  этом  частоту  вводимых  извне  ко¬
лебаний  в  два  раза  (возможно  деление  и  в  большее  число  раз).
 Процесс  деления  частоты  используется,  например,  в  кварце¬
вых  часах.  Генератор,  стабилизированный  кварцем,  создает  коле¬
бания  с  частотой,  допустим,  100  (килогерц  либо  1  мегагерц.
 Чтобы  получить  секундные  импульсы,  Эту  частоту  делят  со¬
ответственно  в  сто  тысяч  или  миллион  раз.  Делители  частоты
входят  в  состав  электронно-вычислительных  машин,  цифровых
электроизмерительных  приборов  и  т.  п.
 Для  борьбы  с  помехами  радиоприема  в  некоторых  случаях
применяют  ограничители  амплитуды  колебаний.  Они  отличаются
резким  переломом  вольтамперной  характеристики  на  определен¬
ном  уровне.  Есть  даже  термин:  порог  ограничения.  Колебания,
которые  «не  доросли»  до  этого  порога,  проходят  через  ограничи¬
тель  беспрепятственно.  Если  же  амплитуда  колебаний  превышает
порог,  то  излишек  «роста»  срезается,  словно  рубанком.  Если  до
этого  колебашгя  были  гармоническими,  го  после  знакомства  с  огра¬
ничителем  (<как  за  вообще  с  любой  нелинейностью)  они  утрачивают
сходство  с  синусоидой.  Форма  ограниченных  колебаний  может
быть  различна.  При  небольшом  превышении  порога  верхушки
кривой  едва  притупляются,  при  многократном  синусоида  срезает¬
ся  чуть  ли  не  под  корень.  Однако  размах  колебаний  благодаря
ограничению  оказывается  подогнан  по  одной  мерке.
 Как  видим,  нелинейность  несет  большую  и  разностороннюю
службу  в  радиоэлектронике,  службу,  значение  которой  трудно
переоценить.

волны,  волны,  волны...
 МОРЕ  ОЖЕСТОЧЕННО  БРОСАЕТСЯ  В  АТАКУ  И
ОБРУШИВАЕТ  МОЩНЫЕ  УДАРЫ  СВОИХ  ВОЛН  НА
УКРЕПЛЕННЫЕ  ПУНКТЫ  СУШИ.  ОНО  ВБИРАЕТ  В
СЕБЯ  ЭНЕРГИЮ  ДАЛЕКИХ  ВЕТРОВ  И  ЧЕРЕЗ  ТЫСЯЧИ
МИЛЬ  ОКЕАНСКИХ  ПРОСТОРОВ  ПЕРЕКАТЫВАЕТ
БЕЗОБИДНЫЕ  НА  ВИД  ВОЛНЫ  —  ЗЫБЬ,  НО  ВБЛИЗИ
БЕРЕГОВ  МОРЕ  СБРАСЫВАЕТ  МАСКУ  СПОКОЙСТВИЯ,
И  РАЗЪЯРЕННЫЕ  БУРУНЫ  ИДУТ  В  ПОСЛЕДНЕЕ  ОТ¬
ЧАЯННОЕ  НАСТУПЛЕНИЕ  НА  СУШУ.
 Виллард  Баском
 Наиболее  глубокое  представление  о  волнах  дает  море.  Сколько
вдохновенных  строк  посвящено  ему!  Море  «вечно  взволнованное,
тревожное,  мятущееся.  То  оно  в  улыбке  морщится  рябью  под
ласковым  прикосновением  ветра;  то  взлетает  к  небу  валами,  ко¬
торые  бросаются  врассыпную  в  роковом  предчувствии  шторма
и  яростным  прибоем  обрушиваются  на  берег;  то  оно  тихо  взды¬
мается  приливом,  когда  сокрытый  в  морских  глубинах  великан
вздохнет  во  сне».  Это  поэтическое  описание  приводит  в  своей
книге  известный  океанограф  В.  Баском1.
 Бросьте  в  -спокойную  воду  камень  —  от  него  расходящимися
концентрическими  кругами  побегут  волны.  То  же  происходит
в  океане  при  землетрясениях,  извержениях  подводных  вулканов,
оползнях  дна.  Колеблющаяся  океанская  толща  порождает  сейсми¬
ческие  волны  —  цунами.  Они  несут  гигантскую  энергию  и,  обру¬
шиваясь  на  прибрежные  населенные  пункты,  вызывают  страшные
разрушения.
 Так,  в  августе  1868  года  волна,  ворвавшаяся  в  бухту  Арика
(Перу),  перенесла  канонерское  судно  «Уотери»  через  весь  город
над  самыми  высокими  домами  и  опустила  наземь  в  миле  от  берега.
Первого  апреля  1946  года  цунами,  не  причинив  вреда  кораблю,
стоявшему  ®  открытом  море,  разрушил  на  глазах  его  экипажа
город  Хило  (Гавайи).  Эта  же  волна  уничтожила  бетонированное
двухэтажное  здание  маяка  и  сорвала  с  основания  радиомачту.
 Слово  «цунами»  японское.  Означает  оно  прилив.  Но  ничего
общего  с  приливами  цунами  не  имеет.
 Приливы  и  отливы  —  результат  лунного  и  солнечного  притя¬
жений.  Под  их  совместным  воздействием  на  водной  оболочке  Зем¬
ли  образуются  периодически  чередующиеся  выпуклости  и  впади¬
ны.  Их-то  мы  и  наблюдаем  в  виде  приливов  и  отливов.
 1  В.  Б  а  с  к  о  м.  Волны  и  пляжи.  Л.,  Гидрометеоиздат,  1966.
 81

А  какое  разнообразие  волн  рождают  изменчивые  порывы
ветра!  В  полное  безветрие  поверхность  пруда  гладкая,  словно
зеркало.  Но  вот  подул  ветер.  Скользя  (вдоль  поверхности,  поток
воздуха  образует  на  воде  легкую  рябь.  Ударяя  о  склоны  мелких
волн,  ветер  усиливает  их,  передает  им  свою  энергию.  Волны  бы¬
стро  растут.  Впрочем,  в  пруде  им  не  разгуляться  —  близок  берег.
А  в  океане  ветровые  волны  вырастают  до  огромных  размеров.
В  пгторм  такая  волна  обрушивает  на  палубы  судов  тысячи  тонн
воды.
 Морские  волны  —  впечатляющее  зрелище.  Но  для  нас  с  вами
они  лишь  частный  случай  упругих  волн  —  распространяющихся
в  упругой  среде  механических  деформаций.  Источниками  волн
служат  колеблющиеся  тела.  Колебания  обладают  свойством  волно¬
образно  распространяться  в  пространстве.  Привяжите  к  дереву
веревку  и  встряхните  свободный  конец  —  вдоль  веревки  побежит
волна.  Словно  по  эстафете,  колебания  передаются  от  частиц,  ближ¬
них  к  источнику  волн,  частицам,  более  удаленным.
 Распространение  упругих  волн  при  линейных,  т.  е.  сравни¬
тельно  малых,  колебаниях  не  связано  с  переносом  вещества.  Ча¬
стицы  среды,  в  которой  двйжется  упругая  волна,  «топчутся  на
месте».  Говорят,  что  волна  —  это  распространение  формы.  И  дей¬
ствительно,  понаблюдайте,  как  от  порыва  ветра  пробегает  волна
по  колосящейся  ржи  —  волна  бежит  по  полю,  а  колосья  остаются
на  прежних  местах,  сгибаясь  и  вновь  распрямляясь.
 Если  частицы  среды  колеблются  взад-вперед  в  направлении
распространения  водны,  то  волну  называют  продольной.  Если  же
частицы  колеблются  вправонвлево,  то  сволна  поперечная.
 Морские  волны  одновременно  и  продольные,  и  поперечные.
Частицы  на  поверхности  воды  совершают  орбитальное  движение,
описывая  в  вертикальной  плоскости  правильные  окружности,  диа¬
метр  которых  равен  высоте  волн.
 Волна,  распространяющаяся  по  натянутой  веревке,—  попереч¬
ная.  А  вот  звуковые  волны,  также  относящиеся  к  упругим,—  про¬
дольные.  С  ними  мы  должны  познакомиться  поближе,  хотя  слово
«познакомиться»  вроде  бы  и  не  вполне  уместно:  звук  —  одно  из
самых  распространенных  явлений  природы.
 «...По  неровному  булыжнику  цокали  подковы,  грохотали  те¬
леги;  в  теплом  светло-голубом  воздухе  празднично  гудела  медь
колоколов;  по  истоптанным  панелям  нешироких,  кривых  улиц
бойко  шагали  легкие  люди;  походка  их  была  размашиста,  топот
ног  звучал  отчетливо,  они  не  шаркали  подошвами  как  петер¬
буржцы.  Вообще  здесь  шума  было  больше,  чем  в  Петербурге,  и
шум  был  другого  тона,  не  такой  сыроватый  и  осторожный,  как
там.
 82

«В  Московском  шуме  человек  слышней»,—  подумал  Клим...»
 Сплошные  звуки,  яркие,  своеобычные  —  такой  дает  картину
Москвы  Максим  Горький  в  «Жизни  Клима  Самгина».
 Звуков  множество,  иногда  они  совсем  не  похожи  друг  на  друга.
Казалось  бы,  что  общего  между  раскатами  грома  и  соловьиными
трелями,  грохотом  двигателей  реактивного  лайнера  и  приветливым
голосом  стюардессы  в<  этом  самом  лайнере?
 И  тем  не  менее,  природа  воех  без  исключения  звуков  одина¬
кова.
 Как  происходит  передача  звука  на  расстояние,  отчего  звук
можно  услышать?
 Ударьте  по  натянутой  струне,  чтобы  она  начала  колебаться.
Колебания  передадутся  окружающему  воздуху.  Частицы  воздуха
также  станут  колебаться,  в  нем  возникнут  попеременные  сгуще¬
ния  и  разрежения,  распространяющиеся  в  пространстве,—  звуко¬
вые  волны.  Достигая  наших  барабанных  перепонок,  волны  перио¬
дически  раскачивают  их,  перепонки  колеблются  —  мы  слышим
звук.
 Колебание  создает  волну,  волна  —  колебание.
 Расстояние  между  гребнями  соседних  волн  называют  длиной
волны.  Частота  колебаний  и  длина  волны  взаимосвязаны.  Чтобы
узнать  длину  волны,  не  обязательно  ее  мерить,  да  это  и  не  всегда
возможно.  Достаточно  поделить  скорость,  с  которой  распростра¬
няется  волна,  на  частоту  колебаний.  Чем  выше  частота  колебаний,
тем  волна  короче.  Звуковые  волны,  возникающие  при  колебаниях
с  частотами  от  16  герц  до  20  килогерц,  воспринимаются  нами  на
слух  и  называются  поэтому  слышимыми  звуками.  При  частотах
ниже  16  герц  волны  носят  название  инфразвуковых,  а  при  часто¬
тах  выше  20  килогерц  —  ультразвуковых.  Инфразвук  и  ультразвук
неслышимы.  Но  роль  их  в  современной  науке  от  этого  не  стано¬
вится  меньше.  Впрочем,  рассказу  о  неслышимых  звуках  мы  по¬
святим  отдельный  раздел.
 Измерения  показали,  что  при  обычной  температуре  скорость
звука  в  воздухе  составляет  приблизительно  340  метров  в  секунду,
в  воде  —  1450,  в  меди  —  3750,  в  железе  и  алюминии  —  5000,
а  в  резине  всего  лишь  от  25  до  70.
 Длина  волны  (разумеется,  в  воздухе)  самой  низкой  басовой
ноты  человеческого  голоса  составляет  примерно  5,6  метра,  а  самой
высокой  ноты  сопрано  260  миллиметров.
 Простейшую,  практически  гармоническую  звуковую  волну
создает  камертон.  Волны,  возбуждаемые  речью  и  музыкой,  слож¬
ны.  И  неудивительно,  ведь  волна  —  точный  «оттиск»  колебания.
Подобно  периодическому  колебанию,  создаваемую  им  волну  мож¬
но  разложить  на  составные  части  —  гармоники.  Так,  музыкант,
 83

вслушавшись  в  аккорд,  легко  «раскладывает»  его  на  отдельные
ноты.
 Высшие  гармонические  —  обертоны,  точнее  их  сочетание,  соз¬
дают  своеобразный  отличительный  тембр  музыкального  инстру¬
мента,  характерную  окраску  звука  скрипки,  виолончели  и  т.  д.
 Волны  —  переносчики  энергии.  Без  энергетических  затрат
было  бы  невозможным  возмущение  среды  волной:  ведь  волна  рас¬
качивает  на  своем  пути  частицы  вещества.  Неудивительно,  что
по  мере  распространения  она  слабеет  и  постепенно  затухает.  Это
происходит  в  результате  трения  отдельных  частиц  воздуха,  воды
и  т.  п.,  а  также  из-за  рассеивания  энергии  на  большие  пространст¬
ва.  Вот  почему  с  увеличением  расстояния  слышимость  ухудшает¬
ся.  В  жидкостях  и  особенно  в  твердых  телах  звуковая  волна
затухает  значительно  слабее,  чем  в  воздухе.  Приложив  ухо  к  же-
лезнодороясному  рельсу,  можно  услышать  шум  приближающегося
поезда  задолго  до  того,  как  он  будет  слышен  «по  воздуху».
 Интересны  свойства  волн.  Натолкнувшись  на  препятствие*
волны  отражаются  (в  этом,  кстати,  и  состоит  природа  эха).  Попав
в  среду  с  иной  скоростью  распространения,  они  преломляются,
изменяют  направление.
 Опустите  в  ванну  колеблющийся  камертон.  Ножки  камертона
излучают  волны  в  одинаковой  фазе.  Встречаясь,  волны  склады¬
ваются  алгебраически.  Горбы,  набегая  друг  на  друга,  усиливаются*
Горб  и  впадина  взаимно  уничтожаются  —  «гасятся».  Это  явление
называется  интерференцией.  На  поверхности  воды  возникает  ин¬
терференционная  картина:  усиленные  волны,  чередуясь  с  «пога¬
шенными»,  образуют  семейство  кривых  линий  —  гипербол.
 Еще  одно  важное  свойство  волн  —  дифракция,  т.  е.  способность
огибать  препятствия.  Пусть  волны,  распространяющиеся  по  воде*
встречают  на  пути  «забор»  с  «воротами».  Если  «ворота»  широкие
(в  них  помещается  много  длин  волн),  то  волны  распространяются
в  прежнем  направлении,  образуя  дорожку  с  параллельными  края¬
ми,  за  которыми  вода  спокойна.
 Но  вот  «ворота»  сомкнулись,  оставив  для  волн  узкий  зазор.
Теперь  волны,  «протиснувшись»  через  оставленную  для  них  щельг
расходятся  в  разных  направлениях,  образуя  широкий  «раструб».
Это  изменение  направления  и  есть  дифракция.
 Волна  в  узком  зазоре  заставляет  воду  интенсивно  колебаться.
Возникает  как  бы  новый  источник  волн,  которые  и  разбегаются
во  все  стороны  за  щелью.
 Мы  упомянули,  что,  наталкиваясь  на  препятствие,  волна  от¬
ражается  и  бежит  обратно.  Прямая  и  обратная  волны,  интерфе¬
рируя,  образуют  волну,  которая  никуда  не  движется.  Ее  так  и  на¬
зывают:  «стоячая  волна».
 84

Стоячие  в*олны  в  замкнутых  водоемах  известны  под  названием
сейшей.  Сейш  Женевского  озера,  например,  состоит  в  том,  что
уровень  воды  в  течение  30—40  минут  повышается,  потом  столько
же  времени  понижается,  снова  повышается  и  т.  п.  Этот  процесс
происходит  часами.  Выяснилось,  что  здесь  наблюдается  стоячая
волна  с  одной  узловой  точкой  посредине,  причем  пучности  рас¬
полагаются  у  противоположных  берегов.  В  то  время  как  близ
Женевы  вода  поднимается,  у  противоположного  берега  она  опус¬
кается,  и  наоборот.
 Сейш  можно  моделировать,  равномерно  колебля  веревку,  вто¬
рой  кон*ец  (которой  привязан,  скажем,  в  дереву.  На  веревке  возни¬
кает  ряд  «пучностей»  —  гребней  или  впадин,  чередующихся  с  не¬
подвижными  точками  —  «узлами».  Характерно,  что  пучности
и  узлы  остаются  на  определенных  местах.  Узлы  отстоят  друг  от
друга  на  половину  длины  волны.  Такое  же  расстояние  и  между
соседними  пучностями.
 Струна  скрипки  или,  допустим,  'контрабаса  может  совершать
различные  виды  колебаний.  При  колебаниях  на  основной  частоте
вдоль  струны  укладывается  половина  длины  волны.  С  обоих  кон¬
цов  —  узлы,  посредине  —  пучность.  При  колебаниях  на  обертонах
число  полуволн  возрастает.  Соответственно  прибавляются  и  пуч¬
ности.  Соседние  пучности  всегда  противюфазны  —  гребни  чере¬
дуются  со  впадинами.  Ясно,  что  в  процессе  колебаний  струна
«пульсирует»:  гребень  сникает,  вытягивается  в  прямую  линию,
линия  прогибается,  становясь  впадиной,  впадина  сначала  углуб¬
ляется,  затем  мельчает,  выравнивается,  затем  снова  растет  гре¬
бень...
 Прямая  и  обратная  волны,  распространяясь  навстречу  друг
другу,  оказываются  поочередно  то  оинфазны,  то  противофазны.
В  первом  случае  они  складываются,  их  гребни  и  впадины  по  вели¬
чине  удваиваются.  Во  втором  случае  происходит  взаимное  гаше¬
ние  волн  —  струна  выравнивается.
 Все  это  повторяется  с  частотой  свободных  (колебаний  струны.
 Колебания  пьезокварцевой  пластинки  также  'сопровождаются
образованием  стоячих  волн.  В  зависимости  от  того,  по  толщине,-
ширине  или  длине  колеблется  пластинка,  вдоль  одного  из  этих
размеров  укладывается  половина  длины  упругой  волны.  А
если  пластинка  колеблется  не  на  основной  частоте,  а  на  том
или  ином  обертоне,  число  полуволн,  как  мы  знаем,  увеличива¬
ется.
 Благодаря  возбуждению  кварца  на  механических  гармони¬
ках  —  обертонах  удалось  повысить  его  частотный  «потолок»  при¬
близительно  до  300  мегагерц.  Изготовить  резонатор  с  такой  основ¬
ной  резонансной  частотой  невозможно,  толщина  пластинки  была
 85

бы  меньше  10  микрометров1.  А  при  колебаниях,  допустим,  на
девятом  обертоне  пластинка  соответственно  в  девять  раз  толще!
 Мы  узнали  особенности  упругих  волн.  Но  главное  «действую¬
щее  лицо»  нашего  рассказа  —  волны  электромагнитные.  Им  при¬
сущи  многие  из  тех  черт,  которые  (составляют  портрет  «волн  во¬
обще»  —  отражение,  преломление,  интерференция,  дифракция,
способность  переносить  энергию.  У  них  есть  и  свои  особые,  не¬
повторимые  свойства.  К  знакомству  с  электромагнитными  волнами
мы  сейчас  и  переходим.
 1  Микрометр  (прежнее  название  —  микрон)  —  миллионная  доля
метра.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ  МАТЕРИЯ
 ПРОТЯНИТЕ  ЛАДОНИ  К  СОЛНЦУ...  ЧТО  ВЫ  ЧУВ¬
СТВУЕТЕ!  ТЕПЛО,  КОНЕЧНО.  НО,  КРОМЕ  НЕГО,.
ЕСТЬ  ЕЩЕ  ДАВЛЕНИЕ.  ПРАВДА,  ТАКОЕ  СЛАБОЕ,
ЧТО  ВЫ  ЕГО  НЕ  ЗАМЕЧАЕТЕ.  НА  ПЛОЩАДЬ  ВАШИХ
ЛАДОНЕЙ  ПРИХОДИТСЯ  ВСЕГО  ОКОЛО  ОДНО*
МИЛЛИОННОЙ  УНЦИИ.  НО  В  КОСМОСЕ  ДАЖЕ
ТАКАЯ  МАЛАЯ  ВЕЛИЧИНА  ИГРАЕТ  РОЛЬ,  ПОТОМУ
ЧТО  ОНА  ДЕЙСТВУЕТ  ВСЕ  ВРЕМЯ,  ЧАС  ЗА  ЧАСОМ,
ДЕНЬ  ЗА  ДНЕМ.
 Артур  Кларк-
 Если  тв-ердыня  науки  не  поддается  лобовым  атакам,  есл1г
эксперимент  оказывается  бессильным,  а  для  теории  не  хватает
фактов,  то  ученые  прибегают  к  гипотезам.  Гипотезы  будят  вообра¬
жение,  цементируют  бреши  в  познании,  помогают  развивать  науку.
Иногда  гипотеза  перерастает  в  теорию,  подтверждается  планомер¬
ными  кропотливыми  исследованиями.  Чаще  —  не  выдерживает
в  споре  со  временем,  сходит  со  сцены.
 Бывает,  что  гипотеза,  ошибочная  по  существу,  оказывается
все  же  плодотворной,  дает  толчок  исследованиям,  приводящим
к  верному  решению.  Такова  и  гипотеза  об  эфире.  Эфир  —  слово
греческое,  означающее  гипотетическую  среду,  заполняющую  про¬
странство.  Понятие  об  эфире,  как  о  «праматерии»,  было  в  ходу
еще  у  античных  философов.
 Около  полувека  назад  эфир  активно  действовал  в  науке.  С  дим
связывали  распространение  света,  радиоволн,  тепла.  Вот  две  инте¬
ресных  выдержки  из  работ,  относящихся  к  тому  времени.  Они
дают  представление  не  только  о  самом  понятии  эфира,  но  и  о  пси¬
хологии  ученых,  вынужденных  прибегать  к  этому  понятию.
 «Наука  принуждена  допустить  существование  эфира,  вещества
чрезвычайно  тонкого  и  упругого,  которого  частицы,  будучи  при¬
ведены  в  колебательное  движение,  производят  все  световые
и  тепловые  явления.  Различие  между  колебаниями  эфирных
и  воздушных  частиц  полагается  в  том,  что  вторые  двигаются  по
направлению  распространения  волны;  эфирные  же  частицы  колеб¬
лются  перпендикулярно  направлению  луча  света»1.
 «Первый  вопрос,  который  каждый  мыслящий  человек  наверное
предложит  о  радиотелефоне  —  это  (следующий:  «Каким  образом
звуки  достигают  меня?  Окна  закрыты,  и  все  же  я  слышу»...
 1  Новый  энциклопедический  словарь.  Издатели  Ф.  А.  Брокгауз  и
И.  А.  Ефрон.  СПб.,  т.  И.

Много  лет  назад,  когда  ученые  начали  изучать  свет,  перед
ними  встала  подобная  же  загадка.  Что  передает  свет?  Мы  видим
сверкающее  солнце  или  мерцающие  звезды,  несмотря  на  то,  что
меяеду  солнцем  и  землей  или  между  звездами  и  землей  находится
безвоздушное  пространство,  измеряемое  миллионами  километров.
Ясно,  что  пе  воздух  передает  свет.
 Потому  ученые  должны  были  допустить  существование  среды,
гораздо  более  прозрачной  и  более  тонкой,  чем  воздух,  —  среды,
которая  наполняет  все  мировое  пространство  и  даже  непостижи¬
мо  малые  промежутки  между  атомами  и  молекулами  вещества.
Эту  среду  ученые  условились  называть  «эфиром»...
 В  радихххюбщениях  мы  имеем  дело  с  волнами  в  эфире  —  вол¬
нами,  которые  поэтому  должны  быть  подобны  световым  волнам,
несмотря  на  то,  что  мы  их  не  видим»1.
 Обратите  внимание,  что  в  обеих  этих  выдержках  почти  слово
в  слово  повторяется:  «Наука  принуждена  допустить  существова¬
ние  эфира»,  «Ученые  должны  были  допустить  существование...»
Словом,  понятие  эфира  преподносится  как  некая  принудительная
мера,  на  шторую  ученые  пошли  скрепя  сердце.  По  существу  так
оно  и  было.
 Античную  идею  эфира  возродил  в  начале  XIX  века  О.  Ж.  Фре¬
нель  (1788—1827).  По  аналогии  со  звуком  он  разгадал  волновую
природу  света.  Но  звуковые  волны  в  воздухе  продольны,  световые
же  —  поперечны,  подобно  упругим  колебаниям  в  металле.  А  что
если  свет  —  колебания  твердой,  несжимаемой  среды?
 Та/к  возникла  гипотеза  об  эфире,  в  которой  подкупала  простота,
привычность  представлений,  возможность  свести  электромагнит¬
ные  явления  к  хорошо  изученным  механическим.
 Увы,  шаткость  аналогии  вскоре  дала  о  себе  знать.  И  дело  даже
но  в  том,  что  гипотетическую  всепроникающую  среду  обнаружить
не  удавалось.  Если  эфир  вездесущ  и  несжимаем,  то  Земля,  как
и  другие  небесные  тела,  движется  относительно  него.  Но  тогда
скорость  света  обязана  зависеть  от  направления  луча  в  простран¬
стве!  Ведь  «эфирная»  волна  может  двигаться  в  одну  сторону
с  Землей,  а  может  и  в  противоположную  —  значит,  скорость  Зем¬
ли  должна  то  добавляться  к  скорости  света,  то  вычитаться  из  нее.
А  на  поверхности  Земли  должен  бушевать  ураганной  силы  «эфир¬
ный  ветер»  —  скорость  движения  земного  шара  в  мировом  прост¬
 1  В.  Кемпферт.  Первая  книга  радиолюбителя.  Л.,  «АсаДегта»,  1926.
 Согласно  знаменитой  формуле  Эйнштейна
Е  =  тс2,  энергия  Е  и  масса  т  «взаимозаме¬
няемы»  (коэффициент  С  —  скорость  света).
 89

ранстве  сквозь  неподвижный  эфир  (если  он  существует)  огромна.
 Чтобы  подтвердить  или  опровергнуть  существование  эфира,
нужно  было  измерить  скорость  света.  Если  она  не  зависит  от  на¬
правления  светового  луча,—эфир  обречен.  Выполнить  этот  экс¬
перимент  казалось  делом  безнадежным.  Но  американский  ученый-
физик  А.  Майкельсон  (1852—1931)  думал  иначе:  «Вызов  свершить
невозможное  —  величайший  для  меня  источник  вдохновения».
 В  1880  году  он  изобрел  оптический  прибор  интерферометр
л  с  его  помощью  очень  точно  измерил  скорость  света.  Один  луч
был  послан  в  направлении  движения  Земли,  другой  —  поперек.
Пройдя  равное  расстояние  и  отразившись,  лучи  возвратились
в  одно  и  то  же  мгновение.  Тем  самым  на  идее  «неподвижного
эфира»  был  поставлен  крест.
 Но,  может  быть,  эфир  подвижен,  увлекается  Землей,  движется
вместе  с  телами?  Тогда  это  не  твердая,  несжимаемая,  а  еще  более
зыбкая,  чем  воздух,  среда.  Поперечные  колебания  в  ней  невоз¬
можны.
 Эфир  требовал  таких  «надстроек»,  такого  усложнения  понятий,
что  все  его  первоначальные  преимущества  оказались  сведены  на
нет.  В  этом  отношении  характерна  еще  одна  выдержка  из  книги
Кемпферта.  За  ортодоксальными  рассуждениями  об  эфире  в  ней
следует  набранное  петитом,  прикрытое  сноской,  не  слишком  охот¬
ное  признание:  «Идея  эфира  была  чрезвычайно  плодотворна  в  фи¬
зике.  При  ее  помощи  было  сделано  много  замечательных  откры¬
тий.  Но  некоторые  опыты  и  умозаключения,  не  согласующиеся
с  теорией,  привели  физиков  к  необходимости  поставить  на  обсуж¬
дение  вопрос  об  эфире  и  его  'свойствах  и,  в  последнее  время,  обра¬
зовалась  нов1ая  школа  с  Эйнштейном  и  Плавком  во  главе,  наме¬
ренная  совершенно  вычеркнуть  эфир  из  физической  картины
мира».
 Действительно,  теория  относительности  Эйнштейна,  исходным
положением  которой  явилюсь  постоянство  скорости  света,  соверши¬
ла  революцию  в  физике.  Альберт  Эйнштейн  вывел  поистине  ве¬
ликую  формулу:  полная  энергия  тела  равна  произведению  его
массы  на  квадрат  скорости  света.  Отсюда  следует,  что  любая
энергия  может  быть  пересчитана  в  массу.  Значит,  вовсе  не  тре¬
буется  связывать  электромагнитные  волны  с  колебаниями  каких-то
частиц.  Будучи  носителями  энергии,  они  материальны  сами  по
себе.
 Сейчас  слово  «эфир»  сохранилось  в  обиходе  радистов  лишь  как
привычное  обозначение  пространства,  наполненного  электромаг¬
нитными  волнами.  В  физике  же  представление  об  эфире  'сменилось
представлением  о  материальном  поле,  не  сводимым  к  механиче¬
ской  среде.  Нужно  отметить  определенную  преемственность  этих
 •90

представлений.  Современная  наука  заимствовала  от  учения  об
эфире  рациональное  зерно:  абсолютно  пустого  пространства,  (суще¬
ствовать  не  может,  вакуум  —  одно  из  воплощений  материи,  про¬
странство  и  материя  неразделимы.
 Среди  различных  форм  движения  материи  равноправную  роль
играет  и  электромагнитное  поле,  волнообразно  распространяюще¬
еся  в  пространстве.
 Еще  Андре-Мари  Ампер  (1775—1836)  и  Майкл  Фарадей
(1791—1867)  считали,  что  электрический  ток  окружен  магнитным
полем.  Фарадей  открыл  закон  электромагнитной  индукции  —  уста¬
новил,  что  электрический  ток,  текущий  по  проводу,  наводит  ток
в  другом  проводе,  находящемся  на  расстоянии  от  первого.  Дви¬
жущийся  магнит  вызывает  в  расположенном  поблизости  провод¬
нике  тот  же  эффект.
 Джемс  Клерк  Максвелл  (1831—1879)  выразил  взаимосвязь
между  электричеством  и  магнетизмом  математически  в  виде  зна¬
менитых  уравнений,  названных  его  именем.  Теория  Максвелла
утверждала,  что  электромагнитные  возмущения  распространяются
в  виде  поперечных  волн,  причем  магнитная  энергия  периодически
переходит  в  электрическую,  электрическая  —  в  магнитную  и  т.  д.
На  основании  своих  уравнений  Максвелл  пришел  к  заключению,
что  среда,  передающая  электромагнитные  действия,  —  эфир.  Но
объективно  теория  Максвелла  —  это  теория  электромагнитного
поля  и  как  таковая  она  сохранила  значение  поныне.
 Скорость  света  —  приблизительно  300  ООО  километров  в  секун¬
ду  —  входит  в  уравнения  Максвелла  как  постоянная.  Поразмыс¬
лив  над  ее  ролью,  Максвелл  пришел  к  гениальному  выводу:  «свет
есть  электромагнитное  возмущение».
 Теория  Максвелла  была  экспериментально  подтверждена  Ген¬
рихом-Рудольфом  Герцем  (1857—1894).  Источником  электромаг¬
нитных  волн  в  опытах  Герца  была  крошечная  «молния»,  создава¬
емая  высоким  электрическим  напряжением  в  иокров;ом  промежут¬
ке  между  двумя  металлическими  шариками.  Это  устройство  было
названо  вибратором.  Электромагнитные  волны,  возбуждаемые
в  пространстве  прерывистой  искрой,  улавливались  другим  прибо¬
ром  —  резонатором,  представлявшим  собой  проволочное  кольцо
с  узкой  прорезью.  По  краям  прорези  также  имелись  шарики,  щель
между  ними  играла  роль  второго  искрового  промежутка.
 Герц  обнаружил,  что  искра  в  вибраторе  вызывает  ответную
искорку  в  резонаторе.  Но  надо  было  еще  доказать,  что  она  поро¬
ждалась  электромагнитными  волнами.  Если  «лучи  Герца»  поведут
себя  в  соответствии  с  теорией  Максвелла,  то  есть  подобно  свету,
значит  эта  теория  правильна.
 Измерив  скорость  полученных  им  лучей,  Герц  установил,  что
 91

она  равна  скорости  света  —серьезный  аргумент  в  пользу  теории
Максвелла.  Чтобы  выяснить,  преломляются  ли  лучи,  ученый  со¬
орудил  асфальтовую  призму  огромных  размеров.  Преломление  не
заставило  себя  ждать.  И  снова  все  происходило  «по  Максвеллу».
Другие  опыты  дали  такой  же  результат.
 Научная  заслуга  Герца  нашла  признание  потомков:  его  име¬
нем  названа  единица  частоты  колебаний.
 Семья  электромагнитных  волн  многочисленна.  К  нрй  принад¬
лежат  радиоволны,  инфракрасные  лучи,  видимый  свет,  ультрафио¬
летовые,  рентгеновские  и  гамма-лучи.  Различие  между  ними  в  дли¬
не  волны.  Так,  диапазон  радиоволн  простирается  от  100  тысяч
километров  до  0,1  миллиметра.  Длины  световых  волн  измеряются
долями  микрометра,  а  гамма-лучей  —  долями  ангстрема  (ангст¬
рем  —  одна  десятимиллиардная  метра).
 Исходя  из  теории  относительности  мы  утверждаем,  что  элект¬
ромагнитное  поле  материально,  хотя  и  способно  распространяться
в  безвоздушном  пространстве.  Но  как  подтвердить  этот  вывод
экспериментально?
 Если  электромагнитные  волны  материальны,  то  они  должны
воздействовать  на  различные  тела,  оказывать  на  них  давление.
 О 	таком  воздействии  говорил  еще  Максвелл.  По  его  расчетам  сол¬
нечный  луч  давит  на  квадратный  метр  земной  поверхности  с  си¬
лой  в  несколько  десятых  милиграмма.  Как  обнаружить  и  измерить
столь  ничтожное  давление?
 Эту  труднейшую  задачу  решил  Петр  Николаевич  Лебедев
(1866—1912).  Его  внимание  привлекли  «хвостатые  звезды»  —  ко¬
меты.  Было  замечено,  что  когда  комета  пролетает  вблизи  Солнца,
ее  хвост  обычно  направлен  в  сторону,  противоположную  Солнцу.
Но  согласно  закону  всемирного  тяготения  кометный  хвост,  как
и  любое  другое  тело,  должен  притягиваться  Солнцем.  Почему  же
происходит  обратное?
 Лебедев  объяснил  загадочное  поведение  кометных  хвостов  дав¬
лением  солнечного  света.  Но  это  была  только  догадка.  Ученый
решил  измерить  световое  давление  и  после  множества  опытов  до¬
бился  успеха.
 Прибор,  с  помощью  которого  удалось  обнаружить  и  измерить
давление  света,  представлял  собой  стерженек  с  легкими  крылыш¬
ками,  подвешенный  на  тончайшей  кварцевой  нити.  К  ней  было
прикреплено  зеркальце,  отбрасывающее  зайчик  на  шкалу.  Под
воздействием  светового  давления  стерженек  поворачивался,  закру¬
чивая  нить,  пока  сила  ее  упругости  не  уравновешивала  силу,  да¬
вящую  на  крылышко.  При  этом  по  шкале  пробегал  зайчик,  слу¬
живший  «стрелкой  ».
 Но  ученого  ожидал  неприятный  сюрприз:  крылышко  отклоня¬
 92

лось  не  так,  как  это  должно  было  происходить  по  расчетам  Мак¬
свелла.  Выяснилось,  что  световой  луч  не  только  давил  на  крылыш¬
ко,  но  и  нагревал  его.  Тепло  передавалось  окружающему  воздуху,
и  воздушные  струи  «доворачивали»  крылышко  еще  на  какой-то
угол.  Лебедев  откачал  воздух  из  сосуда,  в  котором  находился
прибор.  Возникли  и  другие  препятствия.  Ученый  терпеливо  устра¬
нял  их  одно  за  другим,  изготовив  по  ходу  дела  более  двадцати
приборов.  Наконец,  он  получил  правильный  результат.
 Первое  сообщение  о  своих  опытах  Лебедев  опубликовал
в  1900  году.  В  1901  году  вышло  классическое  «Опытное  исследо¬
вание  светового  давления».  Но  лишь  в  1910  году,  незадолго  до
смерти  ученого,  пришла  окончательная  победа.  Материальность
электромагнитных  волн  была  доказана.
 Спустя  полвека  английский  ученый  и  писатель  Артур  Кларк
в  научно-фантастическом  рассказе  «Солнечный  ветер»  описал  по¬
единок  космических  яхт  —  «Дианы»  и  «Лебедева»,  движимых  дав¬
лением  света.
 Из-за  солнечной  бури  гонки  были  прерваны.  Но  дело  не
в  «спортивной»  стороне  рассказа.  Интересна  идея  «парусной»
космонавтики,  обязанная  своим  рождением  научному  подвигу
П.  Н.  Лебедева.

ПО  ЭСТАФЕТЕ  ОТ  МОЛНИИ...
 РАЗУМ  НАШ  ВЫРВАЛ  У  ЗЕВСА
И  ГРОМЫ  И  ВЛАСТЬ  ГРОМОВЕРЖЦА*
 Марк  Манилий*
 Генрих  Герц,  экспериментально  открывший  электромагнитные
волны,  не  предполагал,  какую  удивительную  роль  в  развитии  нау¬
ки  и  техники  суждено  им  сыграть.  Более  того,  он  считал  их  бес¬
полезными  для  практики  и  отвергал  возможность  осуществления
беспроволочной  связи.
 «Если  бы  вы  были  в  состоянии  построить  вогнутые  зеркала
размером  с  материк,  то  вы  могли  бы  поставить  намечаемые  опы¬
ты,—  писал  Герц  в  ответ  на  одно  из  предложений  применить
электромагнитные  волны  для  телеграфирования  без  проводов,—
но  практически  сделать  ничего  нельзя,  с  обычными  зеркалами  вы
не  обнаружите  ни  малейшего  действия».
 Еще  один  пример  «приговора»,  отмененного  историей,  причем
буквально  через  несколько  лет  после  вынесения!
 Идея  радиосвязи  «висела  в  воздухе».  Реализовали  ее  Алек¬
сандр  Степанович  Попов  (1859—1906)  и  итальянский  инженер
Гульельмо  (Вильгельм)  Маркони  (1874—1937).
 В  1889  году  А.  С.  Попов  присутствовал  на  очередном  заседании
Русского  физико-химического  общества  (РФХО).  Воспроизводи¬
лись  опыты  Герца.  Зал  был  затемнен.  Присутствовавшие  по  оче¬
реди  рассматривали  слабую  искорку  в  резонаторе  через  увеличи¬
тельное  стекло.  Сомнений  не  оставалось:  действие  электричества
переносилось  в  пространстве  на  расстояние.
 «Использовать  электромагнитные  волны...  Новый  вид  связи  —
без  проводов...»  —  подумал  Попов.
 Но  как  использовать?  Ведь  резонатор  действовал  лишь  на  нич¬
тожных  расстояниях.  Необходим  был  гораздо  более  чувствитель¬
ный  приемник  электромагнитных  волн.
 В  1884  году  Кальцекки-0нести  обнаружил  интересное  свойст¬
во  металлических  опилок.  Если  горстку  их  рассыпать  между
 1  Римский  поэт  и  астроном  I  в.  н.  э.
 94

двумя  металлическими  проводами,  соединенными  с  источником
электричества,  то  в  такой  цепи  будет  течь  ток,  правда,  чрезвычай¬
но  слабый.  Но  как  только  поблизости  возникает  электрическая
искра,  опилки  мгновенно  изменяют  свое  сопротивление  току,  и  он
резко  возрастает.
 Явление  это  объяснялось  следующим  образом.  Металлические
опилки  состоят  из  множества  мелких  крупинок.  Каждая  из  них
покрыта  тонким  слоем  окислов,  проводящих  ток  хуже,  чем  чистые
металлы.  К  тому  же  крупинки  в  горстке  опилок  соприкасаются
друг  с  другом  лишь  в  нескольких  точках.
 Электрическая  искра  порождает  электромагнитные  волны.  Тот¬
час  между  крупинками  проскакивают  микроскопические  искорки,
и  опилки  слипаются.  Площадь  соприкосновения  частиц  металла
во  много  раз  возрастает,  сопротивление  опилок  току  уменьша¬
ется.
 Французский  физик  Эдуард  Бранли  (1846—1940)  поместил
опилки  в  короткую  стеклянную  трубку  с  металлическими  «пробка¬
ми»  на  концах.  Целью  его  опытов  было  изучение  свойств-  порошко¬
образных  металлов.  То,  что  по  окончаний  разряда  опилки  остава¬
лись  в  слипшемся  состоянии  и  продолжали  хорошо  проводить  ток,
Бранли  '  счел  досадным  недостатком  своего  прибора.
 ^Английский  учеойый  Оливер  Лодж  (1851  —  1940)  использовал
трубку  Бранли  для  обнаружения  электромагнитных  волн,  назвав
ее*  когерером  —  «сцеплятелем».  «Когерер  удивительно  чувствите¬
лен  к  волнам  Герца»,—  писал  он.  В  опытах  Лоджа  когерер  перио¬
дически  встряхивался  с  помощью  часового  механизма.  Опилки
рассыпались;  и  приходили  в  первоначальное,  состояние.
 "О  Лёдак  сделал  шаг  вперед  к  осуществлению  беспроволочной
связи.  Но  его,  как  и  Герца,  интересовали  исследования  физиче¬
ских  процессов,  а  связь  без  проводов  он  считал  беспочвенной  за¬
теей. 	•
 Узна1в  о  когерере,  А.  С.  Попов  решил  использовать  его  для
создания  приемника  электромагнитных  волн.  Ученый  испытывал
трубки  различной  длины  и  формы,  порошки  разных  металлов*.  На¬
конец,  он  получил  прибор,  отличавшийся  достаточно  высокой  вос¬
приимчивостью  к  электромагнитным  волнам.
 Оставалось  придумать  наиболее  совершенный  способ  перио¬
дического  встряхивания  трубки,  чтобы  она  хорошо  проводила  ток
только  при  облучении  электромагнитными  волнами.  По  примеру
Лоджа  пристроить  к  трубке  часовой  механизм?  Сложно  и  нена¬
дёжно.  •  -
 А. 	С.  Попов  нашел  простое  и  остроумное  решение.  Пусть
сама  волна  встряхивает  опилки!
 Для  этой  цели  пригодился  обычный  электрический  звонок.  Под
 95

воздействием  электромагнитных  волн  когерер  начинал  пропускать
ток,  и  звонок  звонил,  как  если  бы  кто-нибудь  нажал  на  кнопку.
При  этом  молоточек  звонка  ударял  по  трубке  и  встряхивал  опилкиг
(принцип  обратной  связи!).
 А.  С.  Попов  назвал  первый  радиоприемник  «грозоотметчиком».
Молния  —  сверхмощный  радиопередатчик.  Ее  удары  возбуждают
в  пространстве  вихри  электромагнитных  волн  (вспомните,  какой;
треск  раздается  в  громкоговорителе  приемника  во  время  грозы).
«Грозоотметчик»,  улавливая  отголоски  молний,  сигнализировал
 о 	приближении  грозового  фронта.
 7  мая  1895  года  А.  С.  Попов  впервые  продемонстрировал  свое
изобретение  на  заседании  РФХО.  Об  этом  свидетельствует  про¬
токол  заседания  и  «Журнал  Русского  физико-химического  общест¬
ва».  Следующая  демонстрация,  также  на  заседании  РФХО,  со¬
стоялась  24  марта  1896  года.  В  протоколе  записано:  «А.  С.  Попов
показывает  приборы  и&  лекционного  демонстрирования  опытов
Герца».
 Некоторые  из  очевидцев  этого  события  утверждали  впослед¬
ствии,  что  на  их  глазах  была  впервые  осуществлена  беспроволоч¬
ная  телеграфная  передача.  Профессор  О.  Д.  Хвольсон  писал,  на¬
пример:  «Передача  происходила  таким  образом,  что  буквы  пере¬
давались  по  азбуке  Морзе,  притом  знаки  были  ясно  слышны.
У  доски  стоял  председатель  физического  общества,  профессор
Ф.  Ф.  Петрушевский,  имея  в  руках  бумагу  с  ключом  азбуки  Морзе
и  кусок  мела.  После  каждого  передаваемого  знака  он  смотрел  на
бумагу  и  затем  записывал  на  доске  соответствующую  букву.  По¬
степенно  на  доске  получились  два  слова:  «Генрихъ  Герцъ».
 Документального  подтверждения  этот  факт  не  получил.  Отно¬
сительно  даты,  когда  была  передана  радиограмма,  мнения  очевид¬
цев  расходятся.  Одни  утверждают,  что  передача  происходила
в  начале  1896  года,  другие  относят  ее  к  концу  1897  года.
 Но  есть  достоверный  документ,  относящийся  к  заседанию
РФХО  24  марта  1896  года.  Это  сообщение,  сделанное  профессором
 В. 	В.  Скобельцыным  спустя  три  недели  в  электротехническом  ин¬
ституте.  Оно  называлось  «Прибор  А.  С.  Попова  для  регистрации
электрических  колебаний».  В  нем  засвидетельствовано:  «В  заклю¬
чение  докладчик  произвел  опыт  с  вибратором  Герца,  который  был
поставлен  в  соседнем  флигеле  на  противоположной  стороне  двора.
Несмотря  на  значительное  расстояние  и  каменные  стены,  распо¬
ложенные  на  пути  распространения  электрических  лучей,  при
всяком  сигнале,  по  которому  приводился  в  действие  вибратор,
звонок  прибора  громко  звучал».
 «Сигналы»,  «значительное  расстояние»,  «электрические  лу¬
чи»  —  налицо  все  компоненты  радиосвязи.  И  хотя  сам  термин
 96

«радио»  (это  слово  означает  «излучаю»)  появился  позднее,  аппа¬
ратура  А.  С.  Попова  состояла  из  радиотехнических  устройств  —
передающего  и  приемного.  Роль  передатчика  вполне  сносно  играл
вибратор  Герца,  роль  приемника  —  «грозоотметчик»,  радиотехни¬
ческая  схема  с  обратной  связью.
 Таким  образом,  А.  С.  Попов  продемонстрировал  действующую
радиолинию,  по  которой  передавались  сигналы,  то  есть  колебания,
несущие  определенную  информацию.
 А  через  несколько  месяцев  аппаратура  для  беспроволочной
связи  была  запатентована  Маркони.  До  этого  никаких  докумен¬
тальных  свидетельств,  сообщений,  заметок  об  опытах  итальянско¬
го  инженера  не  существовало.  Да  и  содержание  патента  стало
известно  лишь  4  июня  1897  года,  когда  Маркони  прочитал  лекцию
в  британском  Королевском  институте.  И  здесь  выяснилось,  что
аппаратура  Маркони  до  малейших  деталей  повторяет  приборы
А.  С.  Попова!
 «У  Попова  и  в  мыслях  не  было  патентовать  свое  изобрете¬
ние  —  он  шел  в  ногу  с  Фарадеем,  Максвеллом  и  Герцем,  никогда
не  патентовавшими  своих  изобретений  и  считавшими  их  достоя¬
нием  науки,  достоянием  всего  человечества.  Маркони  был  далек
от  таких  альтруистических  представлений...  Его  первый  же  па¬
тент...  содержал  в  качестве  составляющих  элементов  никем  не
запатентованные  ранее  и  считавшиеся  общим  достоянием,  достоя¬
нием  науки  разрядник,  когерер  и  другие  элементы.  Получилось,
что  он  воспользовался  трудами  других  для  личного  обогащения.
Научные  дискуссии,  ранее  украшавшие  научные  журналы,  были
тем  самым  круто  оборваны;  они  заменились  судебными  разбира¬
тельствами  о  владении  патентами»1.
 Нет  оснований  утверждать,  что  Маркони  повинен  в  плагиате:
«подозрительное»  сходство  аппаратуры  объяснялось,  по-видимо¬
му,  тем,  что  оба  изобретателя  опирались  на  труды  Герца,  Бранли,
Лоджа,  исходили  из  одинаковых  принципов.  Однако  ничуть  не
больше  оснований  считать  Маркони  изобретателем  радио  по  той
лишь  причине,  что  он  «додумался»  взять  патент  на  беспроволоч¬
ный  телеграф.  Но  несмотря  на  то,  что  Бранли,  Лодж,  авторитет¬
ные  комиссии  и  электротехнические  конгрессы  признали  приори¬
тет  Попова,  лаврами  оказался  увенчан  Маркони.  Ему  присудили,
в  частности,  Нобелевскую  премию  по  физике  за  1909  год.
 А.  С.  Попов  не  был  предпринимателем,  как  Маркони,  он  не
был,  что  называется,  практичным  человеком,  не  умел  «проталки¬
вать»  свое  изобретение,  а  тем  более  извлекать  из  него  выгоду.
Необходимой  финансовой  поддержки  от  правительства  царской
 1 	В  л.  Карцев.  Приключения  великих  уравнений.  М.,  «Знание»,  1970.
 4  А.  Плонский
 97

России  он  не  получил.  Морской  министр  распорядился.’  «На  такую
химеру  отпускать  денег  не  разрешаю».
 Правда,  А.  С.  Попов  был  удостоен  высокой  чести  —  его  избра¬
ли  председателем  Русского  физического  общества.  За  четыре  дня
до  смерти...
 А  слава  Маркони  росла.  Он  осуществил  телеграфную  связь
через  Атлантический  океан,  организованная  им  компания  про¬
цветала.  Роль  же  Попова  в  изобретении  радио  все  чаще  замалчи¬
валась...
 В  седьмом  томе  «Нового  энциклопедического  словаря»  Брок¬
гауза  и  Ефрона  (статья  «Бранли»)  говорится:
 «Открытие  Бранли  послужило  основанием  для  устройства
трубки  его  имени,  вошедшей  главною  составною  частью  в  коге-
рерный  приемник  первых  станций  беспроволочного  телеграфа,
изобретенных  А.  С.  Поповым  в  1896  г»1.
 Но  уже  в  двадцать  пятом  томе,  вышедшем  несколькими  года¬
ми  спустя,  утверждается  иное:
 «Маркони  Вильгельм  —  итальянский  инж.-электрик,  первый
осуществивший  практически  идею  беспроволочного  телеграфиро¬
вания  посредством  электромагнитных  волн».
 Здесь  о  А.  С.  Попове  —  ни  слова2.
 История  знает  немало  случаев,  когда  открытия  и  изобретения
делались  одновременно  и  независимо  несколькими  учеными.  Так,
первые  молекулярные  генераторы  —  мазеры  были  созданы  в  1954
году  Н.  Г.  Басовым,  А.  «М.  Прохоровым  (Физический  институт
Академии  наук  СССР)  и  Ч.  Таунсом  с  сотрудниками  (Колумбий¬
ский  университет  США).  В  1964  году  все  эти  ученые  удостоились
Нобелевской  премии.  И  никому  не  пришло  в  голову  приписывать
честь  этого  важнейшего  изобретения  кому-то  из  (них  в  ущерб
остальным.
 Не  вызывающий  сомнений  документ  —  доклад  В.  В.  Скобель¬
цына  —  датирован  несколькими  месяцами  раньше,  чем  патент
Маркони.  Но  спор  ведь  не  о  формальном  «коммерческом»  приори¬
тете.  Вот  почему,  отсчитывая  «день  рождения»  радио  от  7  мая
1895  года,  когда  был  впервые  продемонстрирован  «грозоотметчик»
А.  С.  Попова,  мы  не  отвергаем  и  первопроходческой  роли  Мар¬
кони.
 1 	Выделено  нами.
 2 	Издание  «Нового  энциклопедического  словаря»  было  прекращено
в  1916  году  на  букве  «О».

БАШНИ,  РУПОРЫ,  ЛИНЗЫ...
 ВПЕРЕД!
 ШАГНИ  ЧЕТВЕРКОЙ  МОЩНЫХ  ЛАП,
 ПРИБИТЫХ  ЧЕРТЕЖАМИ  ЭЙФЕЛЯ,
 ЧТОБ  В  НАШЕМ  НЕБЕ  ТВОЙ  ИЗРАДИИЛО  ЛОБ,
ЧТОБ  НАШИ  ЗВЕЗДЫ  ПРЕД  ТОБОЮ
СДРЕЙФИЛИ!
 Владимир  Маяковский
 Еще  при  первых  опытах  А.  С.  Попов  заметил,  что  дальность
приема  во  много  раз  возрастала,  когда  к  когереру  присоединяли
кусок  провода.  Другой  такой  проводник,  подключенный  к  вибра¬
тору»  дал  новый  скачок  дальности.  Так  была  создана  антенна  —
излучатель  и  «улавливатель»  электромагнитных  волн,  один  из
важнейших  элементов  радиосвязи.
 Термин  «антенна»  пришел  в  радиотехнику  из  энтомологии,  где
означал  усики  насекомых.  Видимо,  здесь  сыграло  роль  внешнее
сходство  усиков  с  тянущимися  в!высь  проводами.  Аналогия  ока¬
залась  неожиданно  глубокой.  Сейчас  энтомологи  считают,  что
«антенны»  это  и  впрямь  антенны,  а  сами  насекомые  —  живые  ге¬
нераторы  электромагнитных  волн.  В  Лейпцигском  институте  энто¬
мологии  выяснили,  например,  что  комары  излучают  «радиосигна¬
лы»  .с  длиной  волны  13—17  миллиметров!
 Антенна  радиопередатчика  —  «порог  отчего  дома»,  покидая
который  электрические  колебания  становятся  электромагнитны¬
ми  волнами.  Перед  ними  распахнуто  бескрайнее  пространство
и  они  спешат  со  (скоростью  света  —  самой  большой  из  скоростей  —
покорить  его,  распространиться  повююду.  Но  нельзя  объять
необъятное  и,  растворяясь  в  пространстве,  волны  слабеют,
слабеют  подобно  звуку,  подобно  кругам  на  воде  от  брошенного
камня.
 По  пути  они  пересекают  тысячи  и  тысячи  приемных  антенн,
возбуждая  в  них  электрические  колебания.  Неисчислимые  мно¬
жества  колебаний  с  самыми  различными  частотами  толпятся
в  каждой  антенне,  словно  у  подъезда  некрасов-ского  вельможи.
А  важный  швейцар-резонанс,  отмахиваясь  от  назойливых  просьб,
пропускает  одно  из  них.  Его  и  только  его  примут  и  выслушают,
предварительно  усилив»,  иногда  в  миллионы  раз!
 Как  видим,  антенна  передатчика  совершает  «таинство»  пре~
вращения  электрических  колебаний  в  электромагнитные  волны.
 4*
 99

В  антенне  же  приемника  происходит  обратный  процесс.  Эти
«метаморфозы»  подчиняются  закону  электромагнитной  индук¬
ции.
 Проводник,  по  которому  течет  переменный  ток,  излучает  элект¬
ромагнитные  вшийы.  И  наоборот,  под  воздействием  электромагнит¬
ных  волн  в  проводнике  возникает  переменный  электрический  ток.
Но  это  не  означает,  что  любой  кусок  провода  будет  хорошей
антенной.  Чтобы  антенна  «справлялась  со  своими  обязанностями»,
она  должна  иметь  определенные  размеры  и  форму  и  располагаться
достаточно  высоко  над  землей.
 Свойства  антенн  обратимы:  это  значит,  что  одна  и  та  же  ан¬
тенна  может  работать  и  на  прием  и  на  передачу.  Различие  обычно
оказывается  чисто  конструктивным:  ведь  через  антенну  передат¬
чика  «проходят»  иногда  сотни  киловатт,  а  мощность  колебаний
в  приемной  антенне  измеряется  микроваттами.
 Многое  в  устройстве  антенны  зависит  от  длины  радиоволны.
От  -ста  километров  до  десятой  [миллиметра  —  дистанция  более  чем
марафонская.  Ожидать  похожести  в  поведении  волн  столь  различ¬
ных  длин  наивно.  Пытаться  соорудить  антенну,  одинаково  хорошо
излучающую  их,—  тем  более.  Но  было  бы  слишком  расточительно
и  кустарно  придумывать  для  каждой  длины  волны  особый,  только
на  нее  рассчитанный  тип  антенны.  Естественнее  разделить  об¬
ширную  полосу  радиоволн  на  диапазоны,  в  пределах  которых
свойства  волн  разнятся  не  слишком  сильно.
 Взгляните  на  шкалу  юашего  радиоприемника.  Длинные,  сред¬
ние,  короткие,  ультракороткие  волны.  Четыре  диапазона.  Лет
десять  назад  такая  градация  всех  устраивала.  Сейчас  она  подхо¬
дит  лишь  радиослушателям,  да  и  то  диапазон  коротких  волн
в  большинстве  современных  радиовещательных  приемников  раз¬
бит  на  поддиапазоны.
 Радиоспециалисты  пользуются  сейчас  более  обоснованной
классификацией  радиоволн,  которая,  кстати,  регламентирована
в  международном  порядке.  Приведем  ее  полностью,  причем  наряду
е  длинами  волн  будем  указывать  соответствующие  им  частоты.
 1. 	Мириаметровые  волны  —  от  100  до  10  километров  (очень
низкие  частоты  —  от  3  до  30  килогерц);
 2. 	Километровые  волны  —  от  10  до  1  километра  (низкие  часто¬
ты  —  от  30  до  300  килогерц);
 3. 	Гектометровые  волны  —  от  1  километра  до  100  метров  (сред¬
ние  частоты  —  от  300  килогерц  до  3  мегагерц);
 4. 	Декаметровые  волны  —  от  100  до  10  метров  (высокие  часто¬
ты  —  от  3  до  30  мегагерц);
 5. 	Метровые  волны  —  от  10  до  1  метра  (очень  высокие  часто¬
ты  —  от  30  до  300  мегагерц);
 100

6. 	Дециметровые  волны  —  от  1  метра  до  10  сантиметров
{ультравысокие  частоты—от  300  мегагерц  до  3  гигагерц1);
 7. 	Сантиметровые  волны  —  от  10  до  1  сантиметра  (сверхвысо¬
кие  частоты  —  от  3  до  30  гигагерц);
 8. 	Миллиметровые  волны  —от  1  сантиметра  до  1  миллиметра
(крайне  высокие  частоты  —  от  30  до  300  гигагерц);
 9. 	Децимиллиметровые  волны  —  от  1  до  0,1  миллиметра  (час¬
тоты  от  300  гигагерц  до  3  терагерц2).
 Обратите  внимание,  как  «нагнетается»  •степень  выоокочастотно-
сти:  высокие,  очень  высокие,  ультравысокие,  сверхвысокие  часто¬
ты!  Вроде  бы,  дальше  некуда,  но,  оказывается,  существуют  крайне
высокие  частоты.  И  хотя  они  претендуют  на  «крайность»,  за  ними
есть  еще  более  высокие  частоты,  оставшиеся  безымянными:  оче¬
видно,  назвать  их  «оверхкрайневысокими»  показалось  неудобным,
и  так  нагородили  бог  знает  что!
 «Гигантомания»  в  терминологии  частот  отражает  тенденцию
радиоэлектроники  к  непрерывному  повышению  частотного  «по¬
толка»,  который  на  разных  исторических  стадиях  ассоциировался
то  с  дециметровыми,  то  с  сантиметровыми,  то  с  еще  более  корот¬
кими  волнами.  И  всякий  раз,  превысив  прежний  рекорд  высо-
кочастотности,  радиоспециалисты  были  вынуждены  искать  но¬
вую  приставку  («ультра»,  «сверх»,  «крайне»  и  т.  д.),  более
громкую,  чем  предыдущие,  дабы  отразить  достигнутую  эскала¬
цию.
 Познакомившись  с  делением  радиоволн  на  диапазоны,  мы  мо¬
жем  свести  все  многообразие  антенн  к  нескольким  наиболее
характерным  типам.
 Антенны  мириаметровых,  километровых  и  отчасти  гектометро-
вых  волн  отличаются  тем,  что  их  размеры  значительно  меньше
длины  волны.  Простейшая  из  таких  антенн  —  вертикальный  про¬
вод.  В  более  совершенном  виде  это  стальная  башня,  установленная
на  изоляторах.  Из  башенных  антенн  широко  известны  Эйфелева
башня  в  Париже  и  Шуховская  в  Москве.  Высота  башен  может
превышать  двести  метров.
 Существуют  также  антенны-мачты,  поддерживаемые  оттяжка¬
ми.  «Ростом»  они  до  трехсот  пятидесяти  метроов.
 Вертикальный  провод  излучает  электромагнитные  волны  рав¬
номерно  во  все  стороны  в  горизонтальной  плоскости,  то  есть  не
обладает  направленным  действием.  При  работе  на  прием  такая
 1 	Гигагерц  —  тысяча  мегагерц,  или  1000000000  герц.
 2 	Терагерц  —  тысяча  гигагерц,  или  1  000000000000  герц.
 101

антенна  улавливает  радиоволны  с  любых  направлений.  Откуда
приходит  волна,  ее  совершенно  «не  интересует».
 Находят  применение  и  другие  —  направленные  антенны.  Они
излучают  радиоволны  в  одну  сторону  (или  в  двух  противополож¬
ных  направлениях).  Вот,  скажем,  рамочная  антенна,  применяемая
на  гектометровых  и  более  длинных  волнах.  Возникла  она  по  су¬
ществу  на  почве  экономии.
 «Сооружение  высоких  башен  и  мачт  сопряжено  с  большими
расходами  и  трудностями.  Инженерам  пришло  в  голову,  что,  по
крайней  мере  для  приемных  станций,  можно  было  бы  от  них  изба¬
виться...  Результатом  их  работ  было  то,  что  называется  «рамочной
антенной»1.
 Рамочная  антенна  состоит  из  нескольких  витков  провода,
намотанного  на  каркас  в  виде  рамки,  которую  можно  поворачи¬
вать  вокруг  вертикальной  оси.
 Включим  радиопередатчик,  присоединим  к  нему  ненаправлен¬
ную  антенну  —  вертикальный  провод,  а  сами  отправимся  путеше¬
ствовать,  прихватив  приемник  с  рамочной  антенной.  Отъедем  на
некоторое  расстояние,  остановимся,  включим  приемник  и  начнем
поворачивать  рамку  вокруг  вертикальной  оси.  Слышимость
при  этом  будет  изменяться:  то  возрастать,  то  падать,  то  исчезать
вовсе.
 Если  изобразить  на  графике  в  полярных  координатах  зависи¬
мость  силы  принимаемого  сигнала  от  угла  поворота  рамки,  то  по¬
лучится  «восьмерка  —  две  соприкасающихся  окружности.  Это  так
называемая  диаграмма  направленности  рамочной  антенны  в  гори¬
зонтальной  плоскости.  Расстояние  от  центра  диаграммы  (точки
соприкосновения  окружностей)  до  какой-нибудь  точки  на  «вось¬
мерке»  показывает  силу  приема,  когда  плоскость  рамки  повернута
в  этом  направлении.
 Почему  же  сила  принимаемого  сигнала  зависит  от  того,  как
расположена  рамка  относительно  радиопередатчика?
 ...Вот  радиоволна  пересекает  рамочную  антенну.  Если  плос¬
кость  рамки  перпендикулярна  направлению  на  передатчик,  то
в  обеих  вертикальных  сторонах  антенны  наводятся  одинако¬
вые  колебательные  токи.  Они  текут  навстречу  друг  другу  и,
вычитаясь,  взаимно  уничтожаются.  Следовательно,  при  такой
ориентации  рамки  относительно  передатчика  прием  отсутст¬
вует.
 Повернем  рамку  так,  чтобы  ее  плоскость  оказалась  направлен¬
ной  на  передатчик.  Одна  вертикальная  сторона  рамки  теперь
 1 	В.  Кемпферт.  Первая  книга  радиолюбителя.  Л.,  «Асаёегша»,
 1926.
 402

ближе  к  передатчику,  чем  другая.  Волна  достигает  их  не  одновре¬
менно,  и  токи  получаются  несколько  различными.  По  проводу
антенны  течет  разностный  ток.  Приемник  реагирует  на  него,  и  мы
слыпгим  сигналы  —  наиболее  громко.  В  промежуточных  положе¬
ниях  рамки  разностный  ток  меньше,  слышимость  —  хуже.
 Если  к  оси  рамочной  антенны  прикрепить  .стрелку,  то  с  ее
помощью  можно  будет  отчитывать  направление  на  радиостан¬
цию,  откладывая  угол  поворота  рамки  от  направления  «север  —
юг».  На  этом  основаны  радиопеленгация  и  действие  радиоком¬
паса.
 С  помощью  рамочных  антенн  англичанам  во  время  первой
мировой  войны  удалось  проследить  движение  германского  флота
перед  сражением  у  Ютландских  берегов.
 На  декаметроных,  метровых  и  дециметровых  волнах  часто
применяются  так  называемые  симметричные  вибраторы.  Пред¬
ставьте  себе  два  параллельных  провода,  расстояние  между  кото¬
рыми  .мало  по  сравнению  с  длиной  волны.  Провода  присоединены
к  радиопередатчику  и  от  него  идут  вверх.  На  высоте  многоэтаж¬
ного  дома  они  вдруг  расходятся  под  прямым  углом  в  разные
стороны,  образуя  подобие  буквы  «Т».
 Горизонтальная  «перекладина»  этой  «буквы»  и  ость  собствен¬
но  антенна  —  вибратор.  Его  называют  симметричным,  потому  что
он  состоит  из  двух  половин,  расположенных  симметрично  относи¬
тельно  двухпроводной  фидерной  линии1  —  вертикального  «стерж¬
ня  буквы  Т».
 Назначение  фидерной  линии  —  «препровождать»  электриче¬
ские  колебания  из  передатчика  в  антенну.  Сама  же  линия
излучать  не  должна  —  этим  бы  она  испортила  все  дело.
 Токи  в  проводниках  линии  направлены  встречно.  Поэтому
магнитные  поля,  создаваемые  токами  вокруг  проводов,  взаимно
компенсируются.  Иное  дело  —  сама  антенна.  Здесь  провода
вытянуты  в  одну  линию,  токи  направлены  одинаково  и  в  ок¬
ружающем  пространстве  возбуждаются  электромагнитные
волны.
 Длина  симметричного  вибратора  составляет  обычно  половину
длины  волны,  на  излучение  или  улавливание  которой  он  рассчи¬
тан.  Вдоль  него  как  раз  и  укладывается  стоячая  полуволна  с  пуч¬
ностью  тока  и  у"злом  напряжения  посредине  (колебания  электри¬
ческого  напряжения  в  такой  антенне  удивительно  напоминают
сейш  Женевского  озера,  описанный  в  разделе  «Волны,  волны,
волны...»).
 1 	От  английского  слова  !еес!  —  питать.
 103

Диаграмма  направленности  симметричного  вибратора  такая
же,  как  и  у  рамочной  антенны,—  «восьмерка».
 Если  на  расстоянии  в  четверть  волны  параллельно  вибратору
поместить  провод  равной  длины,  то  этот  провод  —  рефлектор  —
будет  отражать  электромагнитные  волны.  Одна  из  окружностей,
образующих  «восьмерку»,  «атрофируется»,  от  нее  останется  пара
«лепестков»,  так  что  диаграмма  направленности  будет  напоминать
очертаниями  воздушный  шар,  горловина  которого  перевязана
небольшим  бантиком.  Излучение  в  сторону  рефлектора  окажется
резко  ослабленным.
 Чтобы  диаграмма  направленности  вытянулась,  стала  более
острой,  перед  вибратором  располагают  несколько  параллельных
проводов  —  так,  называемых  директоров.  Длина  каждого  из  них  —
примерно  четыре  десятых  длины  волны.  В  любом  городе  на  кры¬
шах  домов  установлены  сотни  и  тысячи  телевизионных  антенн
подобного  типа.
 Направленность  такой  антенны  в  горизонтальной  плоскости
велика,  но  энергия  излучается  под  большим  углом  к  горизонту,
а  это  невыгодно.  И  вот  придумали  многоярусные  антенны,  в>  кото¬
рых  вибраторы  расположены  рядами,  образуя  несколько  «эта¬
жей».  Чем  их  больше,  тем  положе  излучение.  Это  достига¬
ется  сложением  диаграмм  направленности  отдельных  вибрато¬
ров.
 А  так  ли  нужны  антенны  направленного  действия,  не  слишком
ли  большой  ценой  —  ценой  усложнения  —  «заостряется»  и  скло¬
няется  к  горизонту  диаграмма  направленности?
 Вертикальный  провод  можно  сравнить  с  фонтаном,  разбрыз¬
гивающим  воду  во  все  стороны.  При  том  же  «расходе  воды»  (мощ¬
ности  радиопередатчика)  остронаправленная  антенна  создает
«струю,  бьющую  из  бранспойта».  Излучение  концентрируется,
волны  посылаются  узким  пучком  в  нужном  направлении.  Плот¬
ность  электромагнитной  энергии,  переносимой  волною,  повышает¬
ся  во  много  раз.  Слышимость  сигнала  в  месте  приема  соответст¬
венно  возрастает.
 Аналогичный  выигрыш  получается,  когда  направленная  антен¬
на  работает  (на  прием:  ведь  свойства  передающей  и  приемной
антенн  обратимы.  Волны,  создаваемые  «посторонними»  радио¬
станциями,  приходят  со  всех  сторон.  Но  антенна  на  них  почти
не  реагирует:  она  направлена  в  сторону  «своей»  радиостанции
и  хорошо  воспринимает  только  ее  сигналы.  Отношение  уровней
полезного  сигнала  и  помех  на  входе  приемника  от  этого  увеличи¬
вается.
 На  сантиметровых  и  более  коротких  волнах  антенны  нередко
изготавливаются  в  виде  металлических  рупоров.  Внешне  такая
 104

антенна  напоминает  уличный  громкоговоритель.  Электромагнит¬
ная  энергия  подводится  к  ней  не  с  помощью  двухпроводной  фи¬
дерной  линии  или  коаксиального  кабеля  (в  нем  один  проводник
проходит  внутри  другого  —  трубчатого),  а  посредством  волновода.
Это  металлическая,  посеребренная  для  уменьшения  потерь,  труба
круглого  или  прямоугольного  сечения.  Волна  распространяется
в  ней  зигзагообразно,  отражаясь  от  стенок.
 О  волноводах  и  колебательных  системах  сверхвысоких  час¬
тот  —  объемных  резонаторах  мы  еще  подробно  поговорим  в  даль¬
нейшем.
 Рупорная  антенна  обычно  снабжается  рефлектором.  Интерес¬
но,  что  по  виду  он  напоминает  самую  обыкновенную  «лампу  си¬
него  света»  —  металлическое  зеркало  в  форме  параболоида.  И  за¬
дача  у  него  та  же  —  отражать  электромагнитные  волны  ©  опреде¬
ленном  направлении.
 Если  нашелся  эквивалент  для  оптического  зеркала,  то  должен
найтись  и  для  линзы.  И  действительно,  подобно  тому,  как  Герц
сделал  из  асфальта  призму,  преломляющую  электромагнитные
волны,  можно  изготовить  диэлектрическую  антенну-линзу,  кото¬
рая  преобразовывала  бы  расходящийся  пучок  волн,  излучаемый
рупором  или  просто  открытым  концом  'волновода,  в  приблизитель¬
но  параллельный  пучок.
 Размер  оптической  линзы  в  миллионы  раз  больше,  чем  длина
световой  волны.  Размер  самой  «крупнокалиберной»  антенны-лин¬
зы  лишь  в  сотни  раз  превышает  длину  сантиметровой  и  в  тыся¬
чи  —  длину  миллиметровой  волны.  Поэтому  пучок  волн,  прелом¬
ленный  линзой,  не  строго  параллелен.  Но  диаграмма  направлен¬
ности  получается  все  же  очень  узкой.
 Изготавливаются  «радиолинзы»  из  полистирола,  фторопласта
и  других  диэлектриков,  обладающих  малыми  потерями  энергии
на  сверхвысоких  и  крайне  высоких  частотах.  Жаль,  что  линза
оказывается  тяжелой.  Но  и  здесь  вышли  из  положения,  придумав
«искусственный  диэлектрик»,  или  «металлодиэлектрик».  По  своей
структуре  он  «копирует»  пространственную  решетку  кристалла:
металлические  частицы,  размеры  (которых  должны  быть  во  много
раз  меньше,  чем  длина  волны,  расположены  в  строго  определен¬
ном  порядке.  Скрепляющей  и  изолирующей  средой  служит  легкий
и  довольно  прочный  материал  —  пенистый  полистирол.
 Полученный  таким  образом  металлодиэлектрик  имеет  те  же
свойства,  что  и  обычный  диэлектрик,  но  если  первый  отнести
к  категории  тяжеловесов,  то  второй  будет  в  «1веое  пера».
 Вот  мы  и  познакомились  с  семейством  антенн.  Правда,  в  зна¬
комстве  участвовали  далеко  не  все  члены  этого  многочисленного
и  на  редкость  разнородного  семейства.
 105

Название  раздела  «Башни,  рупоры,  линзы...»  недаром  содер
жит  многоточие:  в  нем  не  отражены  рамочные  антенны,  симмет
ричные  вибраторы  и  зеркала,  о  которых  также  было  рассказано
А  ведь  некоторые  типы  антенн  мы  вообще  обошли  молчанием
В  обиде  на  нас  щелевые  и  спиральные,  плоскостные  и  ребристьк
антенны,  диэлектрические  стержни...
 И  все  же,  следуя  совету  Горация:  «мера  да  будет  /во  всем
всему  должны  быть  пределы»,  мы  прощаемся  с  антеннами  1
переходим  к  путешествиям  радиоволн  в  свободном  простран
стве.

РАДИОВОЛНЫ  В  ПРОСТРАНСТВЕ
 ЕСЛИ  ВЫ  ДЕРЖИТЕ  СЛОНА  ЗА  ЗАДНЮЮ  НОГУ
И  ОН  ВЫРЫВАЕТСЯ,  САМОЕ  ЛУЧШЕЕ  ОТПУСТИТЬ
ЕГО.
 Авраам  Линкольн
 В  ютличие  от  фидерной  линии  антенна  не  пытается  удержать
волну,  а,  напротив,  играет  роль  «стартовой  площадки»,  помогает
волне  выйти  на  заданную  «орбиту».  'Мы  не  зря  прибегли  к  «кос¬
мической»  терминологии.  Подобно  ракете,  радиоволна  может
мчаться  вдоль  земной  поверхности  или  устремиться  в  космос.
Выбор  «траектории»  зависит  не  только  от  характеристик  антенны,
но  и  от  свойств  волны.  А  они  всецело  определяются  ее  дли¬
ной.
 Стартуя  с  поверхности  Земли,  радиоволна  попадает  в  около¬
земное  пространство  —  атмосферу.  Атмосфера  состоит  из  трех
слоев.  Нижний  называется  тропосферой.  Его  граница  проходит
в  10—14  километрах  от  поверхности  Земли.  Над  ним,  на  высоте
до  50—60  километров,  лежит  стратосфера.  Наконец,  .самый  верх¬
ний  слой  носит  название  ионосферы.  Именно  он  оказывает  ре¬
шающее  влияние  на  характер  распространения  радиоволн.
 Название  «ионосфера»  происходит*  от  слова  «ион».  Ион  —  это
электрически  заряженный  атом,  то  есть  атом,  приобретший  или,
наоборот,  утративший  некоторое  количество  электронов.  Газы,
образующие  атмосферу  (в  основном,  азот  и  кислород),  ионизи¬
руются  под  действием  ультрафиолетовых  и  рентгеновских  лучей
Солнца.
 Радиоволна,  встречая  в  ионосфере  высвободившиеся  из  атомов
электроны,  заставляет  их  колебаться.  Частота  колебаний,  как
обычно,  соответствует  длине  волны.  Но  любой  движущийся  элект¬
рический  заряд  согласно  закону  электромагнитной  индукции  из¬
лучает  волны.  В  результате  интерференции  «вторичных»  волн
с  «первичными»  те  преломляются  или  даже  отражаются.
 Ионосферу  часто  сравнивают  с  огромным  сферическим  зерка¬
лом,  незримо  окружающим  Землю.  Оно  отбрасывает  радиоволны,
как  обычное  зеркало  лучи  света.
 Плотность  ионосферы  все  время  колеблется  (еще  один  пример
 107

колебаний!).  Изменения  ее  состояния  бывают  периодическими
и  случайными.  Периодические  колебания  плотности  связаны
с  одиннадцати  летним  циклом  деятельности  Солнца  и  оо  сменой
времен  года.  Случайные  колебания  (вызываются  мощными  вспыш¬
ками  ультрафиолетового  излучения  с  поверхности  Солнца,  маг¬
нитными  бурями,  вторжением  метеоров  и  т.  д.  Все  это  (сказывает¬
ся  на  прохождении  радиоволн,  на  устойчивости  радиосвязи.
 Мириаметровые  и  (километровые  волны  отличаются  способ¬
ностью  огибать  Землю  благодаря  дифракции.  Кроме  того,  они
хорошо  отражаются  ионосферой  и  почвой,  образующими  своего
рода  волновод.
 Часть  электромагнитной  энергии  передается  «поверхностной»
волной,  другая  часть  —  «пространственной»,  зигзагообразно  дви¬
жущейся  по  волноводу  («ионосфера  —  почва».  Роль  пространствен¬
ной  волны  возрастает  с  расстоянием.  Так,  на  расстоянии  до  300
километров  от  источника  излучения  наблюдается  лишь  поверхно¬
стная  волна,  от  300  до  3000  километров  проходят  как  поверхно¬
стная,  так  и  пространственная  волны,  а  при  большем  удалении
преобладает  пространственная  волна.
 Электромагнитное  поле  на  мириаметровых  и  километровых
волнах  отличается  устойчивостью,  неудивительно,  что  их  исполь¬
зуют  там,  где  необходима  высокая  надежность  радиосвязи,  напри¬
мер,  на  морском  флоте.
 Гектометровые  волны  также  распространяются  двумя  путями,
однатго  днем  пространственная  волна  поглощается  ионосферой,
и  связь  возможна  лишь  за  счет  поверхностной  волны  (на  расстоя¬
нии  до  500—4500  километров.  Маловато,  но  что  поделаешь:  гек¬
тометровые  волны  гораздо  сильнее,  чем  мириаметровые  и  кило¬
метровые,  поглощаются  почвой  и  хуже  огибают  кривизну  Земли.
 Ночью  затухание  гектометровых  волн  в  ионосфере  во  много
раз  уменьшается,  а  отражение  —  увеличивается.  Преобладающее
значение  приобретает  пространственная  волна.  Радиус  действия
радиосвязи  возрастает  до  нескольких  тысяч  километров,  (становит¬
ся  «возможным  прием  большого  числа  отдаленных  радиовещатель¬
ных  станций,  не  слышимых  днем.
 На  гектометровых  волнах  сила  приема  может  хаотически
колебаться  из-за  интерференции  пространственной  и  поверхност¬
ной  волн.  Поскольку  концентрация  электронов  в  ионосфере
и  высота  отражающего  слоя  беспорядочно  колеблются,  то  непре¬
рывно  изменяется  траектория  пространственной  волны.  Значит,
меняется  и  сдвиг  фаз  между  пространственной  и  поверхностной
волнами.  Если  они  синфазны,  слышимость  возрастает,  если  проти-
вофазны  —  понижается.  Замирания  сигнала  называют  «фединга¬
ми».  Чем  «волна  короче,  тем  сильнее  изменяется  фазовый  сдвиг
 108

яри  одинаковом  изменении  траектории  и  тем  резче  выражены
замирания.
 Декаметровые  волны,  часто  называемые  короткими,  распрост¬
раняются  вдоль  Земли  очень  плохо:  сильно  поглощаются  ее
поверхностью  и  с  трудом  преодолевают  кривизну  земного  шара.
Поэтому  главную  роль  в  распространении  электромагнитной
энергии  играет  здесь  пространственная  волна.  Если,  настроив  при¬
емник  на  какую-либо  близкую  коротковолновую  станцию,  сесть
с  ним  в  поезд  и  поехать,  то  слышимость  начнет  быстро  умень¬
шаться,  и  вскоре  прием  совершенно  прекратится.  Несколько  сот
или  даже  тысяч  километров  мы  будем  двигаться  по  «зоне  мол¬
чания»,  а  затем  снова  станет  слышна  передача.  Это  поезд  встре¬
тился  с  пространственной  волной,  отразившейся  от  ионосферы.
 Величина  зоны  молчания  зависит  от  длины  волны  и  состояния
ионосферы.  Чтобы  поддерживать  бесперебойную  коротковолновую
радиосвязь,  надо  умело  выбирать  наиболее  подходящую  длину
волны.  Радисты  хорошо  знают:  короткие  волны  различной  длины
хотя  и  похожи  друг  на  друга,  но  все  же  ведут  себя  неодинаково.
Одни  лучше  распространяются  днем,  другие  —  ночью.  У  одних
зона  молчания  шире,  у  других  уже.  Изучив  свойства  волн,  можно
определить,  куда  попадут  они  после  отражения  от  ионосферы.
 Декаметровые  волны  атмосфера  поглощает  меньше,  чем  более
длинные.  Отсюда  —  «дальнобойность»  маломощных  коротковол¬
новых  передатчиков.  Впрочем,  в  этом  разобрались  не  сразу.  Пер¬
вое  время  для  радиовещания  и  связи  применяли  только  километ¬
ровые  и  гектометровые  волны.  Короткие  считались  «бросовыми»,
непригодными  для  практического  применения.  Вводила  в  заблуж¬
дение  «зона  молчания».
 Декаметровые  волны,  как  волны  третьего  сорта,  передали
в  пользование  радиолюбителям.  Но  вскоре  оказалось,  что  с  по¬
мощью  маленьких  коротковолновых  передатчиков,  потреблявших
электроэнергии  не  больше,  чем  двадцатисвечовая  лампочка,  можно
вести  связь  на  огромных  расстояниях  —  между  противоположны¬
ми  точками  Земли.
 Летом  1923  года  нижегородец  Ф.  А.  Лбов  получил  разрешение
на  устройство  любительской  радиотелеграфной  станции  с  пере¬
датчиком  «мощностью  до  72  лошадиной  силы  и  длиною  волны  не
свыше  200  метров»1.  |Много  труда  потратил  Лбов  на  строительство
своей  радиостанции  —  ведь  радиомагазинов  тогда  не  было,  почти
все  приходилось  делать  своими  руками.  Но  вот  в  эфир  выходит
первая  в  СССР  коротковолновая  любительская  станция:  «Здесь
Нижний  Новгород.  Любительская  станция  Р1ФЛ.  Кто  меня  слы-
шит,  сообщите  по  адресу...»
 1  Лошадиная  сила  составляет  735,499  ватта.
 109

Вскоре  Лбов  получил  телеграмму  из  Шергата  (близ  Мосула)1.
Сигналы  русского  коротковолнового  передатчика  были  услышаны
на  расстоянии  3000  километров!
 Так  радиолюбители  оказались  впереди  ученых  в  изучении
коротких  радиоволн.  Сейчас  эти  волны  применяются  для  радио¬
вещания,  авиационной  и  морской  связи  и  т.  д.  На  волнах  160,  80,
40,  20,  14  и  10  метров  можно  по-прежнему  услышать  позывные
радиолюбительских  передатчиков.
 Интерес  к  декаметровым  волнам  объяснялся  не  только  воз¬
можным  энергетическим  выигрышем,  но  и  теснотой  в  эфире,  кото¬
рая  усиливалась  с  увеличением  числа  радиостанций.
 Каждая  радиопередающая  станция  занимает  в  эфире  некото¬
рую  «полоску»:  помимо  основной  волны,  длину  которой  указы¬
вают  в  программах  и  часто  называют  в  начале  передач,  излучает¬
ся  ряд  дополнительных  «боковых»  волн,  возникающих  благодаря
наложению  речи  или  музыки  (об  этом  процессе  будет  подробно
рассказано  в  следующем  разделе).  Следовательно,  основные  волны
различных  радиостанций  не  могут  быть  слишком  близки  друг
к  другу  —  из^за  взаимодействия  боковых  волн  появятся  помехи.
 И  вот  оказывается,  что  на  разных  диапазонах  радиовюлн  удает¬
ся  разместить  неодинаковое  число  радиостанций.  Можно  подумать,
что  диапазон  километровых  волн  намного  вместительней,  чем,
скажем,  гектометровых.  На  деле  же  получается  совсем  наоборот.
 Диапазон  от  10  000  до  1000  метров  вмещает  всего  30  радио¬
вещательных  станций.  В  диапазоне  от  1000  до  100  метров  поме¬
стится  уже  300  радиостанций.  Еще  «просторнее»  диапазон  от  100
до  10  метров:  он  способен  вместить  3000  станций!
 Почему  же  так  получается?
 Вспомните,  какова  взаимосвязь  между  длиной  волны  и  часто¬
той  колебаний.  Чтобы  узнать  частоту,  нужно  скорость  распрост¬
ранения  радиоволны  (300  000  километров  в  секунду)  поделить  на
ее  длину.  Так,  длина  волны  10  километров  соответствует  частоте
30  килогерц.  А  волна  длиной  в  1  километр  возникает  при  частоте
300  килогерц.
 Значит,  диапазон  километровых  волн  охватывает  полосу  ча¬
стот  300—30  =  270  килогерц.  Каждой  радиовещательной  станции
на  декаметровых  и  более  длинных  волнах  отводится  полоса  частот,
равная  приблизительно  9  килогерцам.  Таким  образом,  во  всем  диа¬
пазоне  километровых  волн  поместится  270:9  =  30  радиовещатель¬
ных  станций.  Так  же  подсчитывается  и  число  станций  в  любом
другом  диапазоне.
 1  В  420  километрах  северо-западнее  Багдада,  на  правом  берегу  реки
Тигр.
 110

Чем  короче  вюлна,  тем  более  емок  эфир.  Что  же  мешало  с  са¬
мого  начала,  с  первых  шагов  беспроволочной  связи  использовать,
скажем,  метровые  пли  дециметровые  волны?
 Дело  в  том,  что  из-за  несоизмеримости  длины  волны  и  разме¬
ров  препятствия,  каким  оказывается  кривизна  земного  шара,
дифракция  на  метровых  и  более  коротких  волнах  вьгражена  очень
слабо.  Вот  почему  они  распространяются  прямолинейно,  словно
лучи  света.  Дальность  распространения  поверхностной  волны
ограничивается  прямой  видимостью  (при  высотах  приемной  и  пе¬
редающей  антенн,  равных  100  метрам,  примерно  70  километров).
 К  тому  же  поверхностная  волна  интенсивно  поглощается
почвой  и  быстро  затухает,  пространственная  же  обычно  не  отра¬
жается  ионосферой,  а  проходит  ее  насквозь,  как  луч  света  через
оконное  стекло.  Ионосферное  «зеркало»  прозрачно  для  волн  коро¬
че  10  метров  (будем  называть  их  ультракороткими).  Лишь  В1  годы
высокой  солнечной  активности  возможно  отражение  от  ионосферы
и  волн  длиной  6—10  метров,  но  при  условии,  что  диаграмма  на¬
правленности  антенны  в  вертикальной  плоскости  достаточно
полога.  Зона  молчания  достигает  в  этом  случае  3500  километров.
 Но  вместе  с  тем  ультракороткие  волны  обладают  и  несомнен¬
ными  достоинствами.  Чем  короче  волна,  тем  меньше  размеры
антенны.  Да  и  направленность  легче  получить  более  острую  —
посылать  волны  узким  пучком,  а  это  очень  важно  для  радиолока¬
ции,  радиоуправления  космическими  кораблями  и  т.  д.  На  ультра¬
коротких  волнах  мало  помех,  и  качество  радиопередач  здесь  выше.
 Так  неужели  нельзя  каким-либо  способом  увеличить  «дально¬
бойность»  ультракоротковолновых  станций?  Можно,  и  даже  не
одним.  Не  товоря  уже  о  земных  и  космических  радиорелейных
линиях,  надежную  радиосвязь  поддерживают,  используя  некото¬
рые  «вторичные»  эффекты,  связанные  с  распространением  ультра¬
коротких  волн  в  атмосфере.
 Из  мирового  пространства  в  ионосферу  вторгается  множество
частиц  метеорной  пыли;  обычно  они  сгорают,  не  достигнув  зем¬
ли.  Эти  микроскопические  метеоры  оставляют  за  собой  следы
в  виде  ионизированного  газа.  Так  в  ионосфере  возникают  неодно¬
родности1.  Они  рассеивают  энергию  радиоволн,  подобно  тому  как
мельчайшие  водяные  капельки  облаков  или  тумана  вызывают
рассеяние  световых  лучей.
 Направленная  антенна  посылает  узкий  пучок  радиоволн  под
очень  небольшим  углом  к  горизонту.  Достигнув  ионосферы,  волна
 1  Неоднородности  в  атмосфере  образуются  также  вихревыми  движе¬
ниями  газа,  приводящими  к  местным  изменениям  плотности  свободных
электронов  и  т.  п.
 111

проходит  сквозь  нее,  но  часть  энергии  рассеивается  неоднородно¬
стями.  Антенна  радиоприемника  направлена  в  то  самое  место,  где
пучок  радиоволн  пересекает  ионосферу.  Поскольку  энергия  рас¬
сеивается  во  все  стороны,  то  некоторая  ее  часть  улавливается
приемной  антенной.
 Наиболее  пригодны  волны  длиной  от  5  до  10—11  метров.
Возможна  круглосуточная  -связь  на  расстояниях  1000—2000  кило¬
метров,  отличающаяся  исключительно  высокой  надежностью.
Известно,  что  в  арктических  районах  (северные  сияния,  'сопровож¬
даемые  нерегулярными  возмущениями  ионосферы,  нарушают
радиосвязь  на  декаметровых  оволнах.  Сигналы  же  рассеянного  рас¬
пространения  в  эти  периоды  'становятся  более  интенсивными.
 Существует  и  другая  разновидность  рассеянного  распростра¬
нения  радиоволн.  Из-за  неодинакового  нагрева  и  охлаждения
земной  поверхности  в  тропосфере  возникают  беспорядочные  вих¬
ревые  процессы,  ведущие  к  неоднородностям  среды.  Используя
это  явление,  можно  поддерживать  «тропосферную»  связь  по  прин¬
ципу  «ионосферной».  Но  поскольку  тропосфера  значительно  ниже
ионосферы,  радиус  действия  не  столь  велик  (от  300  до  500  кило¬
метров).  Для  связи  с  использованием  тропосферного  рассеивания
подходят  дециметровые  и  сантиметровые  волны.
 Ну,  а  миллиметровые  и  децимиллиметровые?  Им,  как  и  све¬
товым,  принадлежит  будущее,  не  только  в  земной,  но  и  в  косми¬
ческой  связи.
 Но  об  этом  —  дальше.

ВОЛНА  И  МЫСЛЬ
 ОДНОЙ-ЕДИНСТВЕННОЙ  МЫСЛЬЮ  МОЖНО  ЗА¬
ПОЛНИТЬ  НЕОБЪЯТНЫЕ  ПРОСТОРЫ  ВСЕЛЕННОЙ.
 Уильям  Блейк
 Как  о  чем-то  чудесном,  невероятном  и  вое  же  не  раз  наблю¬
давшемся,  говорят  о  передаче  мыслей  на  расстояние.  Имеют
в  виду  телепатию,  таинственные,  не  нашедшие  пока  объяснения
процессы  в  человеческой  психике.  Но,  по  образному  выражению
Лессинга  (1729—1781),  «высшее  чудо  состоит  в  том,  что  подлин¬
но  чудесные  явления  могут  и  должны  нам  каждый  день  встре¬
чаться».
 Таким  повседневным  чудом  стала  передача  на  расстояние
информации,  продукта  нашего  мышления.  Носителями  ее  служат
электромагнитные  волны.
 Сами  по  себе  незатухающие  гармонические  колебания  и  воз¬
буждаемые  ими  волны  —  еще  не  сигналы.  Это  чистый  лист,  на
котором  ничего  не  записано.
 Простейший  способ  передавать  информацию  —  телеграфная
азбука.  Телеграфные  радиосигналы  представляют  особой  короткие
и  длинные  серии  электромагнитных  волн  («точки»  и  «тире»).
С  этой  целью  периодически  включают  и  выключают  генератор.
Радист  на  приемной  станции  слышит  работу  передатчика  не  все
время,  а  только  в  те  моменты,  когда  включен  ток.  Комбинируя
в  уме  услышанные  сигналы,  радист  записывает  радиограмму  на
бумаге.  Телеграфные  сигналы  могут  быть  приняты  и  автоматиче¬
ским  буквопечатающим  аппаратом  —  телетайпом.
 Прерывистые  электромагнитные  колебания  при  телеграфной
передаче  —  это  по  существу  последовательность  радиоимпульсов,
а  она,  как  нам  известно,  раскладывается  в  ряд  Фурье  образует
спектр,  содержащий  несколько  составляющих  с  различными  ча¬
стотами.  Все  вместе  они  занимают  в  эфире  полоску,  которая  тем
шире,  чем  быстрее  ведется  передача.  При  ручной  работе  со  ско¬
ростью  двадцать  слов  в  минуту  ширина  этой  полоски  равна  пяти
герцам.  При  автоматической  телеграфной  передаче  со  скоростью
400  слов  ©  минуту  ширина  спектра  составляет  200  герц.
 113

Сложнее  обстоит  дело  при  радиотелефонной  передаче.  Ведь
здесь  передаются  живая  человеческая  речь  и  музыка,  а  не  точки
и  тире  телеграфной  азбуки!
 Очевидно,  чтобы  передать  речь,  музыку  или  иные  звуки  по
радио,  их  нужно  прежде  всего  превратить  в  соответствующие
электрические  колебания  звуковых  частот.  Впрочем,  это  умели
делать  еще  задолго  до  изобретения  радио  и  применяли  в  обычной
проводной  телефонии.
 Изобрел  телефон  Александер  Грейам  Белл  (1847—1922)*
в  1876  году1.  Вот  как  устроен  микрофон  телефонного  аппарата  —
электромеханический  преобразователь,  превращающий  звуковые
волны  в  электрические  колебания.  Он  состоит  из  корпуса,  похо¬
жего  на  крошечную  металлическую  чашку,  графитовой  пластинки-
мембраны,  прикрывающей  эту  чашку  сверху,  изолированного  кон¬
такта,  который  вделан  в  корпус,  и  угольного  порошка,  заполняю¬
щего  пространство  между  мембраной  и  контактом.
 Если  между  изолированным  контактом  и  корпусом  микрофона
включить  электрическую  батарею,  то  через  угольный  порошок
потечет  ток,  сила  которого  будет  зависеть  от  того,  насколько  по¬
рошок  сдавлен.  Рыхлая  угольная  масса,  состоящая  из  множества
крупинок,  оказывает  электрическому  току  большое  сопротивле¬
ние.  Если  же  надавить  на  мембрану,  то  порошок  станет  более
плотным,  его  крупинки  теснее  сомкнутся  друг  с  другом,  и  их
сопротивление  цепи  будет  меньше.  Надавливая  на  мембрану,  можно*
изменять  сопротивление  угольного  порошка,  а  значит,  и  силу  тока,
протекающего  через  микрофон.
 То  же  самое  .происходит,  коща  на  микрофон  давят  звуковые
волны.  Встречая  мембрану,  они  раскачивают  ее,  заставляют  коле¬
баться.  При  этом  и  сила  тока  в  цепи  микрофона  также  начинает
пульсировать  в  полном  соответствии  со  звуковыми  колебаниями.
 Так  звук  превращается  в  колебания  электрического  тока.  Как
бы  ни  был  сложен  звук,  какие  бы  тончайшие  оттенки  он  ни
принимал,  всегда  можно  получить  электрические  колебания,  в  точ¬
ности  ему  соответствующие.
 Мы  познакомились  с  устройством  простейшего  угольного  мик¬
рофона,  который  благодаря  своей  высокой  чувствительности  до
сих  пор  применяется  в  телефонных  аппаратах.  Но  для  художе¬
ственной  передачи  звука  он  не  годится  —  велик  уровень  шума,
слишком  заметны  искажения.  Высококачественные  микрофоны
 1  Честь  называться  изобретателем  телефона  оспаривали  у  него  по
суду  тринадцать  человек,  среди  них  Эдисон  и  Мак-Доноугом,  за  которыми
суд  признал  приоритет  по  трем  пунктам  из  одиннадцати,  относящихся  к
существу  изобретения.  По  восьми  пунктам  первенство  присудили  Беллу.
 114

основываются  на  иных  принципах.  Отличным  микрофоном  может
послужить,  например,  пьезоэлектрическая  пластинка.
 «Озвученное  электричество  летко  передать  по  проводам,  как
передают  обычный  электрический  ток.  А  там  его  можно  снова
превратить  в  звук.  Делается  это  опять-таки  с  помощью  электро¬
механических  преобразователей  —  воем  известных  телефонных
наушников  и  громкоговорителей.
 Таковы  обычная  телефонная  связь  и  проводное  радиовещание.
А  в  радиотелефонии  приходится  прибегать  к  более  сложным  пре¬
образованиям.  Электрические  колебания  звуковых  частот  трудно
излучать  в  виде  радиоволн:  потребовались  бы  антенны  колос¬
сальных  размеров.  Да  и  бессмысленная  это  была  бы  затея.  Только
представьте:  в  эфире  невообразимый  гвалт,  все  радиостанции  топ¬
чутся  на  узкой  частотной  полоске,  а  гигантская  ширь  радиочастот
остается  неосвоенной  и  неиспользуемой.
 Приходится  поступать  иначе:  передавать  звук  в  виде  модули¬
рованных  колебаний,  происходящих,  допустим,  с  высокой,  сверх¬
высокой  или  даже  крайне  высокой  частотой  (кстати,  когда
диапазон  радиоволн  не  играет  роли,  мы  будем  называть  колебания
любой  радиочастоты  высокочастотными,  а  колебания  звуковых
частот,  не  предназначенные  для  непосредственного  излучения
в  эфир,—  низкочастотными).  Модулированные  колебания  —  пере¬
носчики  звука  —  напоминают  заснятую,  но  еще  не  проявленную
фотопленку.  На  ней  не  увидишь  никакого  изображения,  но  это
не  значит,  что  его  нет:  оно  существует  в  скрытом  виде.
 Давайте  подумаем,  как  превратить  гармоническое  колебание,
вырабатываемое  генератором,  в  своеобразную  загадочную  картин¬
ку,  узор  которой  скрывает  в  себе  не  видимый  с  первого  взгляда
рисунок.
 В  «паспорте»  колебания  всего  три  записи:  амплитуда,  частота
и  фаза.  Измените  любую  из  них,  и  получится  совершенно  новое
колебание.  А  что  если  это  изменение  производить  по  закону  зву¬
ковых  колебаний,  которые  нужно  передать?
 Управление  одним  из  параметров  высокочастотного  колеба¬
ния  —  амплитудой,  частотой  или  фазой  —  по  закону  низкочастот¬
ных  колебаний  и  называется  модуляцией.  Ясно,  что  телеграфная
манипуляция,  заключающаяся  в  поочередном  изменении  ампли¬
туды  высокочастотных  колебаний  от  нуля  до  максимума  и  наобо¬
рот,  представляет  собой  частный  случай  амплитудной  модуляции.
 Амплитудная  модуляция  используется  на  декаметровых
и  более  длинных  волнах.  В  радиотелефонном  передатчике  с  такого
рода  модуляцией  к  постоянному  напряжению  питания  генератора
добавляется  переменное  напряжение  с  выхода  низкочастотного
усилителя  —  модулятора,  ко  входу  которого  подключен  микро¬
 115

фон.  Пока  диктор  молчит,  напряжение  на  выходе  модулятора
отсутствует,  питающее  напряжение  остается  неизменным.  Зна¬
чит,  не  изменяется  и  амплитуда  генерируемых  высокочастотных
колебаний,  зависящая  от  этого  напряжения.  Но  стоит  диктору
произнести  слово,  и  амплитуда  колебаний  в  контуре  генератора
начнет  увеличиваться  и  уменьшаться  в  соответствии  с  характером
звука.  То  же  самое  происходит  в  антенне  передатчика.
 Кривая,  огибающая  на  графике  пики  высокочастотных  колеба¬
ний,  создаваемых  радиопередатчиком,  совпадает  с  кривой  низко¬
частотных  электрических  колебаний  на  выходе  модулятора
и,  в  конечном  счете,  с  кривой  звуковых  колебаний,  улавливаемых
микрофоном.
 Итак,  при  радиотелефонной  передаче  звук  последовательно
превращается  сначала  в  электрические  колебания  звуковой  часто¬
ты,  как  и  при  обычной  проводной  телефонии,  а  затем  в  моду¬
лированные  колебания  высокой  частоты.  Эти  колебания  и  посту¬
пают  в  антенну  передатчика.  А  от  нее  бегут  незримые  и  неслыш¬
ные  радиоволны.  Они  несут  в  себе  и  отрывистое  звучание
человеческой  речи,  и  мелодичные  переливы  музыки.
 Как  уже  упоминалось,  звуковая  «нагрузка»  усложняет  харак¬
тер  высокочастотного  колебания  и  расширяет  его  спектр.  Пусть
амплитудная  модуляция  осуществляется  одной-е1динственной
звуковой  частотой  (то  есть  строго  синусоидально  не  только  высо¬
кочастотное  колебание,  но  и  низкочастотное).  Тогда  спектр  моду¬
лированного  колебания  будет  состоять  из  трех  составляющих:
одной  в  центре  и  двух  симметрично  по  бокам.  Центральная  состав¬
ляющая  относится  к  основному  высокочастотному  колебанию.
Это  так  называемая  несущая  частота.  Боковые  составляющие
отличаются  от  несущей  на  величину  звуковой  частоты.  Если  несу¬
щая  равна,  скажем,  ста  килогерцам,  а  модулирующая  звуковая
частота  —  одному  килогерцу,  то  нижняя  боковая  частота  составит
девяносто  девять,  а  верхняя  —  сто  один  килогерц.  Разность  верх¬
ней  и  нижней  боковых  частот  определяет  ширину  полосы,  зани¬
маемой  радиопередающей  станцией  в  эфире.  В  нашем  примере
полоса  частот  шириной  два  килогерца.
 Спектр  человеческой  речи  и  музыки  содержит  множество  зву¬
ковых  частот.  Соответственно  усложняется  и  спектр  амплитудно-
модулированных  колебаний.  Теперь  в  нем  вместо  боковых  частот
две  полосы;  спектр  каждой  из  них  оказывается  как  бы  оттиском
спектра  передаваемых  звуковых  колебаний.  Обе  боковые  полосы
вместе  с  несущей  занимают  в  эфире  участок,  ширина  которого
приблизительно  вдвое  превышает  ширину  спектра  передаваемой
речи  либо  музыки.  В  целях  экономии  частотной  «жилплощади»
передают  не  весь  спектр,  а  лишь  наиболее  важную  для  правиль-
 116

ыого  слухового  восприятия  часть  его  (в  радиовещании  -с  ампли¬
тудной  модуляцией  примерно  от  30  до  4500  герц).  Оказывается*
те  девять  килогерц,  которые  отводятся  радиовещательной  станции
на  декаметровых  и  более  длинных  волнах,  это  не  что  иное,  как
удвоенная  ширина  спектра  звуковых  колебаний.
 По  сравнению  с  другими  видами  модуляции  амплитудная
наиболее  проста  в  аппаратурном  отношении  и  довольно  эконо¬
мична  с  точки  зрения  полосы  частот,  занимаемой  ©  эфире.  Суще¬
ствует  «улучшенная»  разновидность  амплитудной  модуляции,
применяемая  во  многих  системах  служебной  радиосвязи,  где  за
счет  усложнения  аппаратуры  несущая  частота  и  одна  из  боковых
полос  «вырезаются».  В  результате  спектр  сигнала  сужается  вдвое.
Такую  модуляцию  называют  однополосной.  Хотя  ее  применение
для  радиовещания  позволило  бы  в  два  раза  «уплотнить»  эфир,
от  этого  пока  пришлось  отказаться:  потребовалось  бы  переделы¬
вать  и  значительно  усложнять  сотни  миллионов  радиоприемни¬
ков.  А  усложнение  связано  с  удорожанием,  что  и  вовсе  нежела¬
тельно.
 Амплитудная  модуляция  «грешит»  не  слишком  высокой  по¬
мехозащищенностью:  ведь  информация  заложена  в  изменении
амплитуды  сигнала,  а  оно  может  быть  вынужденным.  Фединги,
разряды  атмосферного  электричества  и  промышленные  помехи
вызывают  паразитное,  порой  очень  резкое  изменение  амплитуды
колебаний  на  входе  приемника.  В  результате  возникают  неприят¬
ные  искажения  сигнала,  особенно  во  время  приема  слабых  и  от¬
даленных  радиостанций.
 Источниками  промышленных  помех  могут  быть  электросвароч¬
ные  аппараты,  индукционные  высокочастотные  печи,  физиотера¬
певтические  аппараты  для  диатермии,  различные  электродвига¬
тели  и  динамо-машины,  троллейбусы  и  трамваи,  двигатели
внутреннего  сгорания,  линии  электропередач  и  т.  д.  Список  внуши¬
тельный,  но  отнюдь  не  полный.
 Приемник  амплитудномодулированных  сигналов  не  в  состоя¬
нии  дать  должный  отпор  вторжению  помех.  Куда  более  выигрыш¬
на  в  этом  отношении  частотная  модуляция.  Да  и  не  только  в  этом:*
с  энергетической  точки  зрения  выгодно  поддерживать  постоянство
амплитуды  колебаний.  Ведь  если  амплитуда  изменяется,  то  ме¬
няется  и  мощность  сигнала.  В  среднем  при  амплитудной  модуля¬
ции  мощность  оказывается  от  двух  до  четырех  раз  ниже,  чем  при
частотной,  когда  амплитуда  колебаний  постоянна.
 Носителем  информации  в  последнем  случае  будет  уже  не
амплитуда,  а  частота,  которая  меняется  по  закону  передаваемого
звукового  сигнала.  Степень  этого  изменения  тем  больше,  чем
громче  звук.  А  число  изменений  в  секунду  (можно  было  бы  ска¬
 117

зать  «частота  изменения  частоты»  —  звучит  странно,  однако  точ-
-но  выражает  суть  дела)  равно  высоте  звука.
 Колебания  амплитуды  сигнала  на  входе  приемника  теперь
уже  не  страшны:  амплитуду  можно  выровнять  с  помощью  ограни¬
чителя.  На  частоту  же  помехи  практически  повлиять  не  в  состоя¬
нии,  они  могут  лишь  начисто  заглушить  сигнал,  но  это,  как
говорится,  «крайний  случай».
 Почему  же  перед  частотной  модуляцией,  с  ее  несомненными
достоинствами,  не  открыли  «зеленую  улицу»  в  диапазоны  дека-
метровых  и  более  длинных  волн,  где  вредное  влияние  помех  осо¬
бенно  велико?  Причина  в  том,  что  цена  этих  достоинств  —  значи¬
тельное  расширение  спектра  частот  сигнала,  то  есть  необходимость
выделять  для  радиопередающей  станции  больший  участок  в  эфире.
Ну,  а  при  нынешней  переуплотненности  радиовещательных  диа¬
пазонов  длинных,  средних  и  коротких  волн  об  этом  не  может  быть
и  речи.  Зато  ультракоротковолновое  радиовещание  ведется  с  при¬
менением  частотной  модуляции,  и  вы  легко  можете  убедиться,
насколько  здесь  естественней  и  чище  звучание.
 Звуковое  сопровождение  телевизионных  передач  также  про¬
исходит  на  метровых  волнах  и  с  частотной  модуляцией.  Кстати,
сигналы  изображения  еще  в  конце  тридцатых  годов  были  изгнаны
из  диапазона  гектометровых  волн:  ширина  спектра  частот  при
высококачественном  телевидении  составляет  миллионы  герц.  Низ¬
кокачественное  «мозаичное»  телевидение,  передачи  которого  не¬
когда  велись  на  длинных  и  средних  волнах  обычными  радиовеща¬
тельными  передатчиками,  оо  временем  перестали  удовлетворять
зрителей.  Качественный  скачок  в  телевидении  потребовал  полней¬
шего  перевооружения  и  перехода  на  ультракороткие  волны.
 Мы  еще  не  коснулись  фазовой  модуляции.  Но  в  этом  нет  не¬
обходимости,  ибо  она  по  своему  принципу  почти  не  отличается
от  частотной.  Ведь  частота  есть  «скорость»  изменения  фазы.  Ясно,
что  при  частотной  модуляции,  как  следствие,  модулируется  фаза,
а  при  фазовой  —  частота.  Правда  «сопутствующая»  модуляция
воспроизводит  закон  звуковых  колебаний  в  «деформированном»
виде.  Оттого  сигнал,  модулированный  по  фазе,  воспроизводится
приемником  частотно-модулированных  колебаний  с  большими
искажениями.  Так,  русский  в  общем-то  разберет  смысл  написан¬
ного  по-болгарски,  однако  для  полного  понимания  необходим  пере¬
водчик.  Фазовая  модуляция,  не  нашедшая  самостоятельного  при¬
менения,  с  помощью  несложного  устройства  может  быть  «переве¬
дена»  в  частотную,  что  нередко  и  делается.
 Мы  выяснили,  что  радиовещательные  диапазоны  длинных,
средних,  коротких  и  ультракоротких  волн  поделены  между  ампли¬
тудной  и  частотной  модуляциями.  Но  помимо  радиовещания  СУ-
 418

ществует  еще  и  служебная  связь.  Она  требует  высокой  надежности  ш
потому  предъявляет  особенно  жесткие  требования  к  помехоустой¬
чивости.  Даже  частотная  модуляция  не  всегда  им  удовлетворяет.
Тогда  прибегают  к  более  сложным,  импульсным  видам  модуляции,
которые  позволяют  к  тому  же  «уплотнить»  эфир,  повысить  инфор¬
мационную  емкость  радиолинии.  Как  это  делается,  мы  вскоре  уз¬
наем.  А  пока  посмотрим,  какую  роль  в  радиотехнике  играет...
детектив.

КЛЮЧ  К  ВОЛНЕ
 КОГДА  КЛЮЧ  НАЙДЕН,  ДВЕРЕЙ  НЕ  ВЗЛАМЫВАЮТ.
 Публий  Сир1
 ...И  вот  радиоволна,  преодолев  гигантское  расстояние,  встрети¬
лась  с  приемной  антенной.  Что  при  этом  происходит,  мы  знаем:
благодаря  электромагнитной  индукции  в  антенне  возникают
электрические  колебания.  А  дальше?  Ведь  нас  интересует  не  сама
волна  и  не  высокочастотные  токи,  возбуждаемые  ею,  а  тот  звуко¬
вой  сигнал,  который  в  них  скрывается.
 Капитан  Врунгель,  достойный  преемник  барона  Мюнхгаузена,
«слушал»  радиопередачи,  воткнув  антенну  в  дупло  больного  зуба.
Способ  оригинальный,  но  вряд  ли  кто-нибудь  рискнет  проверить
его  действенность.  Куда  проще  присоединить  антенну,  скажем,
к  телефонному  наушнику  или  громкоговорителю.  Только  все  рав¬
но  ничего  в  них  не  будет  слышно.
 Мембрана  громкоговорителя  (и  наушника  тоже)  слишком
инерционна,  чтобы  угнаться  за  изменениями  высокочастотного
тока.  А  если  бы  она  и  обнаружила  подобную  прыть,  то  все  равно
осталась  бы  безмолвной:  ультразвуковые  колебания  недоступны
нашему  слуху.
 Речь  диктора  и  звучание  симфонического  оркестра,  монолог
Гамлета  и  тысячеустое:  «Шай-бу,  шай-бу!»  —весь  этот  калейдо¬
скоп  звуков  заперт  в  модулированном  колебании,  как  красная  де¬
вица  в  своем  тереме.
 Чтобы  услышать  радиопередачу,  надо  отпереть  «терем».  А  для
этого  нужно  подобрать  «ключ».  Так,  амплитудномодулированные
колебания  высокой  частоты  необходимо  выпрямить  —  превратить
в  короткие,  следующие  друг  за  другом  импульсы  постоянного
тока.
 Кривая  модулированных  колебаний  симметрична.  Ее  можно
сравнить  с  карточным  валетом  или  королем,  у  которых  две  головы
и  два  туловища.  При  выпрямлении  одна  половина  кривой,  напри¬
мер  нижняя,  срезается.  Теперь  это  ряд  одинаково  направленных
 1  Римский  поэт  I  в.  до  н.  э.
 120

пиков  —  импульсов  постоянного  тока,  уровень  которых  меняется
в  соответствии  со  звуковыми  колебаниями.
 И  опять  вспомним  о  разложении  в  ряд  Фурье.  Раньше  нас  ин¬
тересовали  гармоники  —  первая,  вторая  и  т.  п.  А  теперь  мы  вос¬
пользуемся  постоянной  составляющей.  До  выпрямления  колебание
было  симметричным  и  не  заключало  в  себе  постоянной  составляю¬
щей  («плюс»  компенсировался  «минусом»).  Последовательность
же  «однополярных»  импульсов  содержит  постоянный  ток,  сила
которого  изменяется  пропорционально  высоте  импульсов,  то  есть
по  закону  звукового  сигнала.
 Если  пропустить  этот  изменяющийся  по  величине  ток  через
катушку  наушника  или  громкоговорителя,  то  создаваемое  ею
магнитное  поле  будет  меняться  в  такт  звуку.  Под  воздействием
магнитных  сил  мембрана  начнет  колебаться,  и  мы  услышим  долго¬
жданную  передачу.
 Выявление  колебаний  звуковой  частоты,  происходящее  в  ра¬
диоприемнике,  называется  детектированием  (этот  термин  по-
русски  означает  обнаружение;  он  и  по  происхождению,  и  по  смыс¬
лу—  ближайший  родственник  слова  «детектив»).  Прибор,  иг¬
рающий  роль  обнаружителя  звуковых  сигналов,  известен  под
названием  детектора.
 В  разделе  «Прирученная  нелинейность»  мы  рассказали  об  уси¬
лительной  трехэлектродной  лампе  —  триоде.  Но  этим  была  в  ка¬
кой-то  мере  нарушена  последовательность:  триод  появился  двумя
годами  позже,  чем  более  простая  по  устройству  двухэлектродная
лампа  —  диод.  «Нарушение»  было  умышленным:  наша  книга  —
«биография»  колебаний  и  волн,  они  и  определяют  сюжетную  нить
повествования.  Что  же  касается  электронных  ламп,  транзисторов
и  т.  п.,  то  им  по  замыслу  отведена  вспомогательная  роль.  Так,  ав¬
тору  романа,  чтобы  полнее  раскрыть  характер  своего  героя,  при¬
ходится  иногда  подробно  описывать  автомобиль,  в  котором  тот
ездит.
 Вскоре  после  того  как  Маркони  организовал  в  Англии  акцио¬
нерное  общество,  он  пригласил  на  пост  главного  инженера  профес¬
сора  Джона  Амброза  Флеминга  (1849—1945).  Будучи  знаком
с  эффектом  термоэлектронной  эмиссии,  который  был  открыт
в  конце  прошлого  века  Эдисоном  (1847—1931)  \  Флеминг  решил
 1  Эдисон,  занимавшийся  усовершенствованием  лампочки  накаливания,
проделал  такой  опыт:  внутрь  баллона  лампы  он  поместил  металлическую
пластинку,  а  между  пластинкой  и  нитью  накала  включил  последовательно
электрическую  батарею  и  гальванометр.  Если  «плюс»  батареи  был  присо¬
единен  к  пластинке,  а  «минус»  к  нити,  то  при  включении  накала  стрелка
гальванометра  отклонялась.  Раскаленная  нить  испускала  («эмиттировала»)
электроны,  которые  притягивались  положительно  заряженной  пластинкой.
Этот  эффект  и  был  назван  термоэлектронной  эмиссией.
 121

использовать  его  для  изготовления  прибора,  напоминающего  по
своему  действию  вентиль.
 В  газовых  и  водопроводных  трубах  ставятся  вентили-клапаны,
препятствующие  газу  или  воде  течь  обратно.  С  вентилями  хорошо
знакомы  шоферы,  мотоциклисты  и  велосипедисты:  накачивая  ши¬
ну,  они  знают,  что  воздух  наружу  не  выйдет,  так  как  вентиль  от¬
крывается  только  в  одну  сторону.  По  аналогии  и  детектор  можно
назвать  вентилем:  он  тоже  должен  обладать  односторонней  прово¬
димостью.
 Диод  —  лампа  с  двумя  электродами  (сетка  в  ней  отсутству¬
ет)  —  проводит  ток  от  анода  к  катоду  и  не  пропускает  обратно.
Если  между  анодом  и  катодом  включить  источник  переменного
напряжения,  например,  осветительную  сеть,  ток  будет  протекать
не  все  время,  а  импульсами,  когда  на  анод  поступает  «плюс»,  а  на
катод  —  «минус».  Когда  же  анод  заряжен  отрицательно,  лампа
пвообще  не  пропускает  тока,  она,  как  говорят,  «заперта*».  Таким
образом,  диод  представляет  собой  электрический  вентиль  и  может
использоваться  в  качестве  детектора  амплитудномодулированных
колебаний.
 Наряду  с  ламповыми  детекторами  применяются  и  кристалли¬
ческие.  Еще  в  начале  века,  когда  не  существовало  даже  слова
«полупроводник»,  выяснилась,  что  некоторые  минералы  обладают
любопытным  свойством.  Если  прижать  друг  к  другу  кусочки,
например,  цинкита  и  халькопирита  или  графита  и  свинцового
блеска,  то  такая  пара  кристаллов  будет  пропускать  ток  в  одном
направлении  значительно  лучше,  чем  в  другом.  Иными  словами,
это  означает  способность  выпрямлять  переменный  ток,  детектиро¬
вать  амплитудномодулированные  колебания.
 Благодаря  своей  простоте  и  дешевизне  контактные  кристалли¬
ческие  детекторы  (по  существу  —  первые  полупроводниковые
приборы)  получили  в  свое  время  широкое  распространение.  Про¬
стейший  детекторный  приемник  состоял  из  параллельно  соединен¬
ных  детектора  и  телефонного  наушника.  С  одного  конца  к  ним
присоединялась  антенна,  с  другого  —  заземление  (провод,  веду¬
щий  к  зарытому  в  землю  металлическому  предмету).  В  таком
приемнике  не  было  колебательного  контура  для  настройки,  по¬
этому  он  мог  одновременно  принимать  две-три  близко  располо¬
женные  станции.
 Первые  кристаллические  детекторы  работали  неустойчиво,
приходилось  то  и  дело  заново  искать  «чувствительную»  контакт¬
ную  точку,  которая  не  выдерживала  малейших  толчков.  Современ¬
ные  же  кристаллические  диоды,  как  и  остальные  полупроводнико¬
вые  приборы,  по  надежности  значительно  превосходят  лампу.
 Ключ  к  амплитудномодулированному  колебанию  в  наших  ру¬
 422

ках.  Может  быть,  он  подходит  и  к  колебанию,  модулированному
по  частоте?  Вставим  ключ  в  замочную  скважину,  нажмем  по¬
сильнее...
 Но  еще  Гораций  предупреждал:  «Сила  без  разумения  рушится
от  собственной  тяжести».  Амплитудный  детектор  выявляет  изме¬
нения  амплитуды  сигнала.  А  при  частотной  модуляции  она  по¬
стоянна.  Значит,  не  будет  изменяться  и  напряжение  на  выходе
детектора,  то  есть  никаких  колебаний  звуковой  частоты  мы  не
услышим.
 Так  что  же,  выбросить  ключ?  Нет,  он  еще  пригодится.  Раскро¬
ем  секрет:  частотномодулированное  колебание  заперто  не  одним
замком,  а  двумя.  Наш  ключ  подходит  ко  второму,  а  начинать
нужно  с  первого.
 Иначе  говоря,  частотномодулированное  колебание  необходимо-
сначала  превратить  в  амплитудномодулированное,  а  затем  уже
детектировать.  Сделать  это  можно  с  помощью  обыкновенного  ко¬
лебательного  контура.  Вспомните,  что  его  резонансная  кривая
(зависимость  амплитуды  тока  в  контуре  от  частоты)  имеет  фор¬
му  пика  с  крутыми  склонами.  Настроим  контур  так,  чтобы  сред¬
няя  частота  частотномодулированных  колебаний  (то  есть  значе¬
ние  частоты  в  момент,  когда  диктор  перед  микрофоном  сделал
паузу)  соответствовала  середине  склона  резонансной  кривой.
 В  результате  модуляции  частота  колебаний,  воздействующих
на  контур,  будет  изменяться  в  ту  и  другую  сторону  от  среднего
значения.  «Рабочая  точка»  начнет  скользить  вверх-вниз  по  склону
резонансной  кривой,  то  есть  ток  в  контуре  станет  изменяться.
 Если  склон  кривой  достаточно  прямолинеен  (а  на  небольшом
участке  так  оно  и  есть),  то  амплитуда  тока  окажется  прямо  про¬
порциональна  частоте  модулированных  колебаний.  Согласно  за¬
кону  Ома  напряжение  на  контуре,  в  свою  очередь,  пропорциональ¬
но  току.  Значит,  в  итоге  амплитуда  напряжения  изменяется  по
закону  звуковых  сигналов: 	частотная  модуляция  превратилась
 в  амплитудную.
 А  затем...  «Страшусь  объяснений,  объясняющих  объясненные
вещи»,—  сказал  как-то  Линкольн.

«ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»  КОЛЕБАНИЙ
 В  СЛОВАХ  МОИХ  СКУДНЫХ  ТЫ  ПОСТАРАЙСЯ
НАЙТИ  БОЛЬШЕ,  ЧЕМ  СКАЗАНО  В  НИХ.
 Овидий
 Не  мешает  знать,  хотя  бы  в  общих  чертах,  устройство  передат¬
чиков,  этих  «предприятий»,  вырабатывающих  колебания.  Специа¬
лист  развернул  бы  так  называемую  принципиальную  схему  —
^топографическую  карту»,  по  которой  шаг  за  шагом,  деталь  за
деталью  можно  проследить  работу  любого  радиотехнического  уст-
ройства.  Но  схема  современного  передатчика  или  приемника
напоминает  запутанный  «лабиринт»,  в  котором  немудрено  застрять
надолго.  А  изучение  «путеводителя»  тоже  требует  немало  времени.
К  тому  же  оно  не  входит  в  нашу  программу.
 Над  дверью  в  помещение,  где  учил  Платон  (427—347  гг.  до  н.  э.),
было  написано:  «Несведущим  в  геометрии  вход  воспрещается».
Страницы  нашей  книги,  напротив,  широко  раскрыты  перед  несве¬
дущими  в  радиотехнических  схемах.  К  счастью,  еще  древнегре¬
ческий  комедиограф  Менандр  (343—291  гг.  до  н.  э.)  открыл,  что
«нет  ничего  сильнее  слова».  Правда,  специалисты  не  без  оснований
считают,  что  никакое  слово  не  заменит  формулу  или  схему.
 Итак,  представьте  себе  один  из  первых  радиопередатчиков.
Перед  вами  колебательный  контур,  состоящий  из  последовательно
соединенных  конденсатора,  катушки  индуктивности  и  искрового
промежутка.  Контур  разомкнут,  и  колебания  в  нем  отсутст¬
вуют.
 Теперь  подключим  к  искровому  промежутку  высоковольтный
источник  питания.  Через  катушку  индуктивности  конденсатор  на¬
чнет  заряжаться.  Электрическое  напряжение  на  нем  (и  на  искро¬
вом  промежутке)  будет  расти,  приближаясь  к  напряжению  источ¬
ника.  Но  как  только  наступит  определенный  предел,  искровой
промежуток  пробьется.  Вспыхнувшая  ослепительная  искра  замк¬
нет  контур,  и  в  нем  возбудятся  свободные  колебания:  конденсатор,
.разряжаясь,  начнет  передавать  энергию  катушке  индуктивности,
та,  в  свою  очередь,  конденсатору  и  т.  д.  Словом,  возникнет  колеба¬
тельный  процесс,  с  которым  мы  уже  встречались.
 ?124

Но  свободные  колебания  в  реальном  контуре  —  затухающие.
Кроме  того,  энергия  через  антенну,  присоединенную  к  контуру,
должна  излучаться  в  пространстве,  иначе  какой  же  это  передат¬
чик?  Значит,  колебания  затухают  очень  быстро.  Если  процесс,
происходящий  в  высокодобротном  электрическом  контуре,  где
затраты  энергии  малы,  можно  сравнить  с  медленно  замирающим
звучанием  колокола,  то  колебания  в  контуре  искрового  передатчи¬
ка  напоминают  отрывистый  звук,  слышимый  при  резком  ударе  по
листу  фанеры.
 С  уменьшением  амплитуды  колебаний  в  контуре  иссякают  и
«силы»  искрового  разряда.  Истощается  запас  энергии,  искра  гас¬
нет,  и  тотчас  все  начинается  сызнова.  Короткие  серии  затухающих
колебаний  друг  за  дружкой  торопятся  в  антенну.  И  антенна  из¬
лучает  волны  —  порциями,  словно  завзятый  курильщик  кольца
дыма.
 Если  вблизи  открытого  рояля  произвести  резкий  отрывистый
звук,  то  отзовутся  все  струны.  Из  этого  опыта  можно  сделать  вы¬
вод:  быстро  затухающее  колебание  обладает  широким  спектром,
то  есть  содержит  большое  число  «синусоид»  с  самыми  различными
частотами.  Следовательно,  искровой  передатчик  создает  помехи  по
всему  диапазону.  К  тому  же  повторяющиеся  со  звуковой  частотой
искровые  разряды  воспринимаются  в  наушниках  радиоприемника
как  жужжание,  которое  препятствует  передаче  речи  или  музыки.
Правда,  в  лабораторных  условиях  опыты  радиотелефонирования
с  помощью  искрового  передатчика  производились  (С.  Я.  Лифши-
цем  под  руководством  А.  С.  Попова  в  1902  году,  итальянцем  Майо¬
рана  в  1904  году).  Очевидцы  утверждали,  что  разборчивость  пе¬
редаваемой  речи  была  удовлетворительной.  Но  потери  мощности
прр1  попытках  радиотелефонирования  достигали  80%.  Практику
это  не  устраивало,  она  признавала  лишь  радиотелеграфные  искро¬
вые  передатчики.
 Признавала  «не  от  хорошей  жизни»  и  лишь  до  поры  до  вре¬
мени.  К  1916  году  строительство  искровых  радиостанций  прекра¬
тилось.  Но  еще  в  1936  году  (по  данным  Международного  бюро  в
Берне)  из  14  813  зарегистрированных  морских  судов  8413  были
оборудованы  лишь  искровыми  радиоустановками!1
 В  1900  году  английский  электротехник  Дуддель  (1872—1917)
предложил  новый  тип  генератора  высокочастотных  колебаний,
применявшийся  наряду  с  искровым.  Прерывистую  искру  в  коле¬
бательном  контуре  сменила  здесь  электрическая  дуга,  та  самая
«вольтова  дуга»,  которая  используется  для  электросварки.
 «Мнение,  распространенное  в  научной  литературе,  приписыва¬
 1  Н.  Д.  П  а  п  а  л  е  к  с  и.  Ра,циопомехи  и  борьба  с  ними.  Гостехиздат,  1942.
 125

ет  честь  открытия  вольтовой  дуги  сэру  Гэмфри  Дэви  и  относит
это  событие  к  1809  г.  В  русской  литературе  существует  очень  ред¬
кое  и  мало  кому  известное  сочинение  под  заглавием  «Известие
 о 	гальвани-вольтовских  опытах  посредством  огромной  батареи,
состоявшей  иногда  из  4200  медных  и  цинковых  кружков.  Автор
его,  первый  преподаватель  физики  в  военно-медицинской  акаде¬
мии,  впоследствии  заслуженный  ординарный  профессор  и  акаде¬
мик  Василий  Владимирович  Петров,  подробно  описывает  свой
опыт,  произведенный  в  1802  г.  Соединив  с  полюсами  своего  воль¬
тового  столба  куски  древесного  угля,  он  наблюдал  вольтову  дугу  до
7  мм  длиною  в  виде  яркого  ослепительного  белого  огня  с  расходя¬
щимися  лучами»1.
 В  1892  г.  американский  исследователь  И.  Томсон  заметил,  что
дуга  способна  поддерживать  незатухающие  колебания  в  контуре.
Она  черпает  энергию  от  высоковольтного  рюточника  постоянного
напряжения  и  восполняет  ею  потери  энергии  в  процессе  колеба¬
ний.  Для  источника  питания  дуга  —  обычное  сопротивление,  для
колебаний  высокой  частоты  —  сопротивление  «отрицательное».
 Дуга  обладает  так  называемой  «падающей»  вольтамперной
характеристикой  —  с  повышением  напряжения  на  электродах  ду¬
ги  ток  не  увеличивается,  как  это  полагается  по  закону  Ома,  а,  на¬
оборот,  уменьшается.  «Отрицательное»  сопротивление,  суммиру¬
ясь  с  «положительным»  сопротивлением  контура,  уравновешивает
его.  Сопротивление  колебательного  контура  оказывается  в  резуль¬
тате  равным  нулю,  зпачит,  электрические  колебания  становятся
незатухающими.
 Передатчики  дугового  типа  применялись  вплоть  до  двадцатых
годов.  Сейчас  кажется  поразительной  достигнутая  с  ними  мощ¬
ность.  Дуговая  радиостанция  в  Бордо  (Франция),  работая  теле¬
графом,  развивала  мощность  1000  киловатт,  а  станция  на  острове
Ява  -  1500!
 Почему  же  дуговые  передатчики  сравнительно  быстро  сошли
со  сцены?  «Виноваты»  в  этом  их  существенные  недостатки.  Глав¬
ный  из  них  —  сложность  и  ненадежность  механизма  дуги:  ведь
электроды  постепенно  сгорают,  а  надо  поддерживать  определенное
расстояние  между  ними.  Из-за  инерционности  газового  разряда
дуговые  передатчики  плохо  работали  на  волнах  короче  800—
1000  метров.
 Дуговые  передатчики  оказались  более  пригодными  для  радио¬
телефонии,  чем  искровые.  Но  микрофон  угольного  типа  приходи¬
лось  включать  непосредственно  ©  антенну,  то  есть  использовалась
 1  Новый  энциклопедический  словарь.  Издатели  Ф.  А.  Брокгауз  и
И.  А.  Ефрон.  СПб.,  т.  И.  Вольтова  дуга.
 126

амплитудная  модуляция  так  называемым  методом  поглощения:
львиная  доля  электромагнитной  энергии  вместо  того,  чтобы  излу¬
чаться  в  пространство,  рассеивалась  на  сопротивлении  угольного
порошка.  На  этом,  собственно,  все  и  основывалось.  Под  воздейст¬
вием  звуковых  волн  сопротивление  микрофона,  как  обычно,  ме¬
нялось.  Соответственно  изменялся  и  ток  в  антенне,  только  уже  не
постоянный,  как  при  проводной  телефонии,  а  высокочастотный.
 Микрофон  буквально  пожирал  добытую  дорогой  ценой  элек¬
тромагнитную  энергию,  «переваривая»  ее  в  тепло.  Нередко  уголь¬
ный  порошок  спекался  и  микрофон  выходил  из  строя.  Это  огра¬
ничивало  мощность  передатчика  при  радиотелефонии.  Обычно  она
не  превышала  сотен  ватт.  Пожалуй,  рекордным  по  мощности
(около  двух  с  половиной  киловатт)  был  радиотелефонный  пере¬
датчик,  применявшийся  в  морском  флоте  Франции.  На  волне
1000  метров  он  обеспечивал  связь  на  расстоянии  двухсот  кило¬
метров1.
 С  начала  века  и  до  тридцатых  годов  в  качестве  радиопередат¬
чиков  использовались  также  электрические  машины  высокой  ча¬
стоты.  По  принципу  действия  они  не  отличались  от  обычных
электрогенераторов,  которые  вырабатывают  «промышленный  ток»,
текущий  в  осветительной  сети.
 Наиболее  оригинальные  конструкции  машинных  передатчи¬
ков  были  созданы  Валентином  Петровичем  Вологдиным  (1881  —
1953),  впоследствии  членом-корреспондентом  Академии  наук
СССР.  В  1912  году  на  петербургских  заводах  «Глебов  и  К°»
и  «Дюфлон,  Константинович  и  К°»  построили  первую  машину
Вологдина  по  заказу  Морского  ведомства.  Она  развивала  мощ¬
ность  около  двух  киловатт  на  частоте  двадцать  килогерц.  Вслед
за  ней  появился  еще.  ряд  машин  большей  мощности.  Они  работа¬
ли  надежно  и  позволили,  в  частности,  осуществить  радиотелеграф¬
ную  связь  на  километровых  волнах  между  Москвой  и  США.  Ча¬
стоту  генерируемых  колебаний,  составлявшую  15—20  килогерц,
удалось  умножить  до  200—300  килогерц  с  помощью  трансформа¬
торов,  работавших  в  режиме  магнитного  насыщения  сердечников
и  обладавших  поэтому  нелинейными  свойствами.  Однако  на  гек-
тометровых  и  декаметровых  волнах  работать  было  невозможно.
В  этом  состоял  главный  недостаток  машинных  передатчиков.
 К  числу  недостатков  относилась  и  низкая  стабильность  часто¬
ты  генерируемых  колебаний  во  время  телеграфирования.  При
манипуляции  прерыванием  тока  высокой  частоты  контакты  ма¬
нипулятора  быстро  обгорали  из-за  сильного  искрения.  Чтобы  из-
 1  В.  М.  Родионов.  История  радиопередающих  устройств.  М.,
«Наука»,  1969.
 127

бежать  этого,  поступали  иначе  —  в  паузах  между  «точками»
и  «тире»  расстраивали  антенный  контур  радиостанции.  В  резуль¬
тате  нагрузка  машины  резко  изменялась.  Скорость  вращения  ее
ротора,  достигавшая,  кстати,  10  000  оборотов  в  минуту,  колеба¬
лась.  Отсюда  и  неустойчивость  частоты.
 Остается  добавить,  что  машинные  передатчики,  как  и  дуго¬
вые,  не  позволяли  осуществить  высококачественное  радиовеща¬
ние.
 Последняя  машина  В.  П.  Вологдина,  мощностью  500  киловатт,
была  сконструирована  в  1934  году,  когда  господствующее  поло¬
жение  уже  занимали  ламповые  передатчики.  Ее  применяли  в  ка¬
честве  источника  высокочастотной  энергии  для  нужд  металлур¬
гии.  Сейчас  эта  машина  хранится  в  Ленинградском  электротехни¬
ческом  институте.
 Электронная  лампа  открыла  новую  эру  в  развитии  радиопере¬
дающих  устройств.  Ламповые  передатчики  оказались  пригодными
к  работе  в  широком  диапазоне  волн  —  от  мириаметровых  до  де¬
циметровых.  Они  позволили  получить  высокую  стабильность  ча¬
стоты  генерируемых  колебаний  и  обеспечить  высококачественную
радиотелефонию,  то  есть  решить  проблемы,  перед  которыми  были
бессильны  искровые,  дуговые  и  машинные  передатчики.
 Первый  ламповый  автогенератор  был  запатентован  в  апреле
1913  года  Александром  Мейсснером  (1883—1958).  В  том  же  году
Мейсснер  построил  ламповый  радиотелефонный  передатчик.
 Спустя  год  Н.  Д.  Папалекси  (1880—1947),  впоследствии  ака¬
демик,  создал  русскую  генераторную  лампу  для  радиотелефонно¬
го  передатчика  в  Царском  селе.
 В  Советской  России  внедрению  и  развитию  передатчиков  на
электронных  лампах  во  многом  способствовали  работы,  проводив¬
шиеся  в  Нижегородской  радиолаборатории.  Эта  лаборатория,  яв¬
лявшаяся  по  существу  первым  нашим  научно-исследовательским
институтом  в  области  радио,  была  организована  в  1918  году.  Ру¬
ководил  ею  профессор  М.  А.  Бонч-Бруевич  (1888—1940).
 В  то  время  наша  страна  была  подвергнута  блокаде,  и  сотруд¬
ники  лаборатории  не  получали  информации  о  новинках  зарубеж¬
ной  радиотехники.  Работать  приходилось  в  условиях  гражданской
войны  и  разрухи.  Тем  не  менее  по  окончании  блокады  выясни¬
лось,  что  Нижегородская  радиолаборатория  не  только  не  отстала
от  зарубежных  фирм,  но  даже  кое  в  чем  опередила  их.  Так,  ее
сотрудники  применили  вместо  анодов  из  дорогого  и  дефицитного
тантала  медные  аноды,  а  главное,  стали  охлаждать  их  проточной
водой.  Благодаря  водяному  охлаждению,  предложенному,  возмож¬
но,  по  аналогии  с  двигателями  внутреннего  сгорания,  мощность
генераторных  ламп,  при  прежних  габаритах,  резко  увеличилась.
 128

Конструкция  оказалась  настолько  удачной,  что  без  существенных
изменений  дожила  до  наших  дней.
 Первые  ламповые  радиотелефонные  передатчики  состояли  из
мощного  автогенератора  и  усилителя  колебаний  звуковой  часто¬
ты  —  модулятора.  Модуляция  была  амплитудной  и  осуществля¬
лась  изменением  анодного  напряжения  или  напряжения  на  уп¬
равляющей  сетке  генераторной  лампы  в  соответствии  со  звуковым
сигналом.
 Наряду  с  достоинством  —  простотой  такие  передатчики  имели
серьезные  недостатки.  Впрочем,  недостатки  эти  стали  заметны
в  дальнейшем,  когда  радиотехника  сделалась  более  «разборчи¬
вой».  А  поначалу  на  фоне  искровых,  дуговых  и  машинных  пере¬
датчиков  ламповые  казались,  вероятно,  верхом  совершенства.
 Каковы  же  были  «детские  болезни»  ламповых  радиопередат¬
чиков?
 В  мощных  автогенераторах  детали  разогревались  сильными
токами.  Из-за  самопрогрева  частота  колебаний  «уходила»  от  но¬
минала.
 Антенна,  присоединенная  непосредственно  к  контуру  передат¬
чика,  влияла  на  собственную  частоту  колебательной  системы.  По¬
рывы  ветра,  перемена  погоды  —  все  это  сказывалось  на  частоте.
Наконец,  амплитудная  модуляция  сопровождалась  паразитной  ча¬
стотной  —  при  изменении  питающих  напряжений  менялась  не
только  амплитуда  колебаний,  но  и  их  частота.
 Пока  в  эфире  было  сравнительно  просторно,  с  недостатками
простейших  ламповых  передатчиков  мирились.  Но  затем  при¬
шлось  вводить  усовершенствования.  В  двадцатых  годах  начали
строить  многокаскадные  передатчики.
 Такой  передатчик  состоит  из  маломощного  автогенератора  и  не¬
скольких  каскадов  усиления  колебаний  высокой  частоты.
 С  помощью  электронной  лампы  электрические  колебания  мож¬
но  усилить  в  десятки  раз.  Если  же  этого  недостаточно,  применяют
несколько  усилительных  каскадов  (ступеней).  Здесь  использует¬
ся  старый  испытанный  способ.  Крутой  подъем  мы  преодолеваем
по  лестнице  —  шаг  за  шагом,  ступень  за  ступенью.  Усилительная
ступень  представляет  собой  самостоятельный  усилитель  на  одной
лампе.
 Выход  первой  ступени  подключается  ко  входу  второй,  выход
второй  —  ко  входу  третьей  и  т.  д.  Положим,  каждый  каскад  уси¬
ливает  колебания  в  10  раз.  Тогда  общее  усиление  двухкаскадного
усилителя  будет  равно  100,  трехкаскадного  —  1000.
 Усилительные  каскады  могут  чередоваться  с  удвоителями  или
утроителями  частоты  колебаний.  Это  повышает  устойчивость  ра¬
боты  и  позволяет  получать  колебания,  частоты  которых  в  несколь¬
 5  А.  Плонский
 129

ко  раз  превышают  частоту  автогенератора.  Амплитудная  модуля¬
ция,  как  правило,  происходит  в  оконечной  ступени  передатчика.
При  этом  условия  работы  автогенератора  практически  не  изме¬
няются.  Добавим  еще,  что  в  большинстве  современных  радиопе¬
редатчиков  применяется  кварцевая  стабилизация  частоты.  Наш
добрый  приятель  кварц  занимает  в  них  самое  почетное  место.
 Еще  в  сороковых  годах  мощность  ламповых  радиовещатель¬
ных  передатчиков  достигла  1000  киловатт.  Мощное  радиострое¬
ние  по-прежнему  остается  надежным  оборонительным  редутом
электронной  лампы.  Здесь  ее  позиции  пока  незыблемы.  Полупро¬
водники,  настойчиво  вытесняющие  лампу  во  многих  областях
применения,  накапливают  силы  для  штурма...
 Ни  одна  отрасль  промышленности  не  развивалась  так  бурно,
как  «промышленность  колебаний».  Многие  из  ее  технических
средств  сданы  в  музей  и,  к  сожалению,  забыты  даже  кое-кем  из
специалистов.  Спросите  вашего  знакомого,  только  что  окончив¬
шего  радиофакультет,  как  устроен  дуговой  передатчик.  И  если  он
(что  вполне  вероятно)  не  сумеет  ответить,  пожалуйста,  растол¬
куйте  ему...

МИР,  РАСПАХНУТЫЙ
ПЕРЕД  ЧЕЛОВЕКОМ
 НОГАМИ  ЧЕЛОВЕК  ДОЛЖЕН  ВРАСТИ  В  ЗЕМЛЮ
СВОЕЙ  РОДИНЫ,  НО  ГЛАЗА  ЕГО  ПУСТЬ  ОБОЗРЕВАЮТ
ВЕСЬ  МИР.
 Джордж  Сантаяна1
 Снова  раскроем  «Первую  книгу  радиолюбителя»  В.  Кемпфер-
та.  Напомню,  что  вышла  она  в  1926  году  и  была  в  полном  смысле
слова  одной  из  первых  радиолюбительских  книжек.  Между  про¬
чим,  редактировал  ее  и  написал  к  ней  предисловие  профессор
В.  П.  Вологдин,  прославившийся  своими  машинными  передатчи¬
ками.  Вот  что  говорится  в  главе  под  названием  «Будущее  радио¬
сообщений»:
 «Всего  десять  лет  тому  назад  никому  и  не  снились  возможно¬
сти,  заложенные  в  радиотелефоне.  В  качестве  серьезного  препят¬
ствия  к  его  широкому  распространению  выдвигали  то,  что  пере¬
даваемые  при  его  помощи  сообщения  так  же  секретны,  как  любая
уличная  демонстрация.  Что  когда-то  принималось  за  недостаток,
в  настоящее  время  считается  техническим  достижением.  Оно  дало
возможность  при  посредстве  широковещательных  отправительных
радиотелефонных  станций  связываться  одновременно  с  тысячами
и  даже  миллионами  слушателей.
 Наступит  когда-нибудь  время,  когда  мы  с  улыбкой  будем  вспо¬
минать  наши  современные  приборы  и  наше  восхищение  ими.  Как
ни  хороши  наши  станции  теперь,  через  несколько  лет  они  уста¬
реют,  как  устарели  и  вышли  из  употребления  гусиные  перья,  кри¬
нолины  и  велосипеды  на  высоких  колесах.  Разовьются  и  получат
всеобщее  употребление  карманные  приемные  аппараты  невероят¬
ной  мощности.
 В  один  прекрасный  день  вы  увидите  остановившегося  посреди
улицы  человека,  надевающего  приемные  телефоны  на  уши  и  слу¬
шающего  то,  что  он  пожелает  —  на  выбор: 	последнее 	известие
 о 	затруднениях,  испытываемых  англичанами  в  Афганистане,
 о 	таинственном  убийстве,  взволновавшем  весь  город,  или  о  выбо¬
рах...
 1  Американский  философ,  поэт  и  педагог
 5*
 131

В  глуши  далекой  тайги  люди  будут  смеяться  над  остротами...
отпускаемыми  столичными  опереточными  артистами...  Выступле¬
ния  выдающихся  людей  на  конференциях  будут  слушаться  не
только  участниками  заседания,  но,  быть  может,  десятой  частью
жителей  страны...  Самообразование?  Мы  будем  слышать  Эйнш¬
тейна  и  Уэллса,  профессоров  будущего  радиоуниверситета,  как
будто  бы  они  находились  перед  нами.  Мореплаватели  на  далеких
морях  будут  слушать  одновременно  с  нами...
 Эскимосы  и  патагонцы,  китайцы  и  мексиканцы,  русские  и  аме¬
риканцы  становятся  близкими  соседями  и  слушателями  в  одной
и  той  же  колоссальной  аудитории.  Земной  шар,  со  своим  диамет¬
ром  в  двенадцать  т  >тсяч  километров1,  начинает  казаться  сжимаю¬
щимся  и  превращающимся  в  детский  мяч».
 Какая  проницательность  и  какая  наивность!  Остановившийся
посреди  улицы  человек  надевает  телефонные  наушники...  Увы,
«воплотившаяся  мечта»,  к  сожалению,  выглядит  иначе.  Идет  по
улице  юнец,  в  руках  у  него  орущий  «транзистор»  воистину  «не¬
вероятной  мощности».  А  прохожим  впору  затыкать  уши.
 Не  надо  превращать  радио  в  стихийное  бедствие.  Максвелл
и  Герц,  Попов  и  Маркони  творили  не  для  того,  чтобы  их  детище
от  неумелого  или  небрежного  использования  отравляло  нам
жизнь.  «Люди  существуют  друг  для  друга»,—  мудро  заметил  рим¬
ский  философ  Марк  Аврелий  (121—180).  Радиоэлектроника  тоже
существует  для  людей.  Она  распахивает  перед  нами  огромный
мир.  Благодаря  ей  мы  видим  и  слышим  всю  Землю,  которая  от
этого,  право  же,  не  кажется  «сжимающейся  и  превращающейся
в  детский  мяч».
 Радио  вошло  в  наш  быт.  Мы  вооружились  совершенной  и  до¬
ступной  радиоаппаратурой  —  приемником  или  телевизором  сей¬
час  никого  не  удивишь.  И  хотя  еще  древнегреческий  математик
Пифагор  (около  580—500  г.  до  н.  э.)  провозгласил:  «Ничему  не
удивляться»,  кажется  обидным,  до  чего  иной  раз  потребительски
и  «запанибрата»  относимся  мы  к  нашим  домашним  чудесам.  Чу¬
десам  повседневным,  но  оттого  заслуживающим  еще  большего
почтения.
 Вам  не  знакомо  странное  ощущение,  что  за  полированными
етенками  радиоприемника  скрывается  живое  существо?  Электро¬
магнитные  «мысли»  бьются  под  его  «черепной  коробкой»  и  вы¬
плескиваются  из  динамика  музыкой  или  речью.  Оно  покорно
умолкает,  повинуясь  вашей  воле.  Засыпает,  закрыв  умный  зеле¬
ный  глаз,  и  снова  просыпается,  когда  вы  призовете  его  к  жизни...
 Романтика  и  техника  вовсе  не  противопоказаны  друг  другу.
 1  Не  совсем  точно.  Средний  диаметр  Земли  составляет  12  742  км.
 432

И  не  стоит  «анатомировать»  приемник  на  детали  и  прово  дни  чки:
все,  мол,  продиктовано  железной  рациональностью,  никаких  «чу¬
дес»,  голая  техника...
 Недавно  коллектив,  в  котором  я  работаю,  преподнес  одному  из
своих  членов  подарок  ко  дню  рождения:  сувенирный  транзистор¬
ный  приемник  в  виде  макета  архитектурного  сооружения,  не  суть
важно,  какого.  Мы  поочередно  рассматривали  сувенир,  и  я  загля¬
нул  в  книжечку-описание.  И  что  же,  принципиальная  схема  со¬
держала  грубую  ошибку,  за  которую  студенту  на  экзамене  можно
было  поставить  двойку.  А  приемник  работал  и  не  так  уж  плохо.
Случилось  то,  что  нередко  бывает  с  живыми  существами:  функ¬
цию  «пораженного»  органа  начал  «по  совместительству»  выпол¬
нять  другой,  вовсе  для  нее  не  предназначенный.
 Нет,  я  вовсе  не  собираюсь  одухотворять  конденсатор  или  ка-
тупгку  индуктивности.  Но  не  забывайте,  что  путь  к  мыслящим
электронным  машинам  начался  от  первых  радиопередатчиков
и  приемников.  Путь,  который  еще  не  пройден  до  конца...
 О 	проблеме  искусственного  мышления,  как  и  о  многих  других
проблемах,  имеющих  прямое  отношение  к  колебаниям  и  волнам,
нам  предстоит  говорить  особо.  А  пока  вернемся  к  прозе,  к  устрой¬
ству  радиоприемника,  не  по  волшебству  распахнувшего  перед  на¬
ми  мир.
 С  тем,  как  устроен  простейший  детекторный  приемник,  мы
уже  успели  познакомиться.  В  нем  не  было  колебательного  конту¬
ра,  поэтому  он  не  обладал  избирательностью  —  способностью  вы¬
делять  передачу  определенной  станции.
 Без  резонанса  здесь  не  обойтись,  значит  и  без  контура  тоже.
Колебательный  контур  необходим,  чтобы  не  носиться  по  волнам
«без  руля  и  без  ветрил»,  а  выбирать  нужный  курс  —  настраивать¬
ся  на  тот  или  иной  передатчик.  Настройка  контура  чаще  всего
производится  конденсатором  переменной  емкости.  Такой  конден¬
сатор  состоит  из  неподвижного  «пакета»  металлических  плас¬
тин  —  статора  и  подвижного  —  ротора.  Роторные  пластины  пово¬
ротом  ручки  можно  вдвигать  в  промежутки  между  статорными,
при  этом  емкость  конденсатора  увеличивается.  Поворот  ротора
в  обратную  сторону  приводит  к  уменьшению  емкости.
 В  детекторном  приемнике  отсутствует  усиление  колебаний,  по¬
этому  с  его  помощью  можно  услышать  передачи  лишь  достаточно
близких  и  мощных  радиовещательных  станций.  Да  и  звучание
в  наушниках  получается  негромким.
 Чтобы  повысить  чувствительность  приемника,  нужно  преду¬
смотреть  усиление  колебаний  высокой  частоты,  поступающих  из
антенны.  А  для  «громкоговорящего»  приема  необходимо  усиление
колебаний  низкой  частоты,  выделяемых  детектором.  То  и  другое
 133

достигается  благодаря  электронным  лампам  либо  полупроводни¬
ковым  приборам  —  транзисторам.
 Ламповые  или  транзисторные  приемники  нуждаются  в  источ¬
нике  питания  —  батарее  или  выпрямителе,  ведь  в  процессе  усиле¬
ния  колебаний  происходит  преобразование  энергии  постоянного
тока  в  колебательную  электрическую  энергию.  Лампа  к  тому  же
требует  по  существу  непроизводительных  затрат  энергии  на  по¬
догрев  катода.  Непроизводительных  в  том  смысле,  что  энергия,
«пожираемая»  нитью  накала,  полностью  превращается  в  тепло,
и  даже  малая  ее  доля  не  используется  непосредственно  для  уси¬
ления  колебаний.
 Неэкономичность  электронной  лампы,  наряду  с  такими  ее  не¬
достатками,  как  хрупкость,  сравнительно  большие  размеры,  ма¬
лая  по  современным  понятиям  долговечность  привели  к  безогово¬
рочной  победе  транзистора  и  повальному  бегству  ламп  из  радио¬
приемной  аппаратуры.
 Впервые  полупроводники  посягнули  на  «престол»,  занимаемый
лампой,  еще  в  двадцатых  годах.  Олег  Владимирович  Лосев  (1903—
1942)  сотрудник  Нижегородской  радиолаборатории  и  страстный
радиолюбитель,  изобрел  кристадин  —  усилитель  электрических
колебаний,  в  котором  роль  нелинейного  элемента  играл  полупро¬
водниковый  прибор,  состоящий  из  кристалла  цинкита  и  угольного
стерженька.  В  отличие  от  обычного  детектора  кристадин  обладал
«падающей»  вольтамперной  характеристикой  и,  следовательно,
«отрицательным»  сопротивлением.  Подобно  дуге  кристадин  Лосе¬
ва  служил  источником  колебательной  энергии,  то  есть  мог  генери¬
ровать  или  усиливать  колебания.
 В  1924  году  открытие  О.  В.  Лосева  было  отмечено  не  только
нашими,  но  и  многими  иностранными  радиотехническими  журна¬
лами.  В  английских,  американских,  французских,  испанских  и  гол¬
ландских  радиожурналах  описывались  конструкции  кристадина.
Авторы  статей  говорили  о  «делающем  эпоху  изобретении  О.  В.  Ло¬
сева  из  Государственной  радиоэлектрической  лаборатории  в  Рос¬
сии».  Редакционная  статья  в  американском  журнале  «Рейдио
Ньюс»  называлась:  «Сенсационное  радиоизобретение».  Авторы
статьи  утверждали,  что  «теперь  кристалл  заменит  лампу».
 В  1925  году  профессор  Лейпцигского  университета  Юлиус
Лилиенфельд  запатентовал  устройство,  напоминавшее  современ¬
ный  транзистор.  Казалось  бы,  дни  электронной  лампы  сочтены.
Но  лампа  вступала  в  пору  своего  расцвета,  быстро  совершенство¬
валась,  а  над  полупроводниковыми  усилителями  и  радиоприемни¬
ками  надо  было  еще  работать  да  работать...
 Изобретения  Лосева  и  Лилиенфельда  опередили  свое  время
и,  как  часто  бывает  в  таких  случаях,  оказались  забытыми.
 134

«Второе  рождение»  кристаллического  усилителя  относится
уже  к  сороковым  годам.  В  то  время  бурно  развивалась  радиоло¬
кация,  в  связи  с  чем  началось  освоение  сантиметровых  волн.  На
этих  волнах  ламповые  детекторы  и  преобразователи  частоты  коле¬
баний  работают  плохо.  Пришлось  взяться  за  усовершенствование
кристаллического  детектора.  В  результате  были  найдены  новые
высококачественные  полупроводниковые  материалы.  На  их  осно¬
ве  Дж.  Бардин,  У.  Браттейн  и  У.  Шокли  создали  кристаллический
триод  —  транзистор.
 Современные  транзисторы  по  всем  статьям  (кроме  мощности
и,  пожалуй,  устойчивости  к  действию  высоких  температур)  пре¬
восходят  электронную  лампу:  они  работают  при  низких  напряже¬
ниях,  не  боятся  ударов,  служат  в  десятки  раз  дольше,  отличаются
миниатюрностью.
 Гораций  подметил,  что  «особенно  хвалят  тот  товар,  который
хотят  поскорее  сбыть  с  рук».  Признавая  справедливость  этого  за¬
мечания  и  не  желая  к  тому  же  уклоняться  от  основной  сюжетной
линии  рассказа  о  колебаниях,  мы  вынуждены  прервать  панегирик
транзисторам  и  вернуться  к  радиоприемникам.
 До  сих  пор  речь  шла  о  так  называемых  приемниках  прямого
усиления.  В  них  колебания  высокой  частоты,  улавливаемые  ан¬
тенной,  отфильтровывались  контуром,  усиливались  и  детектиро¬
вались.  Но  мы  знаем,  что  чем  выше  частота,  тем  при  неизменной
добротности  контура  шире  его  полоса  пропускания.  Значит,  пере¬
стройка  приемника  по  диапазону  влечет  за  собой  изменение  изби¬
рательности.  На  длинных  волнах  избирательность  довольно  вы¬
сока,  на  средних  ниже,  а  на  коротких  совсем  никуда  не  го¬
дится.
 Пусть,  например,  добротность  контура  равна  ста  единицам
(значение  достаточно  высокое  для  колебательной  системы  с  ка¬
тушкой  индуктивности).  Тогда  на  частоте  10  мегагерц  (длина
волны  30  метров)  полоса  пропускания  контура  составит
10  000000:100=100  000  герц.  А  радиовещательная  станция  за¬
нимает  полоску  шириной  всего  9000  герц,  то  есть  в  11  раз  более
узкую!  Выходит,  в  полосу  пропускания  приемника  могут  одно¬
временно  проникнуть  сигналы  более  десятка  радиовещательных
станций.  Нетрудно  представить  себе,  что  будет  раздаваться  в  этом
случае  из  громкоговорителя.
 Надо  иметь  в  виду  и  еще  одно  обстоятельство  —  чем  выше  час¬
тота  колебаний,  тем  труднее  их  усиливать.  Соединительные  провод¬
ники  начинают  вести  себя  как  самозванные  антенны.  За  счет
непредусмотренного  излучения  энергии  возникает  обратная  связь
между  выходом  и  входом  усилителя.  С  ростом  частоты  колебаний
уменьшается  сопротивление,  оказываемое  им  емкостью.  А  ведь
 135

и  в  лампах,  и  в  транзисторах  имеются  «междуэлектродные»  емко-
сти  (так,  сетка  и  анод  триода  образуют  конденсатор,  емкость  ко¬
торого  зависит  от  площади  электродов  и  расстояния  между  ними).
Емкости  ламп  и  транзисторов  также  служат  «лазейками»  для  ко¬
лебаний.  Чем  выше  частота,  тем  шире  «лазейка».  И  вот  усилитель
уже  и  не  усилитель  вовсе,  а  генератор  с  самовозбуждением.  Нор¬
мальный  радиоприем  становится  при  этом  невозможным.
 Наконец,  в  приемниках  прямого  усиления  трудно  добиться
большой  чувствительности.  Число  каскадов  усилителя  высокой
частоты  ограничено  из-за  опасности  паразитного  самовозбужде¬
ния.  Обычно  оно.  не  превышает  трех.  А  этого  недостаточно,  чтобы
обеспечить  нужную  чувствительность:  ведь  современный  радио¬
приемник  должен  улавливать  сигналы  с  напряжением  в  единицы
и  даже  доли  микровольта!
 Гораздо  совершенней  (хотя  и  сложнее)  так  называемые  супер-
гетеродинные  радиоприемники,  или  сокращенно  супергетеродины.
Вот  как  работает  такой  приемник.  Колебания  высокой  частоты
непосредственно  из  антенны  или  после  предварительного  усиле¬
ния  поступают  на  вход  преобразователя  частоты  —  нелинейной
цепи  с  лампой  или  транзистором.  Туда  же  подаются  колебания,
создаваемые  гетеродином  —  маломощным  автогенератором.
 Благодаря  нелинейным  свойствам  на  выходе  преобразователя
наряду  с  колебаниями  сигнала  и  гетеродина  появляются  комбина¬
ционные  колебания.  Частота  одного  из  них  равна  сумме  высокой
частоты  и  частоты  гетеродина,  частота  другого  —  их  разности.
Колебательный  контур,  подключенный  к  выходу  преобразователя,
настраивают,  как  правило,  на  разностную  частоту,  колебания  ко¬
торой  получают  поэтому  преимущество  и  выделяются.  Колебания
остальных  частот  контур  подавляет,  для  них  дальнейший  путь
наглухо  закрыт.
 Разностная  частота  значительно  ниже,  чем  частота  сигнала
(высокая  частота).  Но  она  выше  звуковой  (низкой)  частоты.  Для
различия  ее  называют  промежуточной.
 Здесь  нужно  упомянуть  одно  условие,  выполнение  которого
в  супергетеродинах  строго  обязательно.  Контур  гетеродина  дол¬
жен  перестраиваться  согласованно  с  входным  контуром  приемни¬
ка  так,  чтобы  разность  их  частот  (то  есть  промежуточная  часто¬
та)  всегда  была  постоянной.  Для  удобства  слушателей  конденсато¬
ры  переменной  емкости  контуров  высокой  частоты  (их  может
быть  несколько,  в  зависимости  от  числа  каскадов  предваритель¬
ного  усиления)  и  контура  гетеродина  делаются  с  общей  осью,  по¬
этому  настройка  осуществляется  одной  ручкой.
 Колебания  промежуточной  частоты  усиливаются  несколькими
каскадами  и  затем  детектируются.  Колебательные  контуры  уси-
 136

лителя  промежуточной  частоты  настроены  раз  и  навсегда  в  про¬
цессе  изготовления  приемника,  после  чего  их  уже  не  касаются.
Эти  контуры  и  обусловливают  хорошую  избирательность  суперге¬
теродина  не  только  на  длинных  и  средних,  но  и  на  коротких
волнах.
 По  супергетеродинной  схеме  выполняются  сейчас  и  радиовеща¬
тельные  приемники,  от  массивных  радиол  высшего  класса  до  кар¬
манных  «транзисторов»,  и  профессиональные  радиоприемные  уст¬
ройства  для  магистральной  связи.  Супергетеродин  «прячется»
также  за  экраном  вашего  телевизора.
 Передача  и  прием  движущихся  изображений  —  телевидение  —
в  принципе  не  отличается  от  радиовещания.  Вся  разница  в  харак¬
тере  передаваемого  сигнала.
 Когда  начинающий  художник  перерисовывает  портрет,  он  раз¬
бивает  его  на  квадраты,  наносит  сетку.  Такую  же  сетку  нужно
вычертить  на  чистом  листе  бумаги.  Остальное  не  представляет
труда.  Квадрат  за  квадратом  рисунок  переносится  на  бумагу,  и
«произведение  искусства»  готово.  При  этом  чем  гуще  сетка,  то
■есть  чем  мельче  квадратики,  тем  легче  скопировать  изображение.
Если  ячейки  сетки  достаточно  малы,  рисунок  можно  выполнить
«двоичным  кодом»  («да  —нет»):  один  из  ячеек  полностью  закра¬
сить,  другие  оставить  светлыми.  Присмотритесь  к  любой  фотогра¬
фии  в  газете  —  она  как  раз  и  отпечатана  таким  мозаичным  спо¬
собом.  Другой  пример  —  вышивка  «крестиком».
 Качество  изображения  зависит  от  размеров  ячейки,  а  они  мо¬
гут  быть  достаточно  малыми.
 Квадратики  сетки  расположены  словно  буквы  в  книге  по  стро¬
кам.  Значит,  рисунок  можно  копировать  вслепую  и  даже  на  рас¬
стоянии.  В  радиостудии,  скажем,  находится  оригинал  рисунка,
а  перед  приемниками  сидят  «копиисты»  с  заранее  расчерченными
листами  бумаги.
 Вот  диктор  взглянул  на  первый  слева  квадратик  верхней
строки  и  увидел,  что  он  черный.  Диктор  сказал  «да».  Для  нас
это  сигнал,  что  первый  квадратик  нужно  зачернить.  Затем  диктор
дважды  произнес  слово  «нет».  Это  означает,  что  следующие  два
квадратика  надо  оставить  светлыми.  И  так,  квадратик  за  квадра¬
тиком,  строка  за  строкой,  можно  передать  по  радио  и  воспроизве¬
сти  весь  рисунок.
 Идея  поэлементной  передачи  изображения  была  выдвинута
независимо  друг  от  друга  португальским  ученым  Де-Пайна  в
1879  году  и  Порфирием  Ивановичем  Бахметьевым  (1860—1913)
в  1880  году.  В  этой  идее  —  «секрет»  телевидения  и  фототелегра¬
фии  (передачи  неподвижных  изображений).  Только  процесс  «раз¬
вертки»  изображения  по  строкам  здесь  автоматизирован.
 137

Роль  оригинала  играет  экран  передающей  телевизионной  ка¬
меры,  куда,  словно  на  пленку  в  фотоаппарате,  проецируется  то
или  иное  изображение.  А  «разграфленным  листом  бумаги»  служит
экран  телевизора.
 В  тридцатые  годы  было  распространено  так  называемое  низ¬
кокачественное  телевидение.  Картинка  разбивалась  всего  на  три¬
дцать  строк  и  поэтому  была  очень  несовершенной.  Зато  сигнал
телевизионного  изображения  занимал  в  эфире  столько  же  места,
сколько  речь  или  музыка  при  амплитудной  модуляции.  Поэтому
телевидение  передавалось  через  обычные  радиовещательные  стан¬
ции  на  длинных  и  средних  волнах.  Телезрители  могли  по  своему
выбору  смотреть  Париж  или  Лондон,  Москву  или  Рим.
 Развертка  изображения  осуществлялась  механическим  спосо¬
бом.  В  состав  передающей  камеры  и  телевизора  входили  диски,
вращаемые  с  одинаковой  скоростью  электромоторчиками  (чтобы
добиться  синхронного  вращения,  телезрители  должны  были  все
время  притормаживать  диск—«держать  картинку»).  В  каждом
из  дисков  по  спирали,  на  одинаковых  расстояниях  друг  от  друга,
было  просверлено  тридцать  отверстий.  Перед  диском  передающей
камеры  располагался  объектив,  позади  диска  —  фотоэлемент.  Он
превращал  падающий  на  него  свет  в  электрическое  напряжение,
которым  модулировался  по  амплитуде  передатчик.
 Диск  служил  «затвором»  телевизионной  камеры.  За  один  обо¬
рот  «затвор»  срабатывал  тридцать  раз.  Каждое  из  тридцати  от¬
верстий,  проделанных  в  диске,  пересекало  проекцию  изображения
по  своей  дорожке  —  строке  и  при  этом  пропускало  большее  или
меньшее  количество  света.  Освещенность  фотоэлемента  все  время
менялась,  соответственно  пульсировала  амплитуда  колебаний
в  антенне  радиопередатчика.
 Диск  развертывал  изображение  строка  за  строкой,  образуя
как  бы  длинную  ленту,  сшитую  из  темных  и  светлых  лоскутков.
Если  изображение  не  менялось,  «ленточка»,  получавшаяся  при
каждом  новом  обороте  диска,  оказывалась  точной  копией  любой
из  своих  предшественниц.  Так  бывает,  когда  снимают  кинокаме¬
рой  неподвижный  предмет  —  все  кадры  на  пленке  одинаковы.
Один  оборот  диска  как  раз  и  соответствует  кадру.  Сколько  оборо¬
тов  сделал  диск  —  столько  кадров  «отщелкала»  телекамера.  Если
же  изображение  перед  объектом  движется,  изменяется,  то  каж¬
дый  новый  кадр  отличается  от  предыдущего.
 В  телевизоре  позади  вращающегося  диска  помещалась  неоно¬
вая  лампа,  подключенная  к  приемнику  вместо  громкоговорителя.
Она  менее  инерционна,  чем  обычная  лампочка  накаливания,  и  спо¬
собна  «следить»  за  быстрыми  изменениями  электрического  тока.
Яркость  свечения  неоновой  лампы  менялась  в  соответствии  с  ко¬
 138

лебаниями  на  выходе  приемника,  то  есть  по  закону  телевизионно¬
го  сигнала.
 Мигание  неоновой  лампы  в  точности  воспроизводило  игру  све¬
та,  падающего  на  фотоэлемент  передающей  камеры.  Отверстия
диска,  пробегая  перед  лампой,  вычерчивали  световые  полоски  —
строки.  Тридцать  строк,  по  числу  отверстий,  пересекали  экранчик
размером  с  этикетку  на  спичечной  коробке1.  Каждая  строка  вос¬
производила  отрезок  «ленточки»,  сотканной  передающей  камерой.
А  в  совокупности  получалось  изображение  (конечно,  при  огово¬
ренном  ранее  условии  синхронного  вращения  дисков).
 Телевизоры  с  механической  разверткой  давно  стали  достоя¬
нием  истории.  В  современном  высококачественном  телевидении
изображение  разбивается  на  625  строк.  Механическим  способом
осуществить  такую  развертку  невозможно,  да  и  есть  гораздо  бо¬
лее  изящное  решение.
 В  1907  году  преподаватель  Петербургского  технологического
института  Борис  Львович  Розинг  (1869—1933)  разработал  систе¬
му  «катодной  телескопии»  на  основе  электронно-лучевой  трубки
ив  1911  году  осуществил  телевизионную  передачу.
 Электроннолучевая  трубка  по  принципу  действия  напоминает
обычную  радиолампу.  Раскаленный  анод  трубки  выбрасывает
полчища  электронов.  Протиснувшись  сквозь  узкую  «горловину»,
образованную  фокусирующим  магнитным  полем,  они  узким  пуч¬
ком  устремляются  к  аноду,  выполненному  в  виде  проводящего
покрытия  на  раструбе  баллона.  Разогнавшись,  электроны  минуют
анод  и  ударяются  о  слегка  выпуклое  дно  трубки  —  экран.  Экран
покрыт  изнутри  составом,  который  обладает  свойством  светиться
при  «бомбардировке»  электронами.
 Электронный  луч  —остро  отточенный  «карандаш»,  которым
рисуется  телевизионное  изображение.  Вряд  ли  есть  смысл  под¬
робно  рассказывать  об  устройстве  телевизора  с  электроннолуче¬
вой  трубкой:  принцип  развертки  тот  же,  только  осуществляется
она  без  механики.  На  смену  движущемуся  диску  с  отверстиями
пришел  электронный  луч,  который  перемещается  по  экрану  (раз¬
мером  отнюдь  не  со  спичечную  коробку!)  подобно  взгляду  при
чтении  книги,  вычерчивая  625  светящихся  строк  25  раз  в  секунду.
 Движением  электронного  «карандаша»  управляет  отклоняю¬
щая  система,  образующая  вокруг  трубки  магнитное  поле,  способ¬
ное  искривлять  траекторию  электронов.  В  катушки  отклоняющей
системы  поступают  электрические  колебания,  создаваемые  «гене¬
ратором  развертки».  Закон  этих  колебаний  сложен.  Он  содержит
 1  Контур  экрана  был  образован  светящимся  электродом  неоновой
лампы.
 139

в  себе  «программу»  движения  электронного  луча:  перемещение  по
горизонтали  слева  направо,  почти  мгновенный  возврат  «на  исход¬
ную  позицию»,  но  строкой  ниже  и  т.  д.
 Образующийся  «разграфленный  лист  бумаги»  —  так  называе¬
мый  растр  служит  основой  изображения.  Управляя  интенсивно¬
стью  электронного  луча  в  соответствии  с  телевизионным  сигна¬
лом,  можно  получить  на  экране  четкое  изображение.  Ясно,  что
«управленческие»  функции  остаются  здесь  по-прежнему  за  ра¬
диоприемником,  настроенным  на  волну  телецентра.
 30  строк  или  625—  никакого  сравнения.  Но  огромный  выиг¬
рыш  в  четкости  обернулся  соответствующим  расширением  спект¬
ра  колебаний.  Уже  не  тысячи,  а  миллионы  герц  занимает  в  эфире
сигнал  телевизионного  изображения.  Вот  почему  телецентры  пе¬
реселены  в  диапазоны  метровых  и  дециметровых  волн.
 Это  принудительное  переселение  имело  и  «минусы»  —  радиус
действия  телецентра  сузился  до  50—100  километров.  Но  на  по¬
мощь  пришли  радиорелейные  линии,  где  сигнал  передается  «по
эстафете»  от  станции  к  станции,  а  затем  и  космические  ретранс¬
ляторы.  Телевидение  вновь  стало  «глобальным».  Глаза  человека
обозревают  весь  мир.

ВОЛНА  ПОД  ПРЕССОМ
 ВСЕ  НЕМЫСЛИМОЕ  ОХВАТИ,
 СТАНЬ  МИКРОКОСМОМ  ВО  ПЛОТИ.
 Гете
 Современная  научно-техническая  революция  поставила  перед
человечеством  проблему  информации.  «Информация»  в  переводе
с  латинского  означает  разъяснение,  изложение.  Мы  часто  поль¬
зуемся  этим  словом  и  уверены,  что  вполне  постигли  его  смысл.
Между  тем,  оно  выражает  достаточно  сложное  научное  понятие,
лежащее  в  основе  кибернетики.  Теория  информации  заложена
Н.  Винером  и  К.  Э.  Шенноном.
 Под  количеством  информации  понимают  величину,  обратно
пропорциональную  степени  вероятности  того  события,  о  котором
идет  речь.  Газетный  заголовок  «Обледенение  Антарктиды»  вызвал
бы  у  нас  смех:  подумаешь,  новость!  Действительно,  льды  в  Ан¬
тарктике  более  чем  вероятны,  и  сообщение  о  них,  можно  сказать,
лишено  информации.  А  вот  заголовок  «Обледенение  тропиков»
был  бы  воспринят  как  сенсация.  Вероятность  такого  события  нич¬
тожна.  Соответственно  велико  содержащееся  в  сообщении  о  нем
количество  информации.
 В  математическом  смысле  информация  тождественна  энтро¬
пии,  взятой  с  обратным  знаком.  Норберт  Винер  так  и  называл
информацию  «отрицательной  энтропией».
 Об  энтропии  мы  уже  говорили  в  разделе  «Колеблющаяся  веч¬
ность?».  Добавим,  что  энтропия  системы  характеризует  степень
ее  неупорядоченности.  Хаотическое  рассеяние  энергии,  происхо¬
дящее  согласно  второму  закону  термодинамики,  означает  рост
энтропии.  Человек  своей  разумной  деятельностью  противостоит
хаосу,  гасит  энтропию  информацией,  извлекаемой  из  окружающе¬
го  мира.  В  этом  и  состоит  прогресс.
 «Действенно  жить  —  это  значит  жить,  располагая  правильной
информацией»,—  писал  Винер1.
 1 	Н.  Винер.  Кибернетика  и  общество.  Изд.  иностр.  лит.,  1958.
 141

Информация,  как  научное  понятие,  стоит  в  одном  ряду  с  коли¬
чеством  вещества  и  энергией.  Она  объединяет,  на  первый  взгляд,
разнородные  процессы:  передачу  сообщений  по  каналам  связи,
деятельность  нервной  системы,  автоматическое  регулирование
и  управление,  работу  электронно-вычислительных  машин  и  т.  д.
Всем  этим  занимается  кибернетика,  которую  иногда  трактуют  как
теорию  организации,  теорию  борьбы  с  мировым  хаосом,  «с  роко¬
вым  возрастанием  энтропии».
 Перечислэнные  и  многие  другие  процессы  —  это  до  сути  дела
процессы  передачи,  хранения  и  переработки  информации.  В  сов¬
ременной  технике  их  обеспечивает  своими  средствами  радиоэлект¬
роника.
 В  чем  секрет  ее  успехов?  Почему  именно  радиоэлектроника
взяла  на  себя  решение  труднейших  задач,  связанных  с  получе¬
нием,  передачей,  приемом  и  обработкой  информации?
 Электромагнитные  колебания,  которые  использует  радиоэлект¬
роника,  распространяются  в  пространстве  с  максимально  возмож¬
ной  скоростью  —  скоростью  света.  Отсюда  исключительное  быст¬
родействие  радиоэлектронной  аппаратуры.  Она  позволяет  иссле¬
довать  «мгновенные»  процессы,  скажем,  движение  пули  по  стволу
винтовки,  производить  сотни  тысяч  измерений  и  вычислений  в  се¬
кунду.
 Другое  непревзойденное  достоинство  радиоэлектронных  при¬
боров  —  высокая  чувствительность.  Они  способны  воспринимать
процессы,  мощность  которых  выражается  в  ваттах  десятичной
дробью  с  двумя  десятками  нулей  после  запятой!  И  в  то  же  время
радиоэлектронная  аппаратура  может  вырабатывать  колебания
мощностью  до  нескольких  миллионов  ватт.  Такой  мощности  до¬
статочно  для  передачи  информации  в  любую  точку  Солнечной  си¬
стемы.
 Точность,  обеспечиваемая  радиоэлектронными  приборами,  не
имеет  себе  равных  —  вспомните  хотя  бы  квантовый  эталон  вре¬
мени.  К  числу  бесспорных  достоинств  радиоэлектронной  аппара¬
туры  относятся  также  малые  весы  и  габариты.  Тенденция  к  мик¬
роминиатюризации  господствует  в  радиоэлектронике.  Современ¬
ные  радиоприборы  нередко  «монтируются»  в  полном  смысле
слова  из  отдельных  молекул.  Этим  занимается  молектроника  —
молекулярная  электроника.  Крошечному  полупроводниковому
кристаллу  филигранными  добавками  примесей  (один  атом  на  мил¬
лиард!)  придают  свойства  усилителя,  генератора  и  т.  п.  Получает¬
ся  так  называемая  интегральная  схема.  Термин  красноречивый:
ведь  слово  интеграл  означает  в  математике  сумму  бесконечно  ма¬
лых  величин!
 И,  наконец,  самый  главный,  обобщающий  «талант»  радиоэлект¬
 142

роники  —  универсальность,  приложимость  ее  методов  к  самым
различным  областям  науки  и  техники.  Электромагнитная  форма
энергии  отличается  акробатической  «гибкостью»  —  легко  преоб¬
разуется  в  иные  формы  энергии  (механическую,  тепловую).  Об¬
ратный  переход  столь  же  прост.  Значит,  с  исследуемого  физиче¬
ского  процесса  можно  снять  электромагнитный  «слепок»  и  обру¬
шить  на  него  весь  арсенал  радиоэлектронных  приборов!
 Выигрыш  в  точности,  удобстве,  изяществе  эксперимента  обес¬
печен.  Но  дело  не  только  в  этом.  Попробуйте  другим  способом  за¬
регистрировать  и  передать  на  Землю  информацию  о  физических
процессах,  происходящих  в  космосе!
 Проблема  информации  носит  комплексный  характер.  Каждый
из  ее  аспектов  —  самостоятельная,  притом  нелегкая  задача.  Ин¬
формация  никогда  и  никем  не  создается,  она  лишь  извлекается  из
окружающей  среды.  Как  это  сделать  наилучшим  образом  —  пер¬
вая  из  задач.  Информация  может  исчезнуть,  оказаться  утра¬
ченной.  Как  ее  сохранить  —  вторая  задача.  Под  воздействием
флуктуаций  («шумов»)  и  других  помех  информация  искажается.
Борьба  с  шумами,  искажающими  информацию  (то  есть  с  энтро¬
пией),—  третья  задача.  И,  наконец,  последняя  из  задач  —  передача
и  прием  ипформации.
 Все  эти  аспекты  в  той  или  иной  мере  затрагивает  наша  книга.
Информация  —  сигнал  —  колебание  —  волна,  таковы  звенья  еди¬
ной  цепи.  Недаром  теорию  информации  называют  также  общей
теорией  связи.  Поэтому  рассказ  о  колебаниях  и  волнах  не  может
не  быть  рассказом  об  информации.
 Возвращаясь  к  началу  раздела,  постараемся  ответить  на  воп¬
рос,  почему  проблема  информации  встала  во  весь  рост  именно
в  последние  годы.  Для  этого  нам  придется  сделать  еще  «шаг  на¬
зад»  и  заглянуть  в  раздел  «Удивительный  мир,  удивительная  эпо¬
ха».  Там  мы  рассмотрели  характерные  особенности  современной
научно-технической  революции  и  среди  них  отметили  лавинооб¬
разный  рост  количества  информации.
 «Миры  вскрываются  в  песчинках  малых»,—  писал  бельгийский
поэт  Эмиль  Верхарн  (1855—1916).  Проникнув  в  глубь  «песчинок
малых»,  человек  вызвал  «информационный  взрыв».  И  это  не  мета¬
фора,  не  образное  преувеличение,  а  термин,  все  чаще  встречаю¬
щийся  в  научной  литературе.
 «Специалисты  в  области  науковедения  установили,  что  поло¬
вина  того  научного  материала,  который  был  опубликован  за  всю
историю  развития  науки,  опубликована  в  последние  15—20  лет...
Графическим  выражением  роста  информации  считается  экспонен¬
циальная  кривая,  которая  представляет  собой  линию,  круто  под¬
нимающуюся  вверх.  Если  и  дальше  так  будет  продолжаться,  то
 143

научный  работник  будет  просто  захлестнут  лавиной  новой  инфор¬
мации»1.
 «Информационный  взрыв»  поставил  перед  научно-технической
революцией  гамлетовский  вопрос:  «Быть  или  не  быть?»  Естествен¬
но,  что  ученые  стремятся  обуздать  неуправляемую  лавину  инфор¬
мации,  проложить  для  нее  русло.
 Выход  из  положения  видят  в  создании  взаимосвязанных  ин¬
формационных  систем,  которые  со  временем  образуют  глобальный
информационно-измерительный  комплекс.  Хранением  и  обработ¬
кой  информации  будут  ведать  электронно-вычислительные
машины,  а  ее  передачей  и  приемом  —  многоканальные  линии
связи.
 Представьте  себе  мощный,  бурный,  стремительно  несущийся
поток,  в  котором  каждая  капля  имеет  невосполнимую  ценность,
отличается  от  других  неповторимым  своеобразием.  Как  рассорти¬
ровать  «капельки  знания»,  как  направить  их  по  нужному  адресу?
И,  главное,  какое  количество  каналов  связи  для  этого  понадо¬
бится?
 Поисками  решений  занимаются  сейчас  ученые.  Наша  планета
и  так  безнадежно  запуталась  в  паутине  проводов.  А  потребуется
их  в  миллионы  раз  больше.  Долой  провода,  да  здравствуют  элект¬
ромагнитные  волны,  свободно  распространяющиеся  в  пространст¬
ве?  Так-то  оно  так,  только  и  здесь  имеется  загвоздка  —  теснота
в  эфире.
 —  Не  беда,—  скажет  внимательный  читатель,—  на  световых
волнах  могут  одновременно  работать  многие  миллиарды  передат¬
чиков.
 Правильно,  могут.  Но  нельзя  ли  обойтись  без  этих  астрономи¬
ческих  цифр:  например,  передавать  по  одной  радиолинии,  на  од¬
ной  и  той  же  волне,  сразу  десятки,  сотни,  тысячи  сигналов?  Такое
«сокращение  штатов»  возможно  и  целесообразно.  Существуют
способы  «уплотнить»  эфир,  повысить  пропускную  способность
радиолиний.  Их  два:  временное  уплотнение  и  частотное  уплот¬
нение.
 Электромагнитные  колебания  могут  иметь  вид  последователь¬
ности  радиоимпульсов.  Какое-то  время  антенна  передатчика  излу¬
чает  волны.  Затем  следует  пауза.  Снова  «порция»  волн  и  опять
пауза.  Длительность  радиоимпульсов  обычно  составляет  микро¬
секунды,  длительность  пауз  —  миллисекунды.  Иначе  говоря,
пауза  бывает  в  сотни  и  тысячи  раз  продолжительнее,  чем  им¬
пульс.
 1 	Н.  В.  Марков.  Научно-техническая  революция:  анализ,  перспек¬
тивы,  последствия.  М.,  Политиздат,  1971.
 144

Пусть  длительность  импульсов  и  пауз  неизменна,  а  амплитуда
колебаний  меняется  от  импульса  к  импульсу  по  закону  передавае¬
мого  сообщения.  Тогда  мы  имеем  дело  с  амплитудно-импульсной
модуляцией.  Если  же  амплитуда  постоянна,  но  изменяется  дли¬
тельность  («ширина»)  импульсов,  то  происходит  широтно-им¬
пульсная  модуляция.  При  фазово-импульсной  модуляции  ампли¬
туда  и  длительность  импульсов  постоянны,  а  информация  зало¬
жена  в  моментах  возникновения  колебаний  (здесь  изменяются
паузы).
 Наиболее  совершенна  кодово-импульсная  модуляция.  В  этом
случае  периодически  повторяется  комбинация,  состоящая  из  не¬
скольких  близкорасположенных  импульсов.  Число  импульсов
в  комбинации  и  порядок  их  расположения  варьируются,  отражая
в  зашифрованном  виде  изменение  передаваемого  сигнала.
 Мы  убедились,  что  последовательность  импульсов,  как  и  гар¬
моническое  колебание,  может  быть  носителем  информации.  Нам
бросилось  также  в  глаза  «нерациональное»  использование  «рабо¬
чего  времени»  при  импульсной  передаче:  «непроизводительные»
паузы  длительностью  в  сотни  и  тысячи  импульсов.  И  вот  напра¬
шивается  «рацпредложение»  —  заполнить  паузы  «посторонними»
импульсами,  то  есть  импульсами,  входящими  в  другие  последова¬
тельности.
 В  этом  и  состоит  принцип  временного  уплотнения.  Его  мож¬
но  выразить  словами  Томаса  Фуллера  (1608—1661):  «Когда  по
наковальне  бьет  сразу  много  людей,  они  должны  соблюдать  по¬
рядок».
 Роль  наковальни  играет  у  нас  передатчик.  Через  него  прохо¬
дит  «сразу  много  сообщений»,  и,  чтобы  не  получилось  неразбери¬
хи,  «они  должны  соблюдать  порядок»  —  придерживаться  оче¬
реди.
 Допустим,  нужно  передать  девять  сообщений.  Значит,  пона¬
добится  столько  же  импульсных  последовательностей  плюс  еще
одна  —  для  сигналов  синхронизации.  Распределим  между  ними
«рабочее  время»  передатчика.
 В  каждой  последовательности  длительность  импульса  равна,
скажем,  микросекунде,  а  длительность  паузы  в  тысячу  раз  боль¬
ше.  В  паузе,  то  есть  в  интервале  времени  между  двумя  им¬
пульсами,  принадлежащими  к  одной  последовательности,  раз¬
местится  по  импульсу  каждой  из  девяти  других  последователь¬
ностей.
 Отсчет  начинаем  с  синхронизирующего  импульса,  который  от¬
личается  от  остальных,  например,  формой.  Спустя  100  микросе¬
кунд  «стартует»  импульс  сообщения  №  1,  еще  через  100  —  им¬
пульс  сообщения  №  2  и  т.  д.  После  того  как  умчится  в  простран¬
 145

ство  импульс  сигнала  №  9,  очередь  вновь  за  синхронизирующим1
импульсом.  Затем  все  повторяется.  Так  девять  баскетболистов  на
тренировке  поочередно  выполняют  «штрафные»  броски.
 Временное  уплотнение  позволяет  передавать  по  одной  радио¬
линии  несколько  десятков  сообщений  одновременно.  Каждое  со¬
общение  поступает  в  передатчик  по  отдельному  каналу.  Каналы
переключаются  коммутатором.  Соответствующие  переключения
производят  и  в  приемнике.  Синхронность  работы  коммутаторов
обеспечивается  импульсами  синхронизации.
 Из-за  трудности  коммутации  число  каналов  в  радиолиниях
с  временным  уплотнением  обычно  не  превышает  нескольких  де¬
сятков.  Поэтому  в  системах  радиорелейной  связи  применяется
преимущественно  не  временное,  а  частотное  уплотнение.  Вот  в  чем
состоит  его  принцип.
 Промодулируем  по  амплитуде  колебания  радиопередатчика
километровых  волн.  В  результате  модуляции  спектр  колебаний
усложнится:  кроме  несущей  частоты,  появятся  две  боковые  поло¬
сы  —  верхняя  и  нижняя,  причем  каждая  из  них  воспроизводит
спектр  модулирующего  звукового  сигнала.
 При  модуляции  происходит  транспонирование  спектра  звуко¬
вых  колебаний,  то  есть  их  «переселение»  вверх  по  шкале  частот
(в  нашем  примере  —  в  диапазон  километровых  волн).
 В  разделе  «Радиоволны  в  пространстве»  мы  подсчитали,  что*
диапазон  километровых  волн  способен  вместить  30  радиовеща¬
тельных  станций.  Соседние  несущие  частоты  передатчиков  раз¬
личаются  на  9  килогерц  (вспомним,  что  это  удвоенное  значение
ширины  спектра  звуковых  частот  при  радиовещании  с  амплитуд¬
ной  модуляцией).
 Допустим,  в  нашем  распоряжении  все  тридцать  передатчиков
и  для  каждого  приготовлено  свое  сообщение.  Сигналы  этих  радио¬
станций,  вместе  взятые,  образуют  так  называемый  групповой
спектр,  плотно,  без  пропусков  заполняющий  диапазон  километро¬
вых  волн.
 Остается  подключить  к  передатчикам  антенны.  Но  как  раз  это¬
го  делать  мы  не  станем.  А  возьмем  и  промодулируем  групповым
спектром  колебания  передатчика,  работающего,  скажем,  в  диапа¬
зоне  метровых  волн.  И  спектры  всех  тридцати  сообщений  окажут¬
ся  вторично  транспонированными,  причем  для  их  одновременной
передачи  достаточно  будет  одного-единственного  радиопередат¬
чика.
 Мы  могли  бы  с  таким  же  успехом  промодулировать  передат¬
чик  метровых  волн  групповым  спектром  трехсот  передатчиков  гек-
тометрового  диапазона  (конечно,  мощность  их,  как  и  в  предыду¬
щем  случае,  может  быть  совсем  невелика)  или  передатчик  деци¬
 146

метровых  волн  —  сигналами  трех  тысяч  декаметровых  передат¬
чиков.
 Возможности  частотного  уплотнения  почти  неограничены—
подсчитано,  например,  что  световой  луч  лазерного  передатчи¬
ка  запросто  «унесет»  с  собой  голоса  всех  жителей  земного
шара.
 Перейдем  теперь  на  противоположную  сторону  радиолинии.
Разделение  каналов  в  радиоприемнике  осуществляется  с  помощью
электрических  фильтров.  Их  должно  быть  столько  же,  сколько
сообщений.  Ширина  полосы  фильтра  определяется  спектром  зву¬
ковых  частот  (по  нашим  «радиовещательным»  условиям  она  со¬
ставляет  4500  герц,  но  для  разборчивости  речи  достаточно  3000).
Каждый  фильтр  вырезает  из  продетектированного  (и  тем  самым
возвращенного  в  кило-,  гекто-  или  декаметровый  диапазон)  груп¬
пового  спектра  полосу,  соответствующую  одному  из  сигналов.  Пос¬
ле  вторичного  детектирования  будут  выделены  звуковые  колеба¬
ния.
 Довольно  сложный  процесс  радиоприема  сигналов  с  частот¬
ным  уплотнением  можно  проиллюстрировать  с  помощью  такой
аналогии.  Если  взять  тысячу  шариков  разного  диаметра,  столько
же  сит,  тоже  с  неодинаковыми  ячейками,  поместить  сита  друг  над
другом,  чем  ниже,  тем  мельче  ячейки,  и  высыпать  в  верхнее  сито
все  шарики,  то  произойдет  сортировка:  в  каждом  сите  застрянет
по  шарику.  Размер  ячейки  образно  отражает  настройку  фильтра,
диаметр  шарика  —  «местоположение»  того  или  иного  сигнала
в  групповом  спектре.
 Так  удалось  «уплотнить  волну»,  заставить  ее  нести  не  одно,
как  прежде,  а  тысячи,  десятки  тысяч  сообщений.  В  целях  еще  бо¬
лее  рационального  использования  эфира  при  частотном  уплотне¬
нии  применяют  не  обычную  амплитудную  модуляцию,  а  однопо¬
лосную  (о  ней  говорилось  в  разделе  «Волна  и  мысль»).  Действи¬
тельно,  вся  информация  полностью  заключена  в  любой  из  двух
боковых  полос  амплитудномодулированного  колебания.  Следо¬
вательно,  вторая  боковая  полоса  только  зря  занимает  место  в
эфире.
 «Волна  под  прессом»  —  это  значит  ничего  лишнего,  ни  герца
свободной  или  нецелесообразно  используемой  частотной  «жил¬
площади».  А  нет  ли  еще  какой-нибудь  возможности  уплотнить
волну,  повысить  ее  информативность,  пропускную  способность
радиолинии?
 До  сих  пор  говорилось  об  «уплотнении»  электромагнитной  вол¬
ны,  но  возможна  еще  и  компрессия  речевого  сигнала.  В  сороковых
годах  Гомер  Дадли  изобрел  аппарат  для  анализа  и  синтеза  речи  —
вокодер  (от  английских  слов  Уо1се  —  голос,  Сойег  —  кодирующее
 447

устройство).  Со  спектральным  анализом  мы  уже  встречались.  Ана¬
лиз  речи  —  это  ее  «разборка»  на  отдельные  [мгновенные  компонен¬
ты  —  гармонические  колебания  с  различными  частотами  и  ампли¬
тудами.  Синтез  речи  —  обратная  операция.  Ее  цель  —  из  отдель¬
ных  «деталей»  —  гармоник  «собрать»  связную  речь.
 Как-то  в  детстве  я  рискнул  разобрать  («проанализировать»)
часики  моей  матери.  Мне  удалось  затем  их  собрать  («синтезиро¬
вать»).  Удивительно,  что  часики  пошли.  Еще  удивительней,  что
после  разборки  и  сборки  осталась  «лишняя»  деталь  —  я  то  ли  эрь
был,  то  ли  не  сумел  поставить  ее  на  место.  Словом,  «неприкаян¬
ная»  деталька  лежала  рядом  с  часами,  а  часы  шли.
 В  вокодерах  тоже  после  «разборки»  и  последующей  «сборки»
речи  остаются  лишние  «детали»,  и  все  же  речь  сохраняет  связ¬
ность.
 Спектр  частот  «телефонной»  речи,  занимающий  стандартную
полосу  шириной  3000  герц,  подается  на  параллельный  анализа¬
тор1  с  десятью-пятнадцатью  фильтрами  (ширина  полосы  пропус¬
кания  каждого  из  них  20—25  герц).  Фильтры  вырезают  из  спект¬
ра  речи  сравнительно  узкие  полоски,  которые  в  совокупности  за¬
нимают  около  300  герц.  Эти  полоски  «уплотняют»  —  подгоняют  по
оси  частот  впритык  друг  к  другу  (все  тот  же  принцип  частотного
уплотнения!).
 Полученный  спектр  звуковых  частот  (в  десять  раз  уже  перво¬
начального  —  компрессия  внушительная!  Ну,  а  теперь  можно
передать  сотни,  тысячи,  десятки  тысяч  таких  «спрессованных»  со¬
общений  по  многоканальной  радиолинии.
 После  разделения  каналов  в  радиоприемном  устройстве  необ¬
ходимо  еще  произвести  синтез  речи.  От  широкополосного  генера¬
тора  электрические  колебания  в  виде  шума,  -спектр  которого  равно¬
мерен  во  всей  полосе  звуковых  частот,  поступают  на  входы  такого
же  набора  фильтров,  какой  имеется  в  вокодере.  Фильтры  выреза¬
ют  узкие  полоски  частот,  причем  амплитуды  колебаний  на  входах
всех  фильтров  одинаковы.
 Остается  промодулировать  выходные  сигналы  по  амплитуде
в  соответствии  с  принятым  «уплотненным»  спектром,  и  синтез
речи  окончен.
 Интересно,  что  разборчивость  синтезированной  таким  образом
речи  достаточно  высока,  а  вот  натуральность  оставляет  желать
лучшего  —  звучание  получается  «машиноподобным».  Но  вокодеры
и  не  претендуют  пока  на  передачу  художественного  слова,  область
 1  О  параллельных  анализаторах  спектра  говорилось  в  разделе  «Алгеб¬
ра  и  гармония  колебаний».
 148

их  применения  —  служебная  или,  как  говорят  иначе,  «коммерче¬
ская»  телефония.
 Сейчас  созданы  различные  системы  вокодеров.  В  одной  из  них
используется  кодово-импульсная  модуляция.  Сигналы  передаются
двоичным  («цифровым»)  кодом.  При  этом  полоса  сигнала  полу¬
чается  сравнительно  широкой  —  те  же  3000  герц,  что  и  в  случае
обычной  телефонии.  Но  нужно  вспомнить  о  достоинствах  кодово¬
импульсной  модуляции  —  ее  высокой  помехозащищенности,  воз¬
можности  засекретить  сообщение  от  посторонних.
 Неуплотненный  сигнал  с  кодово-импульсной  модуляцией  за¬
нимал  бы  гораздо  большую  полосу.  Уплотнение  достигается,  как
и  в  раннее  описанном  вокодере,  выделением  из  всего  спектра  зву¬
ковых  частот  ряда  узких  полосок.  С  определенной  частотой  повто¬
рения  (допустим,  40  герц)  производятся  отсчеты  амплитуд  в  каж¬
дой  из  этих  полосок.  Полученные  значения  кодируются  в  виде
комбинаций  близкорасположенных  импульсов  и  поочередно,  по
принципу  временного  уплотнения,  передаются  в  эфир.
 Казалось  бы,  появление  вокодеров  исчерпало  возможности
компрессии  речевых  сигналов,  уплотнения  радиолиний.  Ничуть  но
бывало!
 Обычно  при  разговоре  по  телефону  каждый  из  двух  абонентов
молчит  в  среднем  половину  времени,  слушая  второго.  Иногда  во¬
обще  наступают  короткие  или  продолжительные  паузы.  Подсчи¬
тали,  что  канал  связи  используется  всего  на  35—40%.
 По  многоканальным  радиолиниям  одновременно  происходит
множество  переговоров,  но  пропускная  способность  все  же  имеет
пределы.  Она  может  быть  повышена  за  счет  использования  пауз.
Зачем  каналу  «пустовать»,  если  его  нетрудно  заполнить  другим
сообщением?
 В  такой  системе  замолчавший  абонент  тотчас  утрачивает  свои
«права»  на  канал.  А  как  только  начинает  говорить,  вновь  полу¬
чает  канал,  но  обычно  уже  другой.  За  порядком  «следит»  специ¬
альный  коммутатор.  Он  «запоминает»,  кто  с  кем  говорит  и  направ¬
ляет  информацию  по  нужному  «адресу»  через  любой  освободив¬
шийся  канал.
 При  этом  по  радиолинии,  насчитывающей  в  одном  направле¬
нии,  допустим,  100  каналов,  можно  вести  одновременно  200,  а  то
и  все  300  переговоров!
 Как  мы  торопимся  обычно,  говоря  по  междугороднему  телефо¬
ну,  а,  повесив  трубку,  зачастую  убеждаемся,  что  в  спешке  не  ска¬
зали  главного.  Недаром  английский  общественный  деятель  Уиль¬
ям  Пенн  (1644—1718)  советовал:  «Если  ты  дважды  подумаешь,
прежде  чем  один  раз  скажешь,  ты  скажешь  вдвое  лучше».
 И  вот  в  системе  с  «обобществленными»  каналами  этот  совет
 149*

оказывается  вполне  приемлем:  ведь  пауза,  необходимая  для  об¬
думывания,  не  входит  в  учитываемое  время  разговора.  Так,  судья
останавливает  секундомер,  когда  в  хоккейном  матче  возникает  ка-
кая-либо  заминка.
 Только,  пожалуйста,  уважаемые  читатели,  не  упрекайте  авто¬
ра  за  то,  что  все  эти  великолепные  многоканальные  системы  со
всевозможными  видами  уплотнения  еще  не  вошли  как  следует
в  наш  повседневный  быт.  Они  есть,  их  становится  все  больше.
Настанет  время,  когда  любой  житель  Земли  сможет  мгновенно
установить  контакт  с  кем-угодно  из  нескольких  миллиардов  своих
сограждан.  Об  этом  пишут  сейчас  фантасты.  К  этому  идет  тех¬
ника.

МАШИНЫ  ЧИТАЮЩИЕ  И  ГОВОРЯЩИЕ
 ...ОДИН  ТОЛЬКО  ЧЕЛОВЕК  ИЗ  ВСЕХ  ЖИВЫХ
СУЩЕСТВ  ОДАРЕН  РЕЧЬЮ...  РЕЧЬ  СПОСОБНА  ВЫРА¬
ЖАТЬ  И  ТО,  ЧТО  ПОЛЕЗНО  И  ЧТО  ВРЕДНО,  РАВНО
КАК  И  ТО,  ЧТО  СПРАВЕДЛИВО  И  ЧТО  НЕСПРАВЕД¬
ЛИВО.  ЭТО  СВОЙСТВО  ЛЮДЕЙ,  ОТЛИЧАЮЩЕЕ  ИХ
ОТ  ОСТАЛЬНЫХ  ЖИВЫХ  СУЩЕСТВ,  ВЕДЕТ  К  ТОМУ,
ЧТО  ЧЕЛОВЕК  СПОСОБЕН  К  ЧУВСТВЕННОМУ 	ВОС¬
ПРИЯТИЮ  ТАКИХ  ПОНЯТИЙ,  КАК  ДОБРО  И 	ЗЛО,
 СПРАВЕДЛИВОСТЬ  И  НЕСПРАВЕДЛИВОСТЬ...
 Аристотель
 Создание  синтезаторов  речи  приводит  к  мысли  об  установле¬
нии  непосредственного  речевого  контакта  между  человеком
и  электронной  машиной.  Разговор  с  машиной  —■  дело  реальное.
 Механические  «говорящие»  машины  были  известны  еще  два
столетия  назад. 	В 	1779 	году  Кратценштейн  получил  премию 	Им¬
ператорской 	Академии 	в 	Петербурге  за  сконструированные 	им
 акустические  резонаторы,  моделирующие  голосовой  тракт  че¬
ловека.  Роль  голосовых  связок»  играли  вибрирующие  плас¬
тинки.
 В  1791  году  немецкий  ученый  Кемпелен  продемонстрировал
более  сложную  'машину,  имитирующую  звуки  человеческого  голо¬
са.  Эта  машина  была  усовершенствована  Чарльзом  Уитстоном  (он
вошел  в  историю  науки  как  изобретатель  электрической  мостовой
схемы,  носящей  его  имя).
 Работы  Кемпелена  заинтересовали  юного  Александера  Грей¬
ама  Белла,  будущего  изобретателя  телефона.
 «Устройство  произвело  на  Белла  большое  впечатление,  и  он,
поощряемый  своим  отцом  (Александером  Мелвиллом  Беллом,  пре¬
подававшим,  как  и  его  отец,  ораторское  искусство),  начал  вместе
со  своим  братом  Мелвиллом  конструировать  собственный  говоря¬
щий  автомат.
 По  совету  отца,  мальчики  -попытались  скопировать  органы
речи...  Губы  представляли  собой  проволочный  каркас,  покрытый
резиной  и  набитый  хлопковым  ватином.  Полость  рта  ограничива¬
лась  резиновыми  щеками,  а  язык  был  сделан  из  деревянных
частей,  покрытых  резиновым  чехлом,  набитым  ватином.  Все  эти
элементы  с  помощью  рычагов  соединялись  с  клавиатурой  управ¬
ления.  От  жестяной  «гортани»  отходила  гибкая  трубка  —  аналог
дыхательного  горла.  Роль  отверстия  голосовых  связок  играла
натянутая  на  жестяной  опоре  резиновая  пленка  с  прорезанной
щелью.
 151

Белл  впоследствии  говорил,  что  это  устройство  можно  было
заставить  произносить  гласные  и  носовые  звуки,  а  также  связные
звукосочетания  (по-видимому,  достаточно  хорошо,  чтобы  привлечь
внимание  соседей)»1.
 На  Всемирных  выставках  1939  года  в  Нью-Йорке  и  1940  года
в  Сан-Франциско  демонстрировался  электрический  синтезатор.
Прошедшие  длительное  обучение  операторы  «исполняли»  на  этом
инструменте  вполне  разборчивую  речь.
 А  если  человек  способен  управлять  подобным  синтезатором,  то
почему  этого  не  сможет  сделать  электронная  машина?  Представим
себе  цепь  воздействий:  человек  —  микрофон  —  анализатор  спект¬
ра  —  электронная  машина.  И  наоборот:  электронная  машина  —
синтезатор  речи  —  громкоговоритель  —  человек.  Принципиальных
возражений  против  такой  структурной  схемы  нет,  но  ее  практиче¬
ская  реализация  потребует  еще  немалых  усилий.
 Машинное  распознавание  речевых  сигналов,  над  которым
сейчас  активно  работают  ученые  ряда  стран,  можно  рассматривать
как  частный  случай  более  общей  проблемы  машинного  распозна¬
вания  образов.
 Теория  распознавания  образов  относится  к  числу  новейших
научных  направлений.  Под  образом  в  науке  понимают  совсем  не
то,  что  в  повседневной  жизни.  Примером  образа  может  послужить
любая  буква  алфавита.  Ее  пишут  разными  почерками,  печатают
различным  шрифтом.  Множество  начертаний  буквы  в  совокупно¬
сти  и  создает  образ.  Начертания  не  всегда  похожи,  но  их  объеди¬
няют  общие  признаки,  характерные  именно  для  этой  буквы  и  по¬
зволяющие  распознать  ее  среди  других.
 Значит,  образ  —  понятие  собирательное,  обобщающее.  А  вот
изображение  образа  должно  быть  предельно  конкретным.  В  нашем
примере  это  буква,  отпечатанная  строго  определенным  шрифтом.
Напишем  ту  же  самую  букву  от  руки.  Изображение  стало  совсем
иным,  образ  же  сохранился.  Мы  можем  сменить  десятки  и  сотни
изображений,  причем  все  они  будут  по-прежнему  относиться
к  одному  и  тому  же  образу.  Это  свойство  образа  и  позволяет
людям  общаться,  понимать  друг  друга.
 Сложнее  обстоит  дело  с  общением  между  человеком  и  элек¬
тронной  машиной.  Сейчас  человек  обращается  к  машине  посред¬
ством  перфокарт  или  перфолент.  Их  нужно  готовить  заранее,
а  это  долгое  и  трудоемкое  дело.  Десятки  часов  затрачивает  чело¬
век,  чтобы  перевести  задачу  на  «машинный  язык»,  а  машина
«проглатывает»  ее  буквально  за  секунды.
 1 	Джеймс  Л.  Фланаган.  Анализ,  синтез  и  восприятие  речи.
М.,  «Связь»,  1968.
 152

Необходимо  «читающее  устройство»,  с  помощью  которога
электронная  машина  могла  бы  непосредственно  воспринимать  ин¬
формацию  в  виде  обычного  текста.  Такие  устройства  уже  созданы
и  у  нас,  и  за  рубежом.  Вильнюсский  завод  счетных  машин  разра¬
ботал,  например,  автоматическое  устройство,  способное  читать
машинописный  текст  со  скоростью  свыше  двухсот  знаков  в  се¬
кунду,  допуская  при  этом  не  более  одной  ошибки  на  100  ООО
прочитанных  знаков.
 Действие  читающей  машины  основано  на  распознавании  обра¬
зов.  Изображение  каждого  знака  —  буквы,  цифры,  запятой  и  т.  п.
проецируется  на  экран  и  поочередно  сравнивается  с  эталонными
изображениями,  хранящимися  в  «памяти»  устройства.  Совладение
изображений  свидетельствует,  что  знак  распознан.
 Важную  роль  играет  оптическая  система.  Прежде  чем  машина
сможет  распознать  знак,  его  необходимо  найти  и  установить  в  поле
зрения  объектива.  Чтение,  как  обычно,  начинается  с  левого  знака
верхней  строки.  Как  только  он  будет  найден  и  распознан,  машина
перейдет  к  поиску  и  распознаванию  очередного  знака.  Конец
строки  определяется  по  отсутствию  знаков  в  поле  зрения  объек¬
тива.  Теперь  машина  должна  разыскать  следующую  строку
и  пройти  ее,  знак  за  знаком,  слева  направо.
 Министерство  связи  СССР  разработало  систему  автоматизиро¬
ванной  сортировки  писем.  Она  производится  на  основе  шести¬
значных  цифровых  индексов.  Каждому  населенному  пункту  при¬
своен  определенный  индекс.  Цифры,  образующие  индекс,  «сти¬
лизованы»,  т.  е.  пишутся  по  определенному  шаблону.  Делается
это  для  того,  чтобы  облегчить  работу  читающим  машинам,
предназначенным  для  сортировки  корреспонденции.
 Распознавание  образов  отнюдь  не  исчерпывается  «машинным
чтением»,  это  лишь  одно  из  возможных  направлений  в  развитии
новой  науки.  Ведь  образ  —  эго  не  только  буква,  но  и  любая  геомет¬
рическая  фигура,  предмет  или  физическое  явление,  в  том  числе
и  звук.
 Голос  мужчины  звучит  совсем  по-иному,  чем  голос  женщины
или  ребенка.  И  все  же  мы  понимаем  друг  друга,  общаемся  между
собой.  Звучание  одного  и  того  же  слова  может  быть  громким  и  ти¬
хим,  быстрым  и  медленным,  глухим  и  звонким.  А  смысловой
образ,  независимо  от  индивидуальной  звуковой  «окраски»  множест¬
ва  изображений,  один  и  тот  же.
 Было  проведено  большое  число  экспериментов  с  целью  опреде¬
лить  пропускную  способность  человека  как  «канала  передачи
информации».  Выяснилось,  что  никто  из  обследованных  не  в  состо¬
янии  воспринимать  и  усваивать  информацию  со  скоростью  более
50  двоичных  единиц  в  секунду.  Самая  быстрая  речь  в  пересчете
 153

на  письменный  эквивалент  не  превышает  этой  скорости  (установ¬
лено,  что  средняя  информация,  содержащаяся  в  одной  букве  текс¬
та,  порядка,  одной  двоичной  единицы;  исходя  из  этого  вы  можете
проверить  свою  «пропускную  способность»).
 И  вот  инженеры  всполошились:  как  же  так,  информативность
речи  и  пропускная  способность  телефонного  канала  несопостави¬
мы:  стандартная  полоса  частот  шириной  3000  герц  позволяет  пере¬
давать  информацию  со  скоростью  не  50  двоичных  единиц  в  секун¬
ду,  а  30  000,  то  есть  в  600  раз  быстрее!
 Напрашивается  вывод,  что  речь  содержит  огромное  количество
избыточной  информации.  В  этом  нетрудно  убедиться.  Зачастую
мы  узнаем  говорящего,  не  видя  его.  Информация,  позволяющая  по
голосу  «установить  личность»,  не  имеет  ничего  общего  с  содер¬
жанием  самого  разговора.  Она  выходит  за  рамки  сообщения.  Ведь
оттого,  что  мы  узнаем  диктора,  содержание  читаемых  им  «послед¬
них  известий»  не  изменится!
 Устранив  часть  избыточной  информации,  можно  уменьшить
требуемую  для  передачи  речевых  сигналов  пропускную  способ¬
ность  канала  связи  до  1000  —  2000  двоичных  единиц  в  секунду.
Это  и  достигается  с  помощью  вокодеров.
 Однако  они  «препарируют»  речь  в  значительной  мере  наугад.
Оставив  от  спектра  слишком  узкие  полоски,  можно  «вместе  с  во¬
дой  выплеснуть  и  ребенка»,  то  есть  наряду  с  избыточной  инфор¬
мацией  лишиться  и  полезной.  Неудивительно,  что  даже  после  ком¬
прессии  речь  содержит  в  20  —  40  раз  больше  двоичных  единиц
информации,  чем  ее  письменный  эквивалент.  Такой  запас  необхо¬
дим,  чтобы  речь  осталась  разборчивой.
 Теория  распознавания  образов  подсказывает  другой  путь:  вы¬
являть  в  спектре  акустического  сигнала  составляющие,  несущие
в  себе  нужную  информацию  —  «смыслоразличительные  элементы»
речи.  В  совокупности  они  дают  образ  того  или  иного  слова,  отли¬
чающийся  от  множества  изображений  своей  рациональностью,
отсутствием  второстепенных  деталей,  носящих  индивидуальный
характер.
 Распознать  смысловой  образ,  заключенный  в  речевом  сигнале,
гораздо  труднее,  чем  образ  письменного  или  печатного  текста.
Ведь  и  сами  эти  образы  несопоставимы  по  сложности.
 Несмотря  на  низкую  пропускную  способность,  человек  пред¬
ставляет  собой  изумительно  совершенную  анализирующую  и  рас¬
познающую  систему.  Акустико-механические  процессы,,  происхо¬
дящие  в  ухе,  исследованы  полно,  хотя  и  совсем  недавно  (экспе¬
рименты,  выполненные  Бекеши,  отмечены  Нобелевской  премией
1961  года).
 Чувствительные  к  механическим  колебаниям  клетки  уха  соеди¬
 154

нены  с  мозпом  слуховым  нервом,  содержащим  примерно  30  000
клеток  —  нейронов.  Нерв  —  это  одновременно  электромеханический
преобразователь  и  линия  связи.  Любопытно,  что  передача  инфор¬
мации  по  нему  происходит  в  импульсном  режиме.
 При  возбуждении  нейрон  генерирует  электрический  импульс
длительностью  около  миллисекунды,  после  чего  наступает  период
нечувствительности  —  пауза,  продолжающаяся  от  одной  до  трех
миллисекунд.  Таким  образом,  нейроны  имеют  лишь  два  со¬
стояния  —  активное  и  заторможенное  (все  тот  же  двоичный
код!).
 В  отличие  от  акустико-механических  процессов  нейроэлектри-
ческие  процессы  исследованы  еще  недостаточно.  Не  изучен  и  ме¬
ханизм  слухового  восприятия  в  целом.  Поиск  продолжается,  при¬
чем  активно,  как  того  требует  важность  проблемы.  И  не  только
физиологи  заинтересованы  в  ее  успешном  решении.  Изучением
нервной  системы  и  моделированием  нейронов  и  нейронных  сетей
занимается  также  наука  бионика,  пограничная  между  биологией
и  техникой.  Она  решает  инженерные  задачи  на  основе  анализа
структуры  и  жизнедеятельности  организмов.  Возникновение
бионики  относят  к  1960  году,  когда  в  Дайтоне  (США)  состоял¬
ся  симпозиум,  официально  закрепивший  рождение  новой
науки.
 Исследования  нервной  системы  выявили  ее  неоспоримые  преи¬
мущества  перед  самыми  совершенными  электронными  машинами
современности.  Одно  из  преимуществ  относится  к  интересующему
нас  аспекту  —-  способности  распознавать  образы.
 Будучи  по  замыслу  своих  создателей  «подражательной»  нау¬
кой,  бионика  не  стесняется  брать  уроки  у  природы.  В  организме
обработкой  информации,  воспринятой  органами  слуха,  зрения
и  др.,  ведают  мозговые  центры.  Бионика  создает  их  модели,  так
называемые  персептроны  —  «самообучающиеся»  системы,  способ¬
ные  выполнять  логические  функции  опознавания  и  классифика¬
ции.  Персептрон  формирует  код,  однозначно  соответствующий
звуковому,  зрительному  или  иному  образу.  Персептроны  «накап¬
ливают  знания»  в  результате  постепенной  тренировки,  а  после
«обучения»  начинают  действовать  самостоятельно.
 Принцип  персептрона  используется  в  читающих  машинах.  По
этому  же  принципу  будут  действовать  машины,  распознающие
речевую  информацию.  Как  уже  отмечалось,  их  осуществление
потребует  еще  немалых  усилий.  Вместе  с  синтезаторами  речи
персептроны  позволят  человеку  и  электронно-вычислительной  ма¬
шине  стать  собеседниками.
 Пожалуй,  наиболее  трудноосуществимая  задача  —  создание
машин,  способных  к  восприятию  разнообразной  зрительной  ин¬

формации.  Их  простейший  частный  случай  —  читающая  машина.
Но  мир  зрительных  образов  неизмеримо  богат.  Через  орган  зре¬
ния  в  мозг  человека  поступает  большая  часть  информации.  Глаз
содержит  примерно  сто  миллионов  чувствительных  к  свету  кле¬
ток  —  фоторецепторов.  Около  миллиона  нейронов  связывают  их
с  мозгом.  Уже  одни  эти  цифры  дают  представление  о  том,  как
сложно  промоделировать  человеческое  зрение.
 Но  «трудность  каждая  в  нас  только  силы  множит»  (Вер-
харн).

РАДИОСВЯЗЬ  С  МОЗГОМ
 САМЫМ  ВЫДАЮЩИМСЯ  ДОСТИЖЕНИЕМ  ЧЕЛОВЕ¬
КА  БУДЕТ  ПОКОРЕНИЕ  СВОЕГО  СОБСТВЕННОГО
МОЗГА.
 Человеческий  мозг  —  изумительное  творение  природы,  продукт
долгого  эволюционного  развития.  Он  содержит  от  десяти  до  ста
миллиардов  нейронов.  Ни  одна  современная  электронно-вычис¬
лительная  машина  не  может  обладать  таким  числом  триггерных
ячеек2.  Зато  мозг  не  в  состоянии  так  быстро  усваивать  и  обраба¬
тывать  информацию,  как  это  делает  его  электронная  модель.
 В  предыдущем  разделе  мы  выяснили,  что  человек  способен
усваивать  информацию  со  скоростью  не  более  50  двоичных  единиц
в  секунду.  Ограничение  в  скорости  не  случайно.  Вспомните,  что
нейрон  слухового  нерва  может  вырабатывать  импульс  лишь  один
раз  в  несколько  миллисекунд.  Низкая  «производительность»  нерв¬
ных  клеток  —  вот  в  чем  причина  инерционности  человеческого
мышления.
 Медлителен,  утомляем,  уязвим  —  сто  лет  назад  мало  кто  от¬
важился  бы  предъявить  столь  суровые  обвинения  нашему  мозгу.
Полет  мысли  считался  олицетворением  быстроты  —  ведь  тогда  не
знали  космических  ракет  и  никто  не  вел  счет  времени  на  миллисе¬
кунды.
 Сегодня  мы  умеем  отсчитывать  тысячные  доли  микросекунд,
и  уже  не  полет,  а  медленное  вращение  жерновов  ассоциируется
с  работой  мысли.  Гигантские  потоки  информации  захлестывают
мозг  —  только  успевай  усваивать  ее,  перерабатывать,  множить.
А  намного  ли  изменился  мозг  человеческий,  скажем,  за  последнюю
тысячу  лет?  И  вот,  преклоняясь  перед  совершенством  своего  мозга
и  негодуя  на  его  ограниченность,  человек  вступил  в  спор  с  эво¬
люцией.
 Мыслящая  машина,  искусственный  разум.  Совсем  недавно  эти
 1 	Выдающийся  испанский  гистолог  конца  XIX  —начала  XX  в.
 2 	Триггерная  ячейка  —  электронный  аналог  нервной  клетки.
Обладает  способностью  запоминать  двоичную  информацию  (одно  из  двух
устойчивых  состояний  —  0,  другое  —  1).
 157
 Сантьяго  Рамон-и-Кахаль1

термины  вызывали  бурную  дускуссию.  Одни  признавали  возмож¬
ность  машинного  мышления,  другие  отвергали  ее,  считая,  что
электронный  мозг  в  принципе  не  способен  конкурировать  с  чело¬
веческим.  Главный  аргумент  против  мыслящей  машины  видели
в  гигантском  «количественном»  превосходстве  человеческого  моз¬
га.  Дескать,  ни  электронные  лампы,  ни  транзисторы,  ни  даже
интегральные  схемы  не  позволят  «втиснуть»  миллиарды  триггеров
в  приемлемые  габариты.
 Но  вот  ученые  разработали  теорию  так  называемого  трехмер¬
ного  запоминающего  устройства  на  твердом  теле  (кристалле).
Запись  и  считывание  информации  предполагается  осуществлять
с  помощью  лазерного  луча.  «Клеткой»  такого  «мозга»  будет  эле¬
мент  кристалла,  соизмеримый  с  длиной  световой  волны.  В  каждом
кубическом  сантиметре  трехмерного  запоминающего  устройства
поместится  по  меньшей  мере  столько  же  информации,  сколько
(теоретически!)  заключено  в  человеческом  мозге.  И  это  при  колос¬
сальном  быстродействии,  неутомимости,  полном  отсутствии  забыв¬
чивости,  рассеянности,  нелогичности.
 Как  видим,  количественное  различие  между  нашим  мозгом
и  его  электронной  моделью  нельзя  считать  незыблемым.  А  что
еще  говорит  в  пользу  исключительности,  невоспроизводимости  че¬
ловеческого  интеллекта?
 «Внимание  —  вот  материал,  из  которого  сделана  память,  а  па¬
мять  представляет  собой  аккумулятор  человеческого  гения»,—
заметил  Лоуэлл1.  Но  если  память  машины  превзойдет  человече¬
скую,  а  к  тому  идет  дело,  то  не  окажется  ли  электронная  машина
гениальнее  человека?
 Одну  из  своих  работ  Норберт  Винер  так  и  назвал:  «Машина
умнее  своего  создателя».
 «...Д-р  Эшби  полагает,—  писал  Винер,—  что  можно  действи¬
тельно  создать  машины,  которые  были  бы  умнее  своих  создателей*
и  в  этом  я  с  ним  совершенно  согласен».
 Древнегреческий  драматург  Софокл  (примерно  497  —  406  гд\
до  н.  э.),  словно  предвидя  возможность  такой  ситуации,  восклик¬
нул:  «Как  страшен  может  быть  разум,  если  он  не  служит  чело¬
веку!»
 Страх  перед  превосходством  машинного  разума  сквозит  в  рабо¬
тах  многих  философов  и  ученых.  Автор  книги  «Искусственное
мышление»  Пьер  де  Латиль  так  рисовал  будущее  человеческого
общества:  «Коллегия  экспертов,  а  над  ними  сказочные  машины  —
вот  каким  можно  вообразить  себе  управление  планетой  в  отдален-
 1 	Джеймс  Рассел  Лоуэлл  (1813—1891)  —  американский  дип¬
ломат,  поэт  и  критик.
 158

ныс  грядущие  века.  И  машины,  приказывающие  экспертам,  кото¬
рые  их  сделали.  И  эксперты,  приказывающие  толпе  от  имени
непогрешимых  святых  помазанников  —  машин.  Сам  Уэллс  не  вы¬
думал  ничего  похожего...»
 Один  из  пионеров  кибернетики  Вильям  Роуз  Эшби  утверждал,
что  «когда  машина  на  самом  деле  разовьет  свои  способности,  она
рано  или  поздно  высвободится  из-под  контроля...  мы  не  в  состоя¬
нии  будем  осознать,  как  будет  уже  решено,  что  отныне  люди,
обслуживающие  машины,  стали  для  них  не  нужны».
 Что  можно  противопоставить  этим  мрачным  прогнозам?  По¬
жать  плечами:  стоит  ли,  мол,  гадать,  что  будет  в  «отдаленные
грядущие  века»?  Поступить  так  —  значит  уклониться  от  обсужде¬
ния  серьезной,  несмотря  на  всю  её  фантастичность,  проблемы.
Тревога  за  судьбы  человечества  закономерна.  Ведь  если  электрон¬
ный  мозг  в  своем  развитии  поравняется  с  человеческим,  то  что
удержит  его  на  этом  рубеже?
 Профессор  физиологии  Иейльского  университета  Хозе  Дельга¬
до,  один  из  крупнейших  исследователей  мозга,  справедливо  отме¬
чает:  «Созданные  нами  машины  в  миллион  раз  чувствительнее
наших  органов  чувств,  сильнее  наших  мышц  и  несравненно
быстрее,  чем  мы,  перерабатывают  информацию...  Все  эти  успехи
опять-таки  ставят  вопрос  о  нашей  ответственности  за  выбор  целей,
к  достижению  которых  следует  стремиться»1.
 А  может,  лучше  закрыть  дорогу  мыслящим  машинам,  пока
дело  не  дошло  до  «кибернетического»  рабства  или  даже  физиче¬
ского  вырождения  человечества?  Помните,  в  «Энеиде»  Вергилия2:
 «Дальше  ни  шагу  не  сметь!»  —  воскликнул  гневно  Юпитер».
 Но,  увы,  остановить  прогресс  мы  не  в  силах,  да  и  не  в  наших
это  интересах.
 «Кибернетическому»  рабству  иногда  противопоставляют  кибер¬
нетическое  «рабовладение».  Рецепт  прост:  «удерживая  машины
под  контролем»,  эксплуатировать  их  умственное  превосходство.
Но  достойно  ли  это  человека?  Ведь  мыслящая  «машина»  —  и  не
машина  вовсе.  Просто  прижился  у  нас  архаичный  и  унизитель¬
ный,  что  ли,  термин  —  не  придумали  взамен  более  точного.  Ви¬
дать,  не  укладывается  в  нашем  сознании  возможность  качествен¬
ного  скачка  от  неживого  к  живому,  от  привычной  биологической
формы  существования  к  иной,  не  поддающейся  пока  определению.
 Ничего  не  скажешь,  в  трудное  мы  попали  положение.  Но  безвы¬
ходным  его  назвать  нельзя.  Утверждая,  что  машина  может  стать
 1 	X.  Дельгадо.  Мозг  и  сознание.  М.,  «Мир»,  1971.
 2 	Марон  Публиций  Вергилий  (70—19  гг.  до  н.  э.),  римский
 поэт.
 159

умнее  своего  создателя,  Винер  имел  в  виду  «мыслящую  маши-
<ну»  будущего,  а  человека  —  таким,  каков  он  есть  сейчас.  Но  ведь
человек  тоже  может  «поумнеть».  Конечно,  было  бы  наивно  ждать,
что  природа  спохватится  и  спешно  усовершенствует  свое  любимое
детище.  Позаботиться  о  себе  придется  самому  человеку.
 До  сих  пор  процесс  развития  мышления  был  эволюционным.
Настала  пора  революцконировать  его.  Для  этого  потребуется
дерзновенно  вторгнуться  в  святая  святых  человеческого  организ¬
ма  —  мозг.
 Нервная  система  —  это  по  существу  автоколебательная  систе¬
ма.  В  ней  непрерывно  происходят  сложные  биоэлектрические  про¬
цессы.  Организм  взаимодействует  с  окружающей  средой.  Внешние
воздействия  могут  существенно  изменять  режим  «автоколебатель¬
ной  системы».  С  помощью  .вживленных  в  мозг  электродов  удается
навязывать  животному  или  человеку  определенное  поведение.  Вот
что  говорит  об  этом  X.  Дельгадо: 	«В  наш  век  техники  привы¬
 каешь  к  мысли,  что  механизмами  можно  управлять  на  расстоянии,
по  радио.  Нажав  кнопку  в  автомобиле,  можно  открыть  или  закрыть
двери  гаража;  не  поднимаясь  с  удобного  кресла  —  переключить
телевизор  на  другую  программу  и  изменить  громкость  звука
при  помощи  миниатюрного  устройства  для  телеуправления;  даже
полетом  спутников  сегодня  управляют  с  Земли  специальные  стан¬
ции.  Эти  достижения  подводят  нас  к  мысли,  что  управление  на
расстоянии  функциями  живых  организмов  —  дело  вполне  осуще¬
ствимое.  Кошку,  обезьяну  и  человека  можно  заставить  согнуть
конечности,  отказаться  от  пищи  или  испытать  эмоциональное  воз¬
буждение  под  влиянием  электрических  сигналов,  достигающих
глубинных  структур  их  мозга,  причем  эти  сигналы  эксперимен¬
татор  целенаправленно  посылает  по  радио».
 Машина  вырастает  в  мыслителя,  царь  природы,  «венец  творе¬
нья»  —  человек  превращается  в  телеуправляемого  «робота».  Это
кощунственно,  аморально!  Но  ведь  любое  научное  открытие  может
быть  использовано  во  имя  добра  или  зла,  в  целях  разрушения  либо
созидания.  Атомная  энергия  способна  сметать  города  или  воздви¬
гать  их,  космическая  ракета  —  нести  водородный  заряд  или  мир¬
ный  искусственый  спутник  Земли.  Так  и  электронное  управление
работой  мозга  способно  поработить  и  обезволить  человека  либо
превратить  его  в  гения,  вознести  на  новую  ступень  мышления.
 Еще  в  тридцатых  годах  немецкий  физиолог  Гесс  научился
вживлять  в  мозг  животных  очень  тонкие  проволочные  электроды.
В  начале  пятидесятых  годов  техника  имплантации  (вживления)
электродов  была  усовершенствована.  С  помощью  микроманипу¬
ляторов  и  пространственной  системы  координат  стало  возможным
вживлять  электроды  в  заранее  выбранные  участки  мозга.
 160

«Нейрохирурги  уже  давно  доказали,  что  мозг  отнюдь  не  столь
хрупкое  образование,  как  это  принято  думать;  во  время  хирурги¬
ческих  операций  участки  нервной  ткани  замораживают,  коагули¬
руют  и  удаляют  без  каких-либо  серьезных  последствий  для  боль¬
ного.  Диагностическая  пункция  желудочков  мозга  —  хорошо
известная  и  относительно  безопасная  нейрохирургическая  манипу¬
ляция,  а  поскольку  диаметр  электрода  меньше,  чем  диаметр  пунк-
ционной  иглы,  то  его  введение  еще  менее  травматично.  Опыт
подтвердил  безопасность  вживления  электродов  в  мозг  человека
на  длительные  сроки,  и  этот  метод  уже  давно  применяют  в  спе¬
циализированных  клиниках  многих  стран  мира  для  лечения  ты¬
сяч  больных,  страдающих  от  эпилепсии...  и  других  заболеваний
нервной  системы»  (X.  Дельгадо).
 Десятки  тончайших  электродов  из  золота  или  платины  могут
годами  и  десятилетиями  находиться  в  мозгу,  не  причиняя  беспо¬
койства  и  не  вызывая  побочных  явлений.
 С  помощью  микроминиатюрных  радиопередатчиков  и  прием¬
ников  можно  осуществлять  телеметрическую  регистрацию  био¬
токов  мозга  на  расстоянии.  Возможна  и  обратная  связь:  при  появ¬
лении  тревожных  сигналов,  свидетельствующих,  например,  о
приближении  эпилептического  припадка,  на  определенные  элект¬
роды  автоматически  поступают  электрические  колебания,  оказы¬
вающие  тормозящее  действие.  Опасность  припадка  тем  самым
устраняется.
 Подобные  системы:  человек  —  электронно-вычислительная  ма¬
шина  —  человек,  охваченные  обратной  связью,  уже  промоделиро¬
ваны  на  обезьянах.  Опытным  путем  доказана  возможность  уста¬
новления  «двусторонней  радиосвязи»  между  мозгом  и  электрон¬
ной  машиной,  минуя  органы  чувств.
 «Радиосвязь  с  мозгом»  открывает  пути  к  спасению  больных
людей.  Но  она  перспективна  не  только  для  успешного  лечения
нервно-психических  заболеваний.
 Электронный  мозг  непосредственно  подключен  к  человеческо¬
му  —  подумайте  только,  какие  в  этом  заложены  возможности!
Возьмем,  например,  автоматическое  обучение  путем  прямой  пода¬
чи  информации  в  соответствующие  отделы  мозга.  Электронная
машина  с  ее  быстродействием,  неутомимостью,  потенциальной
способностью  к  почти  неограниченному  совершенствованию  мо¬
жет  превратиться  в  «добавочный  агрегат»  человеческого  мозга.
 Разве  не  означало  бы  это  революцию  в  развитии  мышления?
 0  А.  Плонский

«НЕПОДТВЕРДИВШАЯСЯ»  ГИПОТЕЗА
 КАЖДЫЙ  ВСЛИКИЙ  УСПЕХ  НАУКИ  ИМЕЕТ  СВОИМ
ИСТОКОМ  ВЕЛИКУЮ  ДЕРЗОСТЬ  ВООБРАЖЕНИЯ.
 Дьюи!
 Непосредственная  связь  с  мозгом,  электронная  стимуляция
мышления  все  еще  кажутся  фантастикой.  Но  «родственные»  от¬
ношения  между  человеком  и  машиной  уже  существуют.  Жизне¬
деятельность  человеческого  организма  во  время  операций  поддер¬
живают  искусственные  почки,  сердце  и  легкие.  Это  еще  громозд¬
кие  стационарные  устройства,  да  и  действуют  они  лишь
ограниченное  время,  однако  пройдут  года  или  десятилетия,  и  не
в  диковинку  будет  человек  с  «машинными»  почками,  как  сегодня  —
с  сердечными  клапанами  из  пластмассы  или  вживленным  в  орга¬
низм  электронным  стимулятором  (о  нем  говорилось  в  разделе
«Биологические  часы»).
 Машина  внедряется  в  заповедные  недра  нашего  организма.
Успех  этого  «мирного  вторжения»  обусловлен  общностью  процес¬
сов,  происходящих  в  живой  ткани  и  в  электронных  устройствах.
Для  нас  уже  не  новость,  что  процессы  возбуждения  и  торможения,
происходящие  в  организме,  связаны  с  возникновением  и  переда¬
чей  импульсов  —  биоэлектрических  потенциалов.
 Итальянский  анатом  и  физиолог  Луиджи  Гальвани  (1737  —
1798)  заметил,  что  препарированные  лапки  лягушки  сокращаются
цод  воздействием  электрической  машины.
 «Я  разрезал  лягушку  и  положил  ее  безо  всякого  умысла  на
стол,  где  на  некотором  расстоянии  стояла  электрическая  маши¬
на,—  писал  впоследствии  Гальвани.—  Случайно  один  из  моих
ассистентов  дотронулся  до  нерва  лягушки  концом  скальпеля,  и  в
тот  же  момент  лапки  содрогнулись  как  бы  в  конвульсиях.  Другой
ассистент,  обыкновенно  помогавший  мне  в  опытах  по  электриче¬
ству,  заметил,  что  явление  это  происходило  лишь  тогда,  когда  из
кондуктора  машины  извлекалась  искра».
 Продолжая  опыты,  Гальвани  обнаружил,  что  лапка  содрога¬
 1  Американский  философ  и  педагог.
 162

лась  и  в  том  случае,  если  к  лягушке  притрагивались  некоторыми
металлическими  предметами.  Но  он  не  обратил  внимания  на  то,
что  эффект  наблюдался  лишь  когда  эти  предметы  были  из  разных
металлов.
 В  1791  году  Гальвани  высказал  гипотезу  о  существовании
«животного  электричества»,  против  которой  выступил  другой  ве¬
ликий  итальянец  —  физик  и  физиолог  Вольта  (1745  —  1827).
 Гальвани  отделял  лишь  шаг  от  создания  «гальванического
элемента».  Этот  завершающий  шаг  сделал  не  он,  а  Вольта.
Открытие  нового  принципа  получения  электрического  тока  было
крупным  научным  достижением.  Оно  заслонило  собой  «неподтвер-
дившуюся»  гипотезу  Гальвани.  Долгое  время  считалось,  что  в  на¬
учном  споре  двух  соотечественников  безоговорочно  победил  Вольта.
 «...Верное  толкование  факта,  замеченного  Гальвани,  принадле¬
жит  его  современнику  и  противнику  Александру  Вольте,  который...
решительно  отверг  гипотезу  животного  электричества...»1.
 Но  давайте  вдумаемся  в  слова  Гальвани:  «...Нечто  вроде  тон¬
кой  нервной  жидкости  (подобно  электрическому  разряду  в  лей¬
денской  банке)  совершает  переход  от  нервов  к  мускулам,  когда
происходит  содрогание».  В  этих  словах  —  основа  учения  о  био¬
электрических  потенциалах.  Догадка  Луиджи  Гальвани  тем  более
гениальна,  что  подтвердить  ее  опытным  путем  удалось  лишь
в  середине  следующего,  XIX  века,  а  осмыслить  по-настоящему
(как  свидетельствует  хотя  бы  цитата  из  Брокгауза  и  Ефрона)
и  того  позже.
 В  1848  году  немецкий  физиолог  Дюбуа-Реймон  доказал  сущест¬
вование  биоэлектрических  потенциалов  в  нервах  и  мышцах.  Но
несовершенство  приборов  того  времени  не  позволило  ему  зареги¬
стрировать  миллисекундные  импульсы,  распространяющиеся  в
нейронных  сетях.  Это  удалось  сделать  лишь  в  1886  году  Ю.  Берн¬
штейну.
 Более  подробное  изучение  биоэлектрических  потенциалов  стало
возможным  благодаря  электронным  усилителям  и  осциллографам.
Микроэлектродная  техника  позволила  «заглянуть»  внутрь  клетки.
Выяснилось,  что  в  состоянии  покоя  между  внутренним  содержи¬
мым  живой  клетки  и  омывающей  ее  жидкостью  существует  раз¬
ность  потенциалов  примерно  60—90  милливольт.  «Стенка»  клет¬
ки  играет  роль  мембраны,  проницаемой  для  электрически  заря¬
женных  атомов  —  положительных  ионов  калия,  кальция,  натрия
и  отрицательных  ионов  хлора.
 В  1947  —  1952  годах  английские  физиологи  А.  Ходжкин,
 1  Новый  энциклопедический  словарь.  Издатели  Ф.  А.  Брокгауз  и
И.  А.  Ефрон.  СПб.,  т.  12.  Гальвани.
 6*
 163

А.  Хаксли  и  Б.  Катц,  исследовавшие  ионную  проницаемость  кле¬
ток  кальмара,  разработали  мембранную  теорию  возбуждения.
 Живая  клетка  возбуждается  в  результате  раздражения.  При
этом  резко  изменяется  ионная  проницаемость  мембраны,  возни¬
кает  импульс  —  потенциал  действия,  способный  распространяться
от  клетки  к  клетке,  поочередно  раздражая  их,  по  нервам  и  мы¬
шечным  волокнам.  Говорят,  что  потенциал  действия  подчиняется
принципу  «все  или  ничего»,  то  есть  клетка  либо  не  возбуждена,
либо  возбуждена  максимально.  Переход  из  состояния  покоя  в
возбужденное  состояние  происходит  скачком,  когда  раздражение
достигает  некоторой  пороговой  величины.  А  ведь  это  правило  дво¬
ичного  кода  («да  —  нет»,  либо  «ноль  —  единица»)!  Значит,  еще
раз  подтверждается  наше  убеждение,  что  передача  информации
по  нейронным  сетям  ведется  двоичным  кодом.
 После  возникновения  потенциала  действия  клетка  на  некоторое
время  теряет  возбудимость.  Наступает  пауза.  Найдено,  что  ско¬
рость  распространения  нервных  импульсов  в  организме  теплокров¬
ного  животного  составляет  100  —  120  метров  в  секунду,  а  мини¬
мальная  их  длительность  0,2  —  0,4  миллисекунды1.
 Механизм  генерации  и  распространения  нервных  импульсов
носит  сложный  физико-химический  характер  и  еще  долго  будет
объектом  пристального  изучения.  Трудность  в  том,  что  биоэлек¬
трические  потенциалы  живой  клетки  можно  измерить,  лишь  введя
в  нее  микроэлектрод.  Не  зря  для  исследования  выбрали  кальмара:
размеры  его  клеток  в  десятки  раз  больше,  чем  у  нас  с  вами.
 Введение  микроэлектрода  травмирует  клетку,  нарушает  ее  нор¬
мальные  функции.  Поэтому  биоэлектрические  колебания  обычно
регистрируют  на  поверхности  нерва  или  мышцы.  Следовательно,
неизбежно  усреднение  потенциалов  отдельных  клеток.  Так,  элект¬
рокардиограмма  представляет  собой  результирующую  кривую  био¬
электрических  колебаний  мышечных  волокон  сердца;  энцефало¬
грамма  отражает  потенциалы  множества  клеток  в  коре  больших
полушарий  мозга  и  т.  д.
 Уже  не  новинка  —  электромеханические  протезы  рук,  управ¬
ляемые  биотоками.  Электроды,  накладываемые  на  тело,  улавли¬
вают  биопотенциалы,  которые  после  усиления  приводят  в  действие
электродвигатель,  соединенный  с  механизмом  протеза.  Мыслеп-
 1  Б.  И.  X  о  д  о  р  о  в.  Проблема  возбудимости.  Л.,  1969.
 Это  не  абстрактная  композиция,  а  схема
строения  клетки:  а  —  двухслойная  оболочка,
 6  —  эндоплазматический  ретикулум,  в  —  цент¬
росомы,  г  —  митохондрии  (в  разрезе),  Д  —
ядро,  •  —  ядрышко.
 165

ный  «приказ»  и  искусственная  кисть  послушно  сжимается  илп
разжимается.
 Биоэлектрические  протезы  пока  еще  тяжелы  и  неуклюжи.  Их
функции  ограничены.  Но  и  (в  таком,  (несовершенном,  виде  они
возвращают  работоспособность  тысячам  инвалидов.  А  в  скором
времени  появятся  «искусственные  руки»,  ловкости  которых  можно
будет  подивиться.  Уже  сейчас  существуют  биоэлектрические  ма¬
нипуляторы,  способные  действовать  в  условиях,  непригодных  для
существования  человека,  например,  под  радиоактивным  облуче¬
нием.
 Чтобы  отправиться  в  экспедицию  на  Луну  или  какую-нибудь
пз  планет,  ученому  вовсе  не  обязательно  придется  лететь  в  кос¬
мос.  Средствами  радиоэлектроники  будет  обеспечен  необходимый
«эффект  присутствия»,  а  «умные  руки»  роботов,  повинуясь  мыслен-
дым  приказам  исследователя,  выполнят  самую  тонкую  ювелирную
работу.  Если  же  понадобится,  они  сдвинут  многотонную  глыбу.
Это  —  в  сравнительно  недалеком  будущем.  Только  представьте
себе:  вот  вы  входите  в  звуконепроницаемую  кабину,  садитесь
в  удобное  кресло,  надеваете  шлем,  браслеты  с  электродами  —  при¬
емниками  биоэлектрических  сигналов.  Гаснет  свет,  вспыхивает
опять,  но  уже  зыбкий  сумеречный  свет  Луны.  Она  перед  вами.
И  вы  поднимаете  камешек  с  ее  поверхности,  подносите  к  глазам...
 Биотоки  можно  записать  на  магнитную  ленту,  проанализиро¬
вать  их  спектр  (что,  кстати,  и  делается  в  исследовательских  ла¬
бораториях).  Возможен  и  обратный  процесс  —  синтез  («сборка»
из  спектральных  составляющих)  биотока  с  необычными  парамет¬
рами.  Нельзя  ли,  воздействуя  таким  биотоком  на  организм,  ле¬
чить  параличи,  развивать  у  спортсмена  определенные  навыки?
Удался  ему  рекордный  прыжок  —  может  быть,  случайно,  по  вдох¬
новению,  и  второго-то  подобного  не  жди,  —  а  редкостное  сочета¬
ние  биотоков  уже  записано,  проанализировано,  изучено  методами
теории  распознавания  образов  и  даже  улучшено.  Сам  рекордсмен,
а  возможно,  и  сотни  других  спортсменов,  проходит  «биотрениров¬
ки»,  рефлекторно  закрепляет  удачный  прием.  И  вот  через  месяц
рекордный  результат  стал  рядовым,  повседневным.
 Какие  резервы  физического  совершенства  заложены  в  челове¬
ческом  организме?!  С  каждым  годом  растут  рекордные  цифры.
Но  происходит  это  сравнительно  медленно,  эволюционно.  Спек¬
тральный  анализ  и  синтез  биотоков  открывают  возможности  «на¬
учной  революции»  и  в  физическом  развитии  человека.  Кое-кто
из  фантастов  склонен  наделить  наших  потомков  огромными  чере¬
пами  на  хилых  туловищах.  Не  будет  этого!  Опираясь  на  точные
науки,  праправнук  сегодняшнего  человека  многократно  превзой¬
дет  его  олимпийские  рекорды.
 166

Биоэлектрическая  тренировка  пригодится  не  только  спортсме¬
нам,  но,  может  быть,  и  музыкантам.  Мне  известна  история  одного
выдающегося  пианиста-виртуоза.  В  юношеском  возрасте,  еще  не
закончив  первого  курса  консерватории,  он  стал  победителем  круп¬
нейшего  международного  конкурса.  Родители  «вундеркинда»,
опытные  пианисты-педагоги,  отлично  сознавали,  что  на  одном  та¬
ланте  в  лауреаты  не  пробьешься.  И  они  «запрограммировали»
сына  как  узкоспециализированную  электронную  машину:  музы¬
ка,  музыка  и  только  музыка!  Часами  —  упражнения,  гаммы,  этю¬
ды...  Изо  дня  в  день,  из  года  в  год.
 Нет,  я  вовсе  не  против  музыки!  Она  необходима,  ее  эмоцио¬
нальное  воздействие  огромно.  Мне  хочется  только  избавить  му¬
зыканта  от  изнурительного  чернового  труда,  исключить  господ¬
ствующий  при  обучении  «метод  проб  и  ошибок».
 «Не  тряси  кистью!»,  «Не  прогибай  пальцы!»,  «Не  зажимай  ру¬
ку!»...  А  ребенок  «трясет»,  «прогибает»,  «зажимает».  Вот  здесь
бы,  возможно,  и  помог  биоэлектрический  тренажер.  Неверные  дви¬
жения  были  бы  устранены  «в  зародыше».
 И  еще  одно.  У  каждого  крупного  пианиста-педагога  своя  шко¬
ла.  Зачастую  школы  «в  оппозиции»  друг  к  другу.  Играть  нужно
«закругленными»  пальцами  —  утверждает  один.  Нет,  «плоски¬
ми»  —  возражает  другой.
 Субъективный  подход  к  «технической»  подготовке  музыканта
уступит  место  объективному.  Спектральный  анализ  биотоков,  те¬
ория  распознавания  образов  —  такими  методами  вооружатся  пре¬
подаватели  музыкальных  школ  и  консерваторий,  если  не  усмот¬
рят  в  этом  попрание  многовековых  традиций.
 Как  жаль,  что  наука  и  искусство  часто  не  понимают  друг  дру¬
га.  А  могут  ли  они  найти  общий  язык?  Об  этом  стоит  поговорить
особо.

РАЗУМ  ПЛЮС  ЭМОЦИИ
 ПРАВДА  ПРИРОДЫ  НЕ  МОЖЕТ  БЫТЬ  И  НИКОГДА
НЕ  БУДЕТ  ПРАВДОЙ  ИСКУССТВА.
 Оноре  де  Бальзак
 ПРИРОДА  ВЫШЕ  ИСКУССТВА.
 Шекспир
 Много  лет  назад  меня  познакомили  с  великолепной  пианист¬
кой  Беллой  Давидович.  Не  помню  уж,  по  какому  случаю,  но  я  ска¬
зал  ей:  «Придет  время  и  профессиональных  музыкантов-испол-
нителей  заменит  электронная  машина;  она  вернее  воспроизведет
замысел  композитора».  Это  была  достаточно  неудачная  шутка,
и  я  пользуюсь  случаем,  чтобы  принести  публичные  и  вполне
искренние  извинения.
 Давидович  стукнула  себя  кулачком  в  грудь  и  ответила  с  оби¬
дой:  «То,  что  у  меня  здесь,  не  воспроизведет  никакая  машина».
Пианистка  права:  хороший  музыкант  привносит  в  исполняемое
им  произведение  свои  собственные  чувства  и  вкусы,  по-своему
его  трактует.  Когда-нибудь  это  окажется  под  силу  и  машине,  но
лишь  мыслящей  и  наделенной  эмоциями.  Однако  такая  «маши¬
на»,  как  мы  уже  говорили,  будет  машиной  лишь  «по  Дарвину
и  Брэму».
 «Музыка  вдет  от  сердца  и  должна  вновь  дойти  до  сердца»,—
писал  немецкий  драматург  Гергарт  Гауптман  (1862—1946).  Мне
тоже  казалось,  что  о  музыке  следует  судить  по  эмоциональному
воздействию,  оказываемому  ею  на  человека.  Но  вот  несколькими
годами  позже  знакомства  с  Давидович  я  встретился  с  профессором
Новосибирской  консерватории  композитором  Гозенпудом  и  в  раз¬
говоре  упомянул,  что  мне  нравится  «Полонез»  Огинского.  Го-
зенпуд  воскликнул:  «Ну,  это  вообще  вне  музыки».
 Оказавшись  в  положении  дилетанта  (а  дилетант,  по  словам  Па¬
уля  Гейзе1,  это  человек,  который  испытывает  удовольствие  де¬
лать  то,  чего  не  умеет),  я  начал  отстаивать  свою  точку  зрения,
ссылаясь  на  впечатление,  оказываемое  «Полонезом».
 «Представьте,  —  сказал  Гозенпуд,  —  что  вы  находитесь  в  ком¬
 1  Пауль  Гейзе  (1830—1914)  —  немецкий  писатель,  участник  рево¬
люции  1848  года.
 168

нате,  окрашенной  темной  краской.  Вскоре  вас  охватит  уныние,
А  светлые  тона,  напротив,  поднимут  настроение.  Означает  ли
это,  что  маляр,  покрасивший  стены,  создал  произведение  искус¬
ства?»
 Против  такого  довода  трудно  возразить.  Разве  что  привести
слова  Карла  Маркса:  «Чувство  цвета  является  популярнейшей
формой  эстетического  чувства  вообще».
 Каков  же  критерий  искусства,  есть  ли  он  вообще,  что  общего
между  искусством  и  наукой,  в  чем  они  расходятся?
 Известному  художнику  Рокуэллу  Кенту  принадлежат  такие
слова:
 «Наука  и  искусство!  Из  них  двоих  лжет  наука,  хитро  пропаган¬
дирующая  старинный  формальный  узаконенный  метод  ложных
суждений  или  не  относящихся  к  делу  фактов».
 Художник,  как  видите,  обвиняет  науку  в  лживости,  формализ¬
ме,  хитрости  и  прочих  смертных  грехах.  Нельзя  понять,  почему
Кент,  человек  прогрессивный,  занял  такую  непримиримо  «анти¬
научную»  позицию.  Но  может  быть,  она  характерна  для  «челове¬
ка  искусства»?
 Ответ  —  в  первом  эпиграфе.  Бальзак  авторитетно  разъясняет:
у  природы  одна  правда,  у  искусства  —  другая.  Какой  же  из  двух
правд  верить?
 Окончательное  решение  —  в  другом  эпиграфе.  Причем  роль
третейского  судьи  сыграл  Шекспир.  Природа  выше  искусства,  ее
правда  «главнее»!
 Сошлюсь  еще  на  мнение  Ромена  Роллана:  «Цель  искусства  —
не  греза,  а  реальная  жизнь».  Но  ведь  в  этом  и  цель  науки.  Выхо¬
дит,  что  цели-то  общие!
 Впрочем,  не  только  цели.
 «Различные  виды  художественного  и  научного  творчества  име¬
ют  как  свои  специфические  особенности,  так  и  некоторые  общие
качества...
 В  создании  композитора  музыка  появляется  как  бы  «в  поры¬
ве  вдохновения»,  «единым  творческим  актом».  И  не  всегда  он
осознает,  почему  один  музыкальный  оборот  звучит  лучше  друго¬
го,  как  в  его  сознании  родилась  и  оформилась  мелодия.  Нечто
подобное  наблюдается  и  в  других  видах  художественного  твор¬
чества  —  в  живописи,  в  поэзии  и  т.  п.,  где  образ  воплощается
в  произведение  искусства  не  в  результате  строгих  логических
рассуждений,  а  подсознательно,  интуитивно.
 Но  не  только  в  художественном  творчестве  интуиция  играет
такую  важную  роль.  И  научные  открытия  немыслимы  без  интуи¬
ции.  Так,  математик  не  знает  вначале,  как  доказать  новую  теоре¬
му,  и  ему  неизвестно,  сможет  ли  он  вообще  Ьто  сделать.  Не  всегда
 169

впоследствии  он  в  состоянии  объяснить,  как  пришла  ему  идея
решения  этой  задачи,  как  эта  идея  возникла  и  созрела  в  его  соз¬
нании.  Ведь  и  здесь  ему  помогла  интуиция»  К
 Эта  выдержка  интересна  тем,  что  в  ней  по  существу  обходят¬
ся  понятия  «наука»  и  «искусство»,  зато  говорится  о  художествен¬
ном  и  научном  творчестве.  Творчество  —  вот  общий  критерий
науки  и  искусства,  сплав  разума  и  эмоций,  интуиции  и  анализа.
 Кстати  об  интуиции.  Утверждают,  что  человека  отличает  от
электронной  машины  способность  поступать  вопреки  логике.
В  этом  видят  не  слабую,  а  скорее  сильную  сторону  человеческого
мышления.  Там,  где  машина  должна  выбрать  один  из  двух  абсо¬
лютно  равноценных  вариантов,  она  уподобляется  «буриданову
ослу»,  умершему  от  голода  между  двумя  одинаковыми  охапками
сена.
 Вспомним,  однако,  что  «абсолютно»  одинаковых  вещей,  «аб¬
солютно»  равноценных  вариантов  не  бывает.  Все  дело  в  точно¬
сти,  с  какой  они  сравниваются.  Чем  выше  точность,  тем  меньше
вероятность  кажущейся  одинаковости.  И  вот,  если  исходить  из
абстрактной  предпосылки,  что  благодаря  остроте  своих  «органов
чувств»  машина  всегда  сможет  выбрать  лучший  вариант,  то  ее
склонность  к  логическим  действиям  обернется  отнюдь  не  смешной
стороной.
 Интуиция  —  это  способность  получить  правильные  результаты
без  промежуточных  логических  выводов.  Но  не  следует  ли  при¬
знать  ее  всего  лишь  некоторым  «возмещением  убытков»  со  стороны
природы?  Наделив  человека  медлительным  мышлением,  она  ча¬
стично  компенсировала  этот  недостаток  свойством  совершать
подсознательные  поступки.  А  если  бы  процесс  мышления  проис¬
ходил  в  тысячи  раз  быстрее,  то  надобность  в  интуиции,  по-види¬
мому,  отпала  бы.
 Интуиция  ненадежна  и  бездоказательна.  Полагаться  на  нее
в  ответственных  случаях  рискованно,  так  как  она  частенько  под¬
водит.  Интуитивное  решение  всегда  паллиативно  и  в  какой-то  ме¬
ре  вынужденно.
 Реакционные  философы  рассматривают  интуицию  как  мисти¬
ческую  способность  знания  «по  наитию»,  несовместимую  с  логи¬
кой  и  чувственным  опытом.  Они  относят  ее  к  таинственным  явле¬
ниям  человеческой  психики,  таким,  например,  как  пресловутая
телепатия.  Действительно,  механизм  интуиции  еще  не  раскрыт.
Но  ведь  и  логическое  мышление  изучено  недостаточно.  Бесспор¬
но  одно:  в  основе  интуиции  —  колебательные  процессы,  передача
информации  биоэлектрическими  потенциалами  по  нейронным  се¬
 1  Р.  X.  Зарипов.  Кибернетика  и  музыка.  М.,  «Наука»,  1971.
 170

тям.  А  вот  о  характере  колебаний  можно  лишь  гадать.  Логическое
мышление  связано  с  двоичным  кодом.  Для  подсознательных  про¬
цессов  этот  код,  по-видимому,  не  годится:  переход  нейрона  из
«открытого»  состояния  в  «запертое»  и  обратно  связан  с  затрата¬
ми  времени,  которые,  как  нам  известно,  и  обусловливают  инерци¬
онность  мышления.  Нет,  здесь  что-то  другое.  А  вдруг  интуиция
связана  с  флуктуациями  биоэлектрических  потенциалов,  не  этим
ли  объясняется  вероятностный  характер  интуитивных  догадок?
Увы,  наш  «смелый»  вывод  являет  собой  пример  именно  такой
догадки.
 Нередко  противопоставляют  «рассудочность»  и  «эмоциональ¬
ность»,  восприятие  «умом»  и  «сердцем».  О  рассудочных  людях  го¬
ворят  с  изрядной  долей  иронии:  это,  мол,  не  человек,  а  счетная
машина.  И  впрямь,  рассудочность,  в  отличие  от  рассудительности,
не  украшает  человека.  При  чрезвычайных  обстоятельствах,  таких,
как  пожар  или  стихийное  бедствие,  одни  сохраняют  присутствие
духа  и  бросаюкся  на  помощь  пострадавшим,  не  думая  о  себе,  дру¬
гие  —  рассчитывают  всевозможные  варианты  поведения  и  теря¬
ют  время,  третьи...  ну,  о  них  вообще  не  стоит  говорить.
 Ум,  как  некое  мерило  мышления,  не  единственная  характери¬
стика  человека.  Мужество,  способность  к  риску,  страстность,  го¬
товность  к  самопожертвованию  вопреки  «здравому  смыслу»,  щед¬
рость,  отзывчивость,  доброта...  Или  трусость,  равнодушие,  эго¬
изм...
 Говоря  о  будущем  мыслящих  машин,  мы  все  чаще  признаем
за  ними  «право  на  ум»,  а  вот  в  эмоциях  все  еще  отказываем
И  создается  образ  холодного  бездушного  робота,  рационально  мы¬
слящего,  но  лишенного  элементарных  человеческих  чувств.
Не  кроется  ли  за  этим  подсознательное  убеждение  в  нашей  исклю¬
чительности?
 Вот  сейчас  ведутся  интенсивные  поиски  внеземных  цивилиза¬
ций.  «Предполагается,  что  планеты  многих  звезд  населены  разум¬
ными  существами.  Вероятное  число  развитых  цивилизаций  в  Га¬
лактике,  способных  и  стремящихся  к  контактам  с  другими  циви¬
лизациями,  определяется  из  выражения...1  (далее  следует  форму¬
ла,  согласно  которой  число  цивилизаций  лежит  в  пределах  от
миллиона  до  миллиарда!)  О  какой  уж  тут  исключительности  мо¬
жет  идти  речь?
 Представьте  себе  теперь,  что  связь  с  иноплапетной  цивилиза¬
цией  установлена.  Происходит  обмен  информацией.  И  выясняется:
носители  внезапного  разума  по  нашим  представлениям  принадле¬
 1А.  П.  Сивере.  Основы  космической  радиоэлектроники.  М.,  «Совет¬
ское  радио»,  1969.
 171

жат  к  категории  электронных  машин.  А  между  тем  на  другой
планете  приходят  к  аналогичному  выводу  в  отношении  нас,  лю¬
дей!  Ведь  то,  что  противоречит  привычным  формам  жизни,  назы¬
вают  не  существом,  а  машиной.  Вопрос  лишь,  какие  формы
привычны  нам  и  какие  —  нашим  инопланетным  братьям  по  ра¬
зуму.
 Итак,  шокирующий  обе  стороны  вывод:  оказывается,  мы  лю¬
безничаем  с  машинами!  А  может,  лучше  считать  их  людьми?  Ус-
словно,  конечно...  Впрочем,  к  чему  лишние  условности?  Здрав¬
ствуйте,  товарищи  с  далекой  планеты!  Не  суть  важно,  что  в  на¬
шем  организме  информация  передается  по  нейронным  сетям,
а  в  вашей  структуре  —  по  световодам.  Главное  —  мы  братья  по
разуму!
 Так  люди  Земли  приветствовали  бы  своих  галактических  ан¬
типодов.  Но  не  зря  говорят:  «Нет  пророка  в  своем  отечестве»!  Одно
дело  инопланетные  «машины»  и  совсем  иное  —-  свои  земные.
Здесь  с  «дипломатическим  признанием»  будет  не  так  просто.  Брат¬
ства  по  разуму  для  него  окажется  недостаточно.  Потребуется
братство  по  эмоциям.  Но  в  «машинные  эмоции»  мы  отказываемся
верить!
 «...Машина  не  может  ненавидеть  и  любить...  —  писал  в  пяти¬
десятых  годах  профессор  Э.  Колыман,  —  она  не  имеет  чувств,  воли,
не  имеет  характера...  ее  «память»  не  похожа  на  человеческую
память,  потому  что  наша  память  окрашена  всякими  переживани¬
ями,  между  тем  как  у  машины  имеется  лишь  формальная,  коли¬
чественная  модель  памяти...»
 Электронно-вычислительная  машина  пятидесятых  годов,  та?
же,  впрочем,  как  и  наша  современница,  действительно  не  была
приспособлена  для  любви,  ненависти  и  «всяких  переживаний».
Но  ведь  речь  у  нас  идет  о  машинах  будущего,  близкого  или  отда¬
ленного.  Усложнение  структуры,  разветвление  сети  прямых  и  об¬
ратных  связей,  рост  числа  элементов,  хранящих,  передающих
и  обрабатывающих  информацию,  приведут,  как  уже  говорилось,
к  качественному  скачку  —  возникновению  сознания.  Оно  может
оказаться  чисто  «рассудочным»,  не  выходящим  за  рамки  фор¬
мальной  логики,  либо  способным  к  эмоциям.
 От  кого  это  зависит?  От  нас  с  вами,  ибо  мы  находимся  у  ко¬
лыбели  мыслящих  машин.  Мы  ответственны  за  их  воспитание,
за  направленность  первоначальной  программы,  за  выбор  путей,
по  которым  она  будет  оамоусовершенствоваться.  Подобно  челове¬
ку,  машина  может  иметь  хорошие  или  плохие  задатки:  она  полу¬
чит  их  в  наследство  от  человека  и  разовьет,  возможно,  уже  поми¬
мо  его  воли.
 Меня  могут  упрекнуть  в  том,  что,  излагая  свою  точку  зрения,
 172

я  опираюсь  пе  на  факты,  а  на  те  же  эмоции  «Поживем  —  уви¬
дим»  —  усмехнутся  скептики.
 Ну,  что  ж,  рассудочные  люди  существуют,  а  эмоциональных
машин  еще  нет.  Но,  может,  они  уже  есть,  только  мы  этого  не  за¬
мечаем?
 Несколькими  страницами  раньше  говорилось  о  сплаве  разума
и  эмоций,  интуиции  и  анализа  —  творчестве.  До  сих  пор  «про¬
изводство»  такого  -«сплава»  монопольно  принадлежало  чело¬
веку.
 Согласно  «Философскому  словарю»  творчество  —  это  «процесс
человеческой  деятельности,  создающей  качественно  новые  мате¬
риальные  и  духовные  ценности...  Идеализм  рассматривает  худо¬
жественное  творчество  как  божественную  одержимость  (Платон),
как  синтез  сознательного  и  бессознательного  (Шеллинг),  как  жи¬
вотворное  дыхание  бессознательного  (Э.  Гартман),  как  мистиче¬
скую  интуицию  (Бергсон),  как  проявление  инстинктов  (Фрейд)».
 Впрочем,  профессор  Фонтун  из  научно-фантастического  рас¬
сказа  «Идеальный  робот»  французского  писателя  Пьера  Буля
(род.  1912)  утверждал,  что  «по  сути  дела  никакого  «творчества»
не  существует.  Этот  термин  следует  всегда  понимать  как  еще  не
осознанную  «комбинацию»  или  «расстановку»  давным-давно
известных  фактов.  По  его  мнению,  «во  всех  процессах  человече¬
ского  мышления  решение  проблемы  или  выведение  заключения
всегда  включает  в  себя,  по  крайней  мере  косвенно,  предшествую¬
щий  опыт.  Работа  мозга  всегда  состоит  лишь  в  изменении  распо¬
ложения  этих  данных,  чтобы  представить  их  в  новой  форме.  Сле¬
довательно,  между  человеческим  разумом  и  искусственным  элек¬
тронным  мозгом  разница  лишь  в  способе  перестановки  данных,
но  отнюдь  не  в  иных  свойствах...  Простой  подсчет  возможностей
показывает,  что  настанет  день,  когда  прибор  освоит  более  слож¬
ные  формы  подбора,  чем  те,  что  осуществляются  человеческим
мозгом;  следовательно,  он  сможет  производить  более  оригиналь¬
ные,  как  вы  это  называете,  «творческие»  поиски,  превосходящие
человеческие  возможности».
 — 	Ну  вот,  снова  фантастика!  —  с  удовлетворением  констати¬
руют  скептики.
 — 	Но  уже  реально  существуют  машины-поэты,  машины-ком¬
позиторы!
 — 	А  программу-то  им  составляет  человек!
 «Рассмотрим  теперь  традиционный  вопрос:  «Может  ли  маши¬
на  превзойти  автора  программы?»  При  обсуждении  возможностей
машин-композиторов  вопрос  этот  часто  принимает  такую  форму:
«Может  ли  машина  превзойти  композитора,  составившего  прог¬
рамму?»  В  ответ  обычно  слышится  категоричное:  «Ясно,  что  ма¬
 173

шина  не  выйдет  за  рамки  правил  сочинения,  заданных  компози¬
тором».
 На  самом  же  деле  «машина  способна  не  только  имитировать
уже  известные  сочинения,  но  и  создавать  новые  музыкальные
структуры,  строки  и  другие  элементы  музыки,  т.  е.  «предвосхи¬
щать  стиль  будущих  композиторов»
 Доказательству  этого,  отнюдь  не  голословного,  вывода  и  пос¬
вящена  цитируемая  книга,  рекомендованная  к  изданию  Акаде¬
мией  наук  СССР.  Способность  «создавать  новые  музыкальные
структуры»,  «предвосхищать  стиль  будущих  композиторов»  —  не
что  иное,  как  способность  к  музыкальному  творчеству.  А  музыка,
по  словам  немецкого  писателя  Карла  Юлиуса  Вебера  (1767  —
1832),—  поистине  общечеловеческий  язык.  На  нем  «заговорила»
электронная  машина,  причем  современная,  которую  не  назовешь
даже  «питекантропом»  грядущей  машинной  цивилизации.  Какой
же  способностью  к  творчеству  будут  обладать  ее  «лучшие  умы»!
 1 	Р.  X.  Зарипов.  Кибернетика  и  музыка.  М.,  «Наука»,  1971.

СОЖГИ  ТО,  НЕМУ  поклонялся...
 ОДНАЖДЫ  ЭТУ  ГРАНИЦУ  УЖЕ  ОЧЕРТИЛИ  И  ДО¬
ВОЛЬНО  ОПРЕДЕЛЕННО.  В  90-х  ГОДАХ  XIX  ВЕКА
УЧЕНЫЕ  ЗАКРЫЛИ  КНИГИ.  ВЕЛИКИЕ  УМЫ  ВЕРИЛИ,
ЧТО  НАУКА  ПОЗНАЛА  ВСЕЛЕННУЮ.  НЕИЗВЕСТНОЕ
СЧИТАЛОСЬ  НЕВОЗМОЖНЫМ.
 ЗАТЕМ  ОТКРЫЛИ  РАДИЙ,  РЕНТГЕНОВЫ  ЛУЧИ,
СОЗДАЛИ  ТЕОРИЮ  ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.  ГРАНИЦА
ИСЧЕЗЛА.  ГДЕ  ОНА  ПРОХОДИТ  СЕЙЧАС!
 Р,  Джоунс1
 Мы  уделили  много  внимания  проблеме  «искусственного»  мыш¬
ления.  Но  это  лишь  одна  из  грандиозных  проблем,  стоящих  перед
человечеством.  История  науки  изобилует  ими.  Порою  они  мучи¬
тельны,  иногда  кажутся  неразрешимыми,  изредка  требуют  корен¬
ной  переоценки  ценностей.
 Такое  случилось  в  физике.  В  течение  многих  поколений  уче¬
ные  по  крупицам  собирали  знания  об  окружающем  мире.  Не  бы¬
ло  умных  и  точных  приборов,  позволяющих  заглянуть  в  глубь
вещества.  Не  было  электронно-вычислительных  машин  для  обра¬
ботки  и  обобщения  экспериментальных  данных.  Не  существовало
многого  из  того,  что  помогает  развивать  науку  сейчас.  Труд  уче¬
ных  по  своей  тяжести,  изнурительной  кропотливости,  медлитель¬
ности  и  кустарности  напоминал  труд  рабов,  голыми  руками  стро¬
ивших  пирамиду  Хеопса.
 Но  настал  день,  когда  отдаленные  потомки  строителей,  зало¬
живших  первый  камень  в  «пирамиду  Хеопса»  —  физику,  блажен¬
но  распрямили  спины.  «Пирамида»  высится,  все  в  ней  прекрасно.
Недаром  в  числе  ее  зодчих  Архимед  и  Ньютон,  Ломоносов
и  Максвелл.
 Классическая  физика  построена.  Кирпичи  знания  легли  на
свои  места,  связующий  цемент  тверд,  нигде  ни  малейшей  щели,  ни
единого  изъяна.  Все  в  мире,  от  гигантских  скоплений  материи  —
галактик  до  микроскопических  пылинок,  подчиняется  «своду  зако-
нов»,  скрепленному  собственноручной  подписью  высочайших  науч¬
ных  авторитетов!
 Но  не  века  и  даже  не  десятилетия  выстояла  завершенная  «пи¬
рамида».  Еще  не  утихли  возгласы  ликования,  а  она  уже  дала
глубокую  трещину.  И  сразу  —  суета.  И  растерянность.  И  разгово¬
ры  о  «кризисе»  физической  науки.
 1  Современный  американский  писатель-фантаст.
 175

Это  произошло  на  рубеже  XIX  и  XX  столетий.  В  разделе
«Удивительный  мир,  удивительная  эпоха»  мы  приводили  слова
Лоренца,  отразившие  душевную  опустошенность,  которая  ох¬
ватила  тогда  многих  ученых:  «Я  потерял  уверенность,  что  моя
научная  работа  вела  к  объективной  истине,  и  я  не  знаю,  зачем
жил...
 Вот  как  представляла  классическая  физика  устройство  атома.
Вокруг  положительно  заряженного  ядра,  словно  спутники,  носят¬
ся  по  круговым  орбитам  отрицательно  заряженные  электроны.
Радиус  орбиты  приблизительно  в  100  тысяч  раз  больше  радиуса
ядра.
 Та  же  классическая  физика  доказывала,  что  движение  по  ок¬
ружности,  даже  происходящее  с  постоянной  угловой  скоростью,
есть  движение  ускоренное.
 Движение  электрического  заряда  образует  ток.  Если  заряд
движется  с  ускорением  —  ток  перемгенный.  А  переменный  элек¬
трический  ток  (это  также  следует  из  классической  физики)  воз¬
буждает  в  окружающем  пространстве  электромагнитные  волны,
отдает  им  свою  энергию.  Значит,  и  электрон,  будучи  заряжен  от¬
рицательно,  при  вращении  вокруг  ядра  должен  непрерывно  испу¬
скать  электромагнитные  волны,  расходовать  энергию.  А  если
движущееся  тело  растрачивает  запасенную  им  энергию,  то  ско¬
рость  его  постепенно  уменьшается.
 Представим  себе,  что  произойдет  с  искусственным  спутником
Земли,  вошедшим  в  плотные  слои  атмосферы.  Спутник  встречает
сопротивление  воздуха  и  постепенно  растрачивает  энергию  дви¬
жения,  которая  переходит  в  тепло.  Скорость  падает,  высота—-так¬
же.  Вместо  круговой  или  эллиптической  орбиты  спутник  описыва¬
ет  в  пространстве  спираль  и,  наконец,  падает  на  Землю.
 Такая  же  участь  должна,  казалось  бы,  постичь  и  электрон.
Растратив  энергию,  он  «от  упадка  сил»  неизбежно  рухнет  на  по¬
ложительно  заряженное  ядро.
 Но  опыт  доказывает,  что  электроны  неутомимо  носятся  по
своим  орбитам  и  вовсе  «не  думают»  падать  на  ядра.
 Глубокое  противоречие  теории  ю  экспериментом  свидетельству¬
ет  об  ее  ошибочности.  Конечно,  ошибочным  может  быть  и  опыт,
но  здесь  он  не  вызывает  сомнений.
 Впрочем,  проделаем  еще  один  эксперимент.  Проникнем  внутрь
телевизионной  трубки  и  поместим  на  пути  электронов,  летящих
к  люминесцентному  экрану,  непроницаемую  перегородку.  В  пере¬
городке,  по-соседству,  прорежем  две  щели.  Закроем  одну  из  них.
Пучок  электронов,  проходя  через  вторую  щель,  образует  на  эк¬
ране  светящееся  пятно.  Затем  закроем  вторую  щель  и  откроем
первую.  Пятно  сместится.
 176

А  что  произойдет,  если  открыть  обе  щели?  Попробуем  рас¬
суждать  исходя  из  принципов  классической  физики.  Электрон  —
частица,  движущаяся  по  определенной  траектории.  Одни  элек¬
троны  попадают  в  первую  щель,  другие  —  во  вторую,  словно
пули,  выпущенные  по  разным  мишеням.  Каждый  летит  своей  доро¬
гой.  Следовательно,  открыв  обе  щели,  мы  должны  получить  на
экране  простое  наложение  двух  пятен.
 Не  тут-то  было!  На  экране  образуется  типичная  интерферен¬
ционная  картина,  которую  можно  наблюдать  при  взаимодействии
световых  колебаний:  пятно  становится  полосатым,  темные  и  свет¬
лые  участки  чередуются.  Так  бывает,  когда  волны,  идущие  по
разным  путям,  «финишируют»  не  одновременно  и  в  зависимости
от  сдвига  фаз  («разности  хода»)  усиливают  или  ослабляют  друг
друга.
 Но  интерференция  присуща  волнам,  а  электрон,  согласно
представлениям  классической  физики,  —  частица.
 Частица  или  волна?
 В  разделе  «Электромагнитная  материя»  рассказывалось  о  вол¬
новой  природе  световых  явлений.  Французский  ученый  Огюстен-
Жан  Френель  (1788—1827),  которому  принадлежит  большая
заслуга  в  торжестве  «волнового  принципа»,  писал:  «Между  физи¬
ками  уже  давно  существует  разногласие  о  природе  света.  Одни
полагают,  что  свет  выбрасывается  светящимися  телами,  тогда  как
другие  думают,  что  он  происходит  от  колебаний  бесконечно  тон-
кой  упругой  жидкости,  распространенной  во  всем  пространстве,
подобно  тому,  как  звук  происходит  от  колебания  воздуха.  Волно¬
вой  принцип,  обязанный  своим  происхождением  Декарту  и,  в  вы¬
водах  из  него  вытекающих,  с  большим  искусством  развитый  Гюй¬
генсом,  был  принят  также  Эйлером,  а  в  самое  последнее  время
знаменитым  доктором  Томасом  Юнгом,  которому  оптика  обязана
многими  важными  открытиями.  Принцип  испускания,  или  прин¬
цип  Ньютона,  поддерживаемый  великим  именем  своего  автора  —
и,  я  сказал  бы  даже,  той  славой  непогрешимости,  которую  ему
создал  его  труд  «Рппарез»  1—  пользовался  более  общим  призна¬
нием...  Вновь  открытые  явления,  по  сравнению  с  ранее  известны¬
ми  фактами,  с  каждым  днем  увеличивают  шансы  в  пользу  волно¬
вого  принципа»  2.
 Конец  многолетнему  спору  положил  Максвелл.  Сторонники
«принципа  испускания»,  трактовавшие  световое  излучение  как
 1 	Исаак  Ньютон.  Математические  принципы  натуральной  фило¬
софии.  Пг.,  1915.
 2 	Огюстен-Жан  Френель.  О  свете,  мемуар.  М.—Л.,  Госиздат,
 1928.
 177

поток  частиц  —  корпускул,  —  были  «посрамлены».  Восторжество¬
вала  волновая  теория,  отнесшая  свет  к  электромагаитным  вол¬
нам.  Максвелл  внес  в  классическую  физику  ту,  увы,  кажущуюся,
законченность,  которая  была  подобна  затишью  перед  бурей.
 И  буря  вскоре  разразилась...  Ее  «девятым  валом»  оказалась
так  называемая  «ультрафиолетовая  катастрофа»  —  еще  один  па¬
радокс,  приведший  в  смятение  классическую  физику.
 Существует  понятие  «абсолютно  черного  тела».  Строго  гово¬
ря,  абсолютно  черных  тел  в  природе  не  бывает.  Но  по  своим  опти¬
ческим  свойствам  к  ним  близки  сажа  и  платиновая  чернь.
 Абсолютно  черное  тело  и  послужило  причиной  «ультрафиоле¬
товой  катастрофы».  Вот  что  произошло.
 Известно,  что  при  нагреве  тела  начинают  излучать.  С  ростом
температуры  в  спектре  излучения  преобладают  все  более  короткие
волны.  Сначала  тело  испускает  только  инфракрасные  лучи,  затем
последовательно  добавляется  вся  радуга  видимого  света,  перехо¬
дящая  в  ультрафиолетовое  излучение.
 Абсолютно  черное  тело,  поглотитель  световых  лучей,  —  не
исключение  из  общего  правила.  При  нагреве  оно  также  излучает.
Английские  ученые  лорд  Джон-Уильям  Релей  (1842—1919)
и  Джемс  Хопвуд  Джинс  (1877—1946),  исходя  из  представлений
классической  физики,  попытались  найти  законы  излучения  абсо¬
лютно  черного  тела.  Выведенная  ими  формула  хорошо  согласова¬
лась  с  результатами  экспериментов,  пока  речь  шла  об  инфракрас¬
ном  излучении  и  видимом  свете.  Но  как  только  дело  касалось
ультрафиолетовых  лучей,  формула,  не  считаясь  с  действитель¬
ностью,  упрямо  твердила,  что  их  энергия  равна-.,  бесконеч¬
ности.
 Пытались  найти  ошибку  в  выводе  формулы  —  не  нашли.  Все
проверено,  все  безупречно,  а  получается  бессмыслица.  Большую
часть  пути  расчетная  и  экспериментальная  кривые  идут  вместе*
но  в  конце,  словно  поссорившись,  расходятся.  Одна  —  эксперимен¬
тальная  —  скользит  вниз,  к  нулю,  другая  —  расчетная  —  неудер¬
жимо  стремится  вверх,  в  бесконечность.
 Выход  из  тупика  нашел  в  начале  XX  столетия  немецкий  фи¬
зик  Макс-Карл-Эрнст-Людвиг  Планк  (1858—1947).  Он  предполо¬
жил,  что  атомы  излучают  и  поглощают  энергию  отдельны¬
ми  порциями  —  квантами  (от  латинского  «квантум»  —  сколь¬
ко»).
 «Размер  квантов  не  одинаков  для  разных  цветов  —  они  кро¬
шечные  у  инфракрасного,  маленькие  у  зеленого  и  большие
у  ультрафиолетового  излучения.  Как  повлияет  такая  упаковка  на
предсказываемый  спектр  излучения?  Предположим,  радиация
выходит  из  дырки  в  печке...  Квантовые  ограничения  будут  наибо¬
 178

лее  заметны  для  ультрафиолетового  конца  спектра,  где  кванты
велики.  Инфракрасный  свет  будет  непрерывно  изливаться  обиль¬
ным  потоком  крошечных  квантов...  Но  ультрафиолетовый  свет
должен  либо  излучаться  большими  квантами,  либо  вовсе  не  излу¬
чаться.  Голубое,  фиолетовое  и,  особенно,  ультрафиолетовое  излу¬
чение  будет  существенно  подавлено...»  1
 Планк  сформулировал  правило:  энергия  кванта  равна  частоте
излучения,  умноженной  на  некоторую  постоянную  величину  (ее
назвали  «постоянной  Планка»).  Таким  образом,  возможно  лишь
скачкообразное  изменение  энергии  атома  от  одного  вполне  опре¬
деленного  значения  к  другому.
 В  отличие  от  формулы  Релея  и  Джинса  уравнение  Планка  да¬
ло  блестящее  совпадение  с  экспериментом  во  всем  спектре  излу¬
чения  абсолютно  черного  тела.  Так  наука  справилась  с  «ультра¬
фиолетовой  катастрофой».
 В  предисловии  переводчика  к  русскому  изданию  френелевского
мемуара  «О  свете»  говорилось:
 «В  течение  почти  ста  лет  со  дня  смерти  Френеля  предложен¬
ная  им  теория  считалась  единственной  возможной  для  всех  опти¬
ческих  явлений.  Но  за  последние  несколько  лет  были  открыты
новые  явления...  самым  удивительным  было  то,  что  они  очень  про-
сто  и  легко  объяснялись  с  помощью  теории  световых  квант,  очень
близкой  по  смыслу  своему  к  старой  ньютоновской  теории».  (Под¬
разумевается  корпускулярный  характер  квантов.)
 «Последние  несколько  лет...»—добрая  четверть  века.  Такова
инерционность  восприятия  научных  открытий!  Да,  квантовая  те¬
ория  вовсе  не  мгновенно  овладела  умами.
 «Ученые  консервативны:  они  отнюдь  не  стали  сразу  приветст¬
вовать  революционные  изменения  теории,  а,  напротив,  упорно
держались  за  свои  старые  взгляды  как  за  жизненные  принципы.
Многих  шокировала  идея  о  том,  что  излучение  состоит  из  «пуль»,
и  они  сомневались  в  том,  что  правило  Планка...  дает  адекватное
и  необходимое  описание  природы.  Тогда  Эйнштейн  защитил  пра¬
вило  Планка  от  враждебного  отношения,  показав,  что  оно  объяс¬
няет  также  и  другие  загадки...  А  Пуанкаре  дал  общее  математиче¬
ское  доказательство  того,  что  если  требовать  согласия  с  экспери¬
ментальными  фактами,  то  излучение  должно  обладать  определенной
дискретной  упаковкой.  Сегодня  имеется  так  много  эксперимен¬
тальных  доказательств  существования  энергетических  порций
в  излучении,  что  все  принимают  квантовую  точку  зрения.  Но  на
многие  годы  осталась  основная  загадка:  каким  образом  излучение
 1 	Эрик  Роджерс.  Физика  для  любознательных.  М.,  «Мир»,  1971,
 т.  3.
 179

может  быть  одновременно  и  непрерывным  потоком  волн  и  градом
«пуль»?»1
 «Материя,  т.  е.  вещество  и  свет,—  писал  академик  С.  И.  Вави¬
лов  (1891  —1951),  —  одновременно  обладает  свойствами  волн
и  частиц,  но  в  целом  это  не  волны  и  не  частицы  и  не  смесь  того
и  другого».
 Электрон,  будучи  элементарной  частицей  вещества,  в  то  же
время  обладает  и  волновыми  свойствами.  Ими  объясняется,  в  част¬
ности,  «странное»  поведение  электронного  луча  в  опыте  с  телеви¬
зионной  трубкой.  Двойственна  природа  и  электромагнитного  излу¬
чения:  с  одной  стороны,  оно  подобно  волнам,  с  другой  —  потоку
частиц.  Квант  электромагнитного  излучения  —  «частица»  весьма
своеобычная:  в  покое  она  не  существует  и  «права»  частицы  приоб¬
ретает,  только  двигаясь  со  скоростью  света.
 Для  классической  физики  такая  двойственность  непостижима.
Понятия  «волна»  и  «частица»  оказались  неспособны  вместить
богатейшее  содержание  квантовой  теории.  Они  архаичны,  получе¬
ны  в  наследство  от  «допланковской»  физической  науки.  И  частицу,
и  волну  можно  наглядно  представить.  Между  тем,  в  квантовой
физике  приходится  опираться  главным  образом  на  абстракцию,
мыслить  отвлеченно.  Мы  не  в  состоянии  представить  себе  «облик»
кванта,  двойственность  электромагнитного  излучения  не  имеет
доступных  нашим  органам  чувств  аналогий.
 Теория  относительности  Эйнштейна  предостерегает  нас  от  по¬
пыток  задавать  вопросы,  на  которые  принципиально  нельзя  отве¬
тить.  Бессмысленно  спрашивать,  например,  какого  цвета  электрон,
и  даже  по  какой  орбите  он  движется.  Квантовые  процессы  несов¬
местимы  с  наглядным  «физическим  смыслом»,  который  мы  ста¬
раемся  раскрыть,  объясняя  то  или  иное  явление  с  позиций  клас¬
сической  физики.  Мы  вынуждены  обратиться  к  абстракции,
потому  что  она  позволяет  «перешагнуть»  субъективные  возмож¬
ности  человека.  В.  И.  Ленин  писал:
 «Мышление,  восходя  от  конкретного  к  абстрактному,  не  отхо¬
дит—  если  оно  правильное...  —  от  истины,  а  подходит  к  ней.
Абстракция  материи,  закона  природы...  и  т.  д.,  одним  словом,  все
научные  (правильные,  серьезные,  не  вздорные)  абстракции  от¬
ражают  природу  глубже,  (вернее,  полнее»2.  Квантовая  теория
восходит  к  вершинам  абстракции.
 Не  подумайте  только,  что  классическая  физика  —  дело  про¬
шлое,  что  ее  законы  вообще  ошибочны,  что  от  «пирамиды  Хеопса»
 1 	Эрик  Роджерс.  Физика  для  любознательных.  М.,  «Мир»,  1971,
 т.  3.
 2 	В.  И.  Л  е  н  и  н.  Поли.  собр.  соч.,  т.  29,  стр.  152.
 180

остались  одни  руины.  Вовсе  нет!  В  своей  сфере  она  по-прежнему
незыблема.
 Движение  светил,  мерное  качание  маятника,  грохот  реактив¬
ных  двигателей  —  все  это  макроскопические  явления,  подвласт¬
ные  классической  физике.  Можно  с  уверенностью  сказать,  что
и  внуки  наших  внуков,  и  правнуки  наших  правнуков  будут  учить
закон  Ньютона:  «Всякое  тело  сохраняет  состояние  покоя  или
равномерного  и  прямолинейного  движения,  пока  и  поскольку...»
 Несостоятельность  классической  физики  проявляется  лишь  в
сфере  микроскопических  явлений,  таких,  как  движение  заряжен¬
ных  частиц  —  протонов  —  в  синхрофазотроне  или  лавинообразное
размножение  квантов  света  —  фотонов  в  квантовом  генераторе-
лазере.  Но  именно  эти  явления  представляют  наибольший  интерес
для  современной  науки  и  техники.
 Квантовая  теория  изучает  законы  движения  частиц  размерами
от  сотых  долей  микрометра  и  меньше.  Ее  объекты  —  молекулы,,
атомы,  атомные  ядра  и  элементарные  частицы.
 В  1924  году  французский  физик  Луи  де  Бройль  (род.  1892),
получивший  впоследствии  Нобелевскую  премию  за  выдающиеся
заслуги  в  развитии  квантовой  механики  и  премию  Калинга  за
литературное  творчество,  открыл  корпускулярно-волновую  приро¬
ду  физических  объектов.  Оказывается,  любое  тело  может  рассмат¬
риваться  как  волна.  Де  Бройль  установил,  что  эта  волна  тем
короче,  чем  больше  масса  тела  и  его  скорость.  Обычные  макро¬
скопические  объекты  обладают  большой  массой,  но  их  скорости
ничтожны  по  сравнению  со  скоростью  света.  Поэтому  они  и  не
проявляют  волновых  свойств.  А  вот  с  электронами  и  другими
элементарными  частицами,  населяющими  микромир,  «перевопло¬
щения»  происходят  на  каждом  шагу.
 Движение  частицы-электрона  есть  распространение  электрона-
волны.  И  вот  здесь  возникает  любопытнейшая  ситуация.  Допустим,
нам  нужно  определить  траекторию  электрона.  Поставим  на  пути
электронного  луча  перегородку  с  отверстием.  Мы  рассчитываем
на  то,  что  координаты  отверстия  подскажут  нам  путь  электрона.
Но  надежда  не  оправдается.  Если  отверстие  велико,  то  электрон-
волна  пройдет  через  него  свободно,  только  вот  в  каком  месте?
А  если  отверстие  мало,  то  из-за  дифракции  луч,  пройдя  сквозь
него,  конусообразно  рассеется.  Сказать,  в  каком  направлении
будет  двигаться  тот  или  иной  электрон,  невозможно.
 Торжествует  так  называемый  «принцип  неопределенности»,
сформулированный  в  1927  году  немецким  физиком-теоретиком
Вернером  Гейзенбергом  (род.  1901).  Элементарные  частицы  «не
знают»  ни  своего  пути,  ни  координаты  —  «географической  точки»,
где  они  окажутся  спустя  мгновение.  И  дело  здесь  не  в  нашем  не¬
 №

умении  измерять.  Частица  принципиально  недоступна  для  изме¬
рения,  Чем  точнее  мы  пытаемся  измерить  ее  координату,  тем
сильнее  ошибаемся  в  определении  импульса  (так  называют
произведение  м&ссы  на  скорость).
 Неопределенность  (то  есть  неточность  измерения)  координа¬
ты,  умноженная  на  неопределенность  импульса,  примерно  равна
постоянной  Планка  —  такова  математическая  формула  «соотноше¬
ния  неопределенностей».
 Мы  можем  довольно  точно  измерить  импульс  электрона,  а  зна¬
чит,  и  уровень  его  энергии,  но  где  в  это  время  электрон  находится,
по  какой  из  множества  возможных  орбит  движется,  останется  не¬
известным.  Любая  же  удачная  попытка  измерить  координату
электрона  приведет  к  непредсказуемому  изменению  его  импульса,
что  опять-таки  лишает  нас  возможности  определить  орбиту.
 Беда  прежняя:  мы  по  привычке  называем  частицей  или  вол¬
ной  то,  что  на  самом  деле  не  частица  и  не  волна.  Приходится
пользоваться  понятиями-суррогатами,  поскольку  взамен  ничего  не
придумали.
 Воистину  «сожги  то,  чему  ты  поклонялся;  поклонись  тому,
что  сжигал»!1
 1  Слова  Ремигия  Хлодвигу  при  его  крещении  в  Реймсе  (496  год).

«УРОВНИ  ЖИЗНИ»  АТОМОВ  И  МОЛЕКУЛ
 ЗДЕСЬ  В  ИСТИНУ  ВОНЗИ,  ЧИТАТЕЛЬ,  ЗРЕНЬЕ;
ПОКРОВЫ  ТАК  ПРОЗРАЧНЫ,  ЧТО  СКВОЗЬ  ни*
УЖЕ  СОВСЕМ  ЛЕГКО  ПРОНИКНОВЕНЬЕ.
 Данте  Алигьери-
 Квантовая  теория  утверждает,  что  энергия  электрона,  обра¬
щающегося  вокруг  атомного  ядра,  способна  принимать  лишь  стро¬
го  определенные  значения.  Это  же  относится  и  к  атому  в  целом*
ведь  его  «энергетический  ресурс»  зависит  от  «вкладов»,  сделанных
электронами.
 В  распоряжении  атома  набор  уровней  энергии.  На  них  (и  толь¬
ко  на  них!)  атом  «имеет  право»  располагаться.
 Совокупность  дискретных  уровней  энергии  образует  энергети¬
ческий  спектр  атома  (для  каждого  химического  элемента  сущест¬
вует  свой  собственный,  присущий  лишь  ему  спектр).  Нижний  уро¬
вень  в  спектре  называется  основным,  более  высокие  —  возбужден¬
ными.
 Переход  с  одного  уровня  на  другой  связан  с  приобретением
или  отдачей  энергии.  При  переходе  атома  с  нижнего  уровня  на
верхний  его  энергия  возрастает.  Ясно,  что  такой  переход,  связан¬
ный  с  пополнением  энергетических  запасов  атома,  возможен  лишь
за  счет  поглощения  электромагнитных  волн,  приходящих  извне.
Зато  обратный  переход  —  с  верхнего  уровня  на  один  из  нижних  —
сопровождается  уменьшением  энергии  атома,  излучением  волн.
 Порция  электромагнитного  излучения  —  квант  несет  в  себе
высвободившуюся  энергию,  значение  которой  равно  разности
верхнего  и  соответствующего  нижнего  уровней.  Частота  колебаний
связана  с  энергией  кванта  формулой  Планка.  Следовательно,
длина  электромагнитной  волны  не  произвольна,  а  определяется
тем,  с  какого  из  верхних  уровней  и  на  какой  из  нижних  пере¬
шел  атом.  Столь  же  избирательно  происходит  и  поглощение
энергии.
 Таким  образом,  от  энергетического  спектра  атомов  зависит
спектр  излучения  или  поглощения  электромагнитных  волн,  то
есть  дискретный  набор  частот,  при  которых  возможны  квантовые
переходы.
 №

Вспомните  спектр  резонансов  колебательной  системы  со  мно-
тими  степенями  свободы.  Это  ряд  острых  пиков,  соответствующих
частотам,  на  которых  система  резонирует,  «жадао»  поглощая  энер¬
гию  колебаний.  Аналогичным  спектром  обладает  и  вещество.
 Молекула,  как  и  атом,  характеризуется  энергетическим  спект¬
ром.  Но  поскольку  ее  строение  более  сложно,  то  сложнее  и  спектр;
он  содержит  значительно  больше  уровней  энергии,  причем  неко¬
торые  из  них  связаны  не  с  движением  электронов,  а  с  колебания¬
ми  атомов,  образующих  молекулу,  и  даже  с  ее  вращением.  Инте¬
ресно,  что  квантовые  переходы  «электронного»  происхождения
соответствуют  (и  в  атомах,  и  в  молекулах)  видимому  свету,  а  так¬
же  ультрафиолетовым  и  рентгеновским  лучам;  переходы  «атомно¬
го»  происхождения  —  инфракрасным  лучам;  «молекулярного»  —
радиоволнам.
 Энергетический  спектр  твердого  тела  еще  богаче,  чем  в  случае
изолированной  молекулы:  ведь  в  кристаллическую  решетку  вхо¬
дит  множество  атомов  и  молекул,  взаимодействующих  друг  с  дру¬
гом.  То  же  самсУе  можно  сказать  и  о  спектре  излучения  или  погло¬
щения.  Вот  почему  раскаленные  добела  тжердые  тела  испускают
световые  колебания  всевозможных  частот,  образующие  сплошной
спектр  излучения,  а  газы  обладают  дискретным  спектром,  состо¬
ящим  из  отдельных  линий  —  узких  и  ярких  полосок  определенных
цветов.
 «Из  каждого  раскаленного  добела  тела  исходят  все  сорта  света,
то  есть  свет  всех  длин  волны...  Спектр  такого  тела  —  сплошной,
непрерывный...  Каждый  раскаленный  газ  дает  так  называемый
линейчатый  спектр...»1  К  этому  выводу  наука  пришла  задолго  до
возникновения  квантовой  теории.  Еще  в  XIX  веке  спектры  газов
были  тщательно  исследованы,  а  длины  излучаемых  световых
волн  —  измерены.  Спектральный  анализ,  которому  мы  посвятили
раздел  «Алгебра  и  гармония  колебаний»,  берет  начало  в  оптике.
Первые  анализаторы  спектра  —  оптические  спектроскопы.
 Кто  из  нас  не  любовался  красивой  многоцветной  радугой?  Ее
секрет  был  раскрыт  еще  в  XVIII  веке  чешским  ученым  Марци,
проделавшим  такой  опыт.  В  темную  комнату  через  небольшое
•отверстие  проникал  узкий  солнечный  луч.  Он  падал  на  одну  из
стен,  образуя  на  ней  световой  зайчик.  Марци  поместил  на  пути
луча  трехгранную  стеклянную  призму.  И  на  стене  вместо  зайчика
появилась  искусственная  радуга  —  многоцветная  полоса,  в  которой
красная  полоска  сменялась  оранжевой,  за  ней  виднелась  желтая,
затем  зеленая,  голубая,  синяя  и  фиолетовая.
 1  В.  Мейер.  Жизнь  природы.  Картина  физических  и  химических
явлений.  Пг.,  Книгоиздательское  товарищество  «Просвещение»,  1908.
 484

Более  подробно  изучал  разложение  солнечного  света  на  цвет¬
ные  лучи  Ньютон.  Он  нашел,  что  если  на  пути  луча  расположить
определенным  образом  не  одну  призму,  а  две,  то  радужная  поло¬
са  исчезнет  и  снова  возникнет  полоска  белого  света.  Стало  ясно,
что  белый  свет  состоит  из  сплошного  ряда  цветных  лучей.  Их  раз¬
ложение  в  радужную  полосу  Ньютон  назвал  спектром  (вот  кому*
оказывается,  обязан  своим  появлением  этот  термин!)  Призма  —
простейший  спектроскоп.  Отдельные  цветные  лучи  светового
спектра  призмой  не  разлагаются,  значит,  в  отличие  от  лучей  бело¬
го  света  они  не  сложные,  а  простые  —  монохроматические.  Моно¬
хроматический  свет  —  частный  случай  гармонического  колебания.
 Если  пропустить  белый  свет  через  газ  (обычный,  не  «раскален¬
ный»)1,  то  можно  наблюдать  спектр  поглощения:  радужная  поло¬
са  в  поле  зрения  спектроскопа  окажется  пересечена  поперечными
черными  линиями.  Значит,  колебания  отдельных  световых  частот
поглощены  газом  и  как  бы  «выпали»  из  сплошного  спектра.  «Ли¬
нии  поглощения»  совпадают  по  частоте  с  яркими  цветными  по¬
лосками  в  линейчатом  спектре  излучения  раскаленного  газа.  Так
и  должно  быть  —  ведь  квантовый  переход  с  одного  уровня  энергии
на  другой,  независимо  от  направления  (вниз  или  вверх),  однознач¬
но  определяет  частоту  электромагнитных  колебаний.  Только  в  од¬
ном  случае  они  излучаются,  а  в  другом  —  поглощаются  газом.
 Спектр  газа  подобен  отпечатку  пальцев,  который  никогда  не
повторяется  у  разных  людей.  По  спектральным  линиям  тоже  мож¬
но  безошибочно  распознать  газ  и  вообще  любое  вещество  в  паро¬
образном  состоянии.
 «Новый  метод,  как  прием  качественного  анализа  разнородных
веществ,  по  чувствительности  далеко  оставляет  за  собой  все  хи¬
мические  методы.  Достаточно,  например,  присутствия  одной
трехмиллионной  миллиграмма  натрия  для  того,  чтобы  в  спектре
появилась  характерная  желтая  линия...  Эта  чувствительность
спектрального  анализа  позволила  открыть  ряд  таких  элементов,
которые  имелись  лишь  в  виде  ничтожной  примеси  к  другим  веще¬
ствам;  существование  их  сказалось  в  том,  что  в  спектре  появились
такие  линии,  которые  по  длине  их  волн  не  соответствовали
ни  одному  из  известных  до  тех  пор  элементов.  Таким  путем
были  открыты  следующие  необыкновенно  редкие  химические  эле¬
менты:  рубидий,  цезий,  таллий,  индий,  галлий,  германий,  скандий,
самарий  и  гелий.  Спектральный  анализ  оказал  также  весьма  важ¬
ные  услуги  при  открытии  аргона,  криптона,  неона  и  тому  подоб¬
ных  примесей  атмосферного  воздуха,  «которые  стали  нам  извест-
ными  лишь  в  самое  недавнее  время.
 1  Мы  взяли  слово  раскаленный  в  кавычки,  потому  что  газ  может
быть  возбужден  не  нагреванием,  а  электрическим  разрядом.
 185*

...Мы,  как  это  ни  удивительно,  получили  возможность  судить
 о 	строении  природы  даже  на  самых  далеких  концах  Вселенной...
 Рассматривая  в  спектроскоп  звезды,  мы  к  удивлению  своему
находим,  что  некоторая  небольшая  часть  спектров,  противно  обще¬
му  правилу,  составляет  не  спектры  поглощения,  а  спектры  ли¬
нейчатые.  Стало  быть  это  не  звезды  в  обычном  смысле  слова,
а  массы  раскаленного  газа,  которые  недостаточно  сгустились  для
того,  чтобы  внутренняя  часть  их  могла  дать  спектр  сплошной...
 Другие  образования  на  небесном  своде,  которые  выглядят  со¬
вершенно  как  туманности,  при  исследовании  спектроскопом,  как
оказывается,  состоят  из  неизмеримо  большого  числа  звезд...  Сло¬
вом,  спектроскоп  раскрывает  перед  нами  удивительные  горизонты
как  при  исследовании  строения  вещества,  так  и  при  изучении  его
свойств,  ширящиеся  вплоть  до  затерянных  в  отдалении  глубин
мироздания».
 Мы  познакомились  с  отрывком  из  книги  «Жизнь  природы»
известного  в  свое  время  ученого  и  популяризатора  науки  Виль¬
гельма  Мейера,  написанной  в  годы,  когда  его  соотечественник
Макс  Планк  создавал  начала  квантовой  теории.  Как  видим,  уже
тогда  спектроскопия  была  выдающимся  методом  исследования.
 Рискну  привести  еще  одну  выдержку,  на  этот  раз  из  своей
книжки  «Измерения  и  меры»,  выпущенной  Гостехиадатом  в  1956
году:  «Еще  в  1829  году  французский  ученый  Бабинэ  предложил
световую  волну  в  качестве  нового  «природного»  эталона  метра.
Но  его  идея  получила  признание  только  в  конце  прошлого  века.
Ее  осуществлению  препятствовало  отсутствие  таких  источников
света,  спектры  которых  содержали  бы  лучи  со  строго  определенной,
резко  выраженной  длиной  волны.  Подобный  источник  был  найден
американским  физиком  Майкельсоном.
 Это  раскаленные  пары  кадмия  (кадмий  —  металл,  в  некоторых
отношениях  похожий  на  цинк).  Спектр  лучей,  испускаемых  рас¬
каленными  парами  кадмия,  состоит  из  четырех  узких  цветных
линий,  разделенных  темными  промежутками.
 Ученым  удалось  чрезвычайно  точно  измерить  длины  световых
волн  каждой  из  этих  линий.  Например,  длина  волны  красной
линии  при  температуре  20°С  оказалась  равной  0,643850033  микрона.
Следовательно,  в  одном  метре  содержится  1553153,51  волн  такой
длины...
 Правда,  новый  «природный»  эталон  еще  не  получил  прав  граж¬
данства.  Ученые  не  пришли  к  окончательному  выводу,  какую  же
световую  линию  использовать  для  такого  эталона.  Дело  в  том,  что
около  десяти  лет  назад  были  найдены  линии,  более  узкие  и  четкие,
чем  красная  линия  кадмия.  Это  зеленая  линия  паров  ртути  и  жел¬
то-зеленая  линия  газа  криптона.  Считают,  что  применение  этих  ли¬
 186

ний  взамен  красной  линии  кадмия  повысит  точность  измерений  в
2  —  3  раза.  Но  какой  из  них  отдать  предпочтение,  еще  не  решено.
 Переход  к  световому  эталону  метра  —  дело  ближайшего  буду¬
щего».
 И  вот,  спустя  четыре  года  после  опубликования  книжки,  в  Па¬
риже  состоялась  XI  Генеральная  конференция  по  мерам  и  весам,
провозгласившая,  что  отныне  метр  есть  длина,  равная  1650763,73
длины  волны  в  вакууме  при  квантовом  переходе  атомов  криптона
с  одного  определенного  уровня  энергии  на  другой.
 Вы,  возможно,  обратили  внимание  на  то,  что  спектральные
линии  имеют  неодинаковую  ширину.  От  чего  это  зависит?  Ну,
прежде  всего  спектральная  линия  в  принципе  не  может  быть
бесконечно  узкой.  Энергетические  уровни  имеют  «естественный»
разброс,  обусловленный  соотношением  неопределенностей  Гейзен¬
берга.  В  рассматриваемом  случае  неопределенность  (разброс)
энергии  уровня  равен  все  той  же  постоянной  Планка  (недаром
ее  называют  универсальной!),  поделенной  на  время  жизни  части¬
цы  при  этом  уровне.  Это  следствие  из  общего  правила:  энергию
микрочастицы  нельзя  измерить  точно  при  конечном  времени  на¬
блюдения.  Применительно  к  ширине  спектральной  линии  неопре¬
деленность  измерения  частоты  обратна  времени  в  течение  которого
оно  производится.  За  секунду  нельзя  измерить  частоту  с  погреш¬
ностью  меньшей,  чем  один  герц.  Лишь  бесконечно  длительное
измерение  даст  абсолютно  точный  результат!
 Если  бы  частицы  находились  на  определенном  энергетическом
уровне  бесконечно  долго,  то  разброс  его  значений  уменьшился  бы
до  нуля,  а  спектральная  линия  стала  бы  «математической»,  то
есть  бесконечно  узкой.  Увы,  в  действительности  так  не  бывает.
«Временная  прописка»  частицы  приводит  к  «уширению»  спект¬
ральной  линии.  Так,  в  газообразном  аммиаке  «естественная»  ши¬
рина  спектральной  линии  квантового  перехода  с  частотой  24  870
мегагерц  (этот  переход  имеет  «молекулярное»  происхождение)
составляет  примерно  0,001  герца.
 Сравним  резонансные  свойства  молекулы  и  обычной  колеба¬
тельной  системы.  Вспомним,  что  добротность  равна  отношению
резонансной  частоты  к  ширине  резонансной  кривой  (спектральная
линия  —  та  же  резонансная  кривая).  Подсчитав,  получаем  для
аммиака  добротность  порядка  1013  (единица  с  тринадцатью  нуля¬
ми).  Это  в  миллион  раз  больше,  чем  значение  добротности  самого
лучшего  кварцевого  резонатора!
 Правда,  в  действительности  спектральная  линия  дополнительно
расширяется  из-за  соударения  частиц  газообразного  вещества
(вспомните  броуновское  движение!),  их  столкновения  со  стенками
резервуара,  влияния  электрических  и  магнитных  полей.  Поэтому
 187

нужно  принимать  во  внимание  «техническую»  ширину  спектраль¬
ной  линии,  которая  больше  «естественной».  Но  и  с  учетом  допол¬
нительного  расширения  линии  квантовая  колебательная  система
сохраняет  преимущество  в  добротности  перед  кварцевым  резона¬
тором.  А  если  'вспомнить  неподверженность  атомов  и  молекул
старению,  то  достоинства  «микроколебательных»  систем  перед
макросистемами  станут  бесспорными.  Не  зря  единица  временр!
(и,  следовательно,  частоты  колебаний)  определяется  квантовым
переходом  атома  цезия:  уж  если  искать  наибольшего  постоянства,
то  в  мвкромире!
 Вершина  спектральной  линии  —  своеобразная  отметка  на  шка¬
ле  частот.  Ее  называют  частотным  репером.  Частоту  внешних  сиг¬
налов  можно  сравнить  с  репером.  Это  достигается  при  помощи
специального  устройства  —  квантового  стандарта  частоты.
 Первый  такой  стандарт,  в  котором  использовались  атомы
цезия,  был  построен  в  английской  Национальной  физической  ла¬
боратории  Л.  Эссеном.  В  1959  году  Эссен  получил  за  свои  работы
Золотую  медаль  имени  А.  С.  Попова.  И  все  же  не  ему  принадле¬
жит  главная  заслуга  в  создании  новой  науки  —  квантовой  элект¬
роники.  Дело  в  том,  что  квантовый  стандарт  частоты  все  еще  от¬
носится  к  спектроскопии,  а  ее  возраст  весьма  и  весьма  солиден.
 Спектральная  линия  —  репер  пассивный.  Иными  словами,  это
колебательная,  а  не  автоколебательная  система;  чрезвычайно
узкополосный  фильтр,  но  отнюдь  не  генератор.  Существуют  и  ак¬
тивные  реперы  —  квантовые  генераторы.  Первый  такой  генера¬
тор,—  мазер1,  в  котором  использовались  молекулы  аммиака,  был
одновременно  и  независимо  разработан  в  1954  году  Н.  Г.  Басовым,
А.  М.  Прохоровым  (Физический  институт  Академии  наук  СССР)
и  Ч.  Таунсом  с  сотрудниками  (Колумбийский  университет  США).
Об  этом  упоминалось  в  разделе  «По  эстафете  от  молнии...»  Созда¬
ние  молекулярного  генератора  и  ознаменовало  собой  рождение
квантовой  электроники.
 Как  же  устроен  мазер?  Представьте  себе  резервуар,  в  котором
с  помощью  непрерывно  действующего  вакуумного  насоса  поддер¬
живается  очень  низкое  давление  (миллионные  доли  миллиметра
ртутного  столба).  Внутри  этого  резервуара  и  развертываются  со¬
бытия,  здесь  размещены  жизненные  узлы  мазера:  баллон  с  амми¬
аком,  сортирующая  электростатическая  система,  резонатор.
Молекулы  аммиака,  выходя  из  баллона  через  капиллярные  отвер¬
стия,  образуют  направленный  пучок.  Одни  из  молекул  в  пучке
 1  Термин  «мазер»  образован  первыми  буквами  английского  словосо¬
четания,  которое  в  переводе  означает:  «усиление  микроволн  (сантиметро¬
вых  волн)  путем  вынужденного  излучения».

находятся  на  верхнем  энергетическом  уровне,  другие  —  на  нижнем.
Под  влиянием  неоднородного  электрического  поля,  создаваемого
сортировочной  системой,  возбужденные  молекулы  концентрируют¬
ся  по  оси  пучка,  а  остальные  рассеиваются.
 Затем  возбужденные  молекулы  поступают  в  объемный  резона¬
тор1,  настроенный  на  частоту,  соответствующую  квантовому  пере¬
ходу.  У  некоторых  из  молекул  переход  с  верхнего  энергетического
уровня  на  нижний  происходит  внутри  резонатора  и  в  нем  возни¬
кает  электромагнитное  поле.  Поскольку  благодаря  вакуумному
насосу  через  резонатор  движется  непрерывный  поток  молекул,  все
новые  и  новые  возбужденные  молекулы  взаимодействуют  с  полем,
отдавая  ему  энергию.  Возникает  генерация.
 Относительная  погрешность  частоты  мазера  на  пучке  молекул
аммлака  порядка  миллиардной  доли  процента.  Науку  это  уже  не
устраивает.  Лучшие  результаты  достигнуты  с  квантовым  генера¬
тором  на  пучке  атомов  водорода,  благодаря  значительно  меньшей
ширине  спектральной  линии.  После  цезиевого  стандарта  частоты
он  обладает  наибольшей  стабильностью.  Частота  водородного  ге¬
нератора,  измеренная  с  помощью  цезиевого  репера,  составляет
1420405751,  7860+0,0046  герц.  Ее  относительная  погрешность  рав¬
на  всего  трем  десятимиллиардным  процента!
 Как  и  квантовые  стандарты  частоты,  квантовые  генераторы
сантиметровых  волн  —  мазеры  служат  высокочувствительными  ра¬
диоспектроскопами.  Нужно  только  еще  раз  подчеркнуть  различие
между  ними:  в  первых  используются  спектры  поглощения,  во
вторых  —  спектры  излучения.
 Переведя  частоту  водородного  мазера  в  длину  волны,  получим
21  сантиметр.  Еще  в  1945  году  голландский  астрофизик  Ван  де
Холст  на  основе  квантовомеханических  представлений  предполо¬
жил,  что  атомы  водорода,  находящиеся  в  межзвездном  простран¬
стве,  могут  давать  радиоизлучение  с  этой  длиной  волны.  В  1948
году  И.  С.  Шкловский  подсчитал,  что  межзвездный  скиталец  —
возбужденный  атом  водорода  —  переходит  с  верхнего  уровня  энер¬
гии  на  нижний  в  среднем  один  раз  за  10  миллионов  лет.  Может
показаться,  что  это  явление  столь  редкое,  что  обнаружить  его  не¬
возможно.  10  миллионов  лет  назад  на  Земле  был  третичный  пе¬
 1  Объемный  резонатор  —  электрическая  колебательная  сис¬
тема  сверхвысоких  частот.  В  нем  нет  отдельной  катушки  индуктивности
и  отдельного  конденсатора,  как  в  обычных  колебательных  контурах.  По¬
местим  контур  в  тонкостенный  металлический  цилиндр—  экран.  Чтобы
повысить  собственную  частоту  контура,  начнем  уменьшать  число  витков
катушки,  число  и  площадь  пластин  конденсатора.  А  частота  все  еще  не¬
достаточно  высока.  Наконец,  не  осталось  ни  катушки,  ни  конденсатора,
один  лишь  экран.  Это  и  есть  объемный  резонатор.  Электромагнитная  энер¬
гия  выводится  из  него  не  по  проводам,  а  по  трубе-волноводу.
 189

риод.  Что  будет  через  10  миллионов  лет,  мы  предугадать  не
в  состоянии.  Словом,  вероятность  дождаться,  пока  отдельный  атом
водорода  даст  квант  электромагнитной  энергии,  практически  равна
нулю.  Но  в  том-то  и  дело,  что  таких  атомов  во  Вселенной  неис¬
числимое  множество.  Плотность  межзвездного  газа  ничтожна,  од¬
нако  Вселенная  —  бесконечна.  Поэтому  вероятность  обнаружить
«водородное»  излучение  довольно  велика.
 Но  что  это  даст,  стоит  ли  вообще  тратить  силы,  время  и  сред¬
ства  на  поиски?  Оказывается,  для  астрономов  радиоизлучение
водорода  не  курьез,  а  средство  исследования  Вселенной.
 Из  физики  мы  хорошо  знакомы  с  эффектом  Допплера1.  Если
излучающий  атом  движется  относительно  точки  наблюдения,  то
длина  волны  увеличивается  или  уменьшается,  в  зависимости  от
направления  движения.  Излучающие  атомы  движутся  в  разных
направлениях.  Поэтому  радиотелескоп  (чувствительный  радиопри¬
емник  с  остронаправленной  антенной,  диаметром  иногда  свыше
10  —  15  метров,  вращающейся  на  массивных  опорах  подоб¬
но  гигантскому  прожектору)  должен  уловить  колебания  очень
близких,  но  все  же  различных  частот.  Исследуя  спектр  «водород¬
ного»  излучения,  можно  получить  важные  сведения  о  направлении
и  характере  движения  межзвездного  газа.
 Таким  образом,  задача,  сформулированная  теоретиками,  имеет
большое  значение.  Впервые  она  была  решена  в  1.951  году.  «Водо¬
родное»  излучение  обнаружили  одновременно  астрономы  трех
континентов.
 Газ  гелий  был  открыт  спектроскопическим  способом  в  конце
шестидесятых  годов  XIX  века  на  Солнце.  Лишь  в  1895  году  его
обнаружили  на  Земле.  Космические  «мазеры»  тоже  вошли  в  науку
раньше,  чем  земные.
 1  Христиан  Допплер  (1803—1854)  —  австрийский  физик  и  аст¬
роном,  профессор  университета  в  Вене.

СО  СТРАНИЦ  РОМАНА
 ЗОЯ  ВЫНУЛА  КУСОК  СТАЛИ  И  ПОДНЕСЛА  К
СВЕТУ  КАМИНА.  В  ТОЛЩЕ  СТАЛИ  БЫЛИ  ПРОРЕЗАНЫ
НАСКВОЗЬ  КАКИМ-ТО  ТОНКИМ  ОРУДИЕМ  ПОЛОС¬
КИ,  ЗАВИТКИ  И  НАИСКОСОК,  СЛОВНО  ПЕРОМ-
СКОРОПИСЬЮ,  БЫЛО  НАПИСАНО:  «ПРОБА  СИЛЫ...
ПРОБА...  ГАРИН».
 А.  Н.  Толстой
 В  одной  из  записных  книжек  А.  Н.  Толстого  есть  пометки,
сделанные  в  начале  двадцатых  годов: 	«Концентрация  света...
 Луч  —  волос...  Бурение  скал.  Бурение  земли...  Владычество  над
миром».
 В  то  время  писатель  работал  над  романом  «Гиперболоид  ин¬
женера  Гарина»,  получившим  впоследствии  громкую  известность.
Гиперболоид,  по  словам  Гарина,  устроен  просто:  «Лучи,  собираясь
в  фокусе  зеркала,  падают  на  поверхность  гиперболоида  и  отра¬
жаются  от  него  математически  параллельно,—  иными  словами,
гиперболоид  концентрирует  все  лучи  в  один  луч,  или  в  «лучевой
шнур»  любой  толщины».
 На  самом  же  деле  свет,  излучаемый  обычными  источниками
(свечой,  лампочкой  накаливания,  электрической  дугой  и  т.  п.),
сконцентрировать  в  тончайший  «лучевой  шнур»  невозможно.
Такой  свет  представляет  собой  хаотическую  совокупность  бесчис¬
ленного  множества  колебаний  с  различными  частотами  и  фазами.
 Атомы  раскаленной  нити  накаливания  (и  любого  другого  све¬
тящегося  тела)  находятся  в  возбужденном  состоянии.  Однако  оно
неустойчиво:  в  среднем  через  сотую  долю  микросекунды  происхо¬
дит  спонтанный  (самопроизвольный)  переход  возбужденного  ато¬
ма  на  один  из  нижних  энергетических  уровней.  При  этом,  как
нам  известно,  избыток  энергии  испускается  в  виде  кванта  электро¬
магнитного  излучения  —  фотона.
 Одновременно  «вспыхивает»  множество  атомов.  Но  в  обычных
источниках  света  «вспышки»  происходят  вразнобой,  словно  не¬
сметное  полчище  ведет  беспорядочную  стрельбу.  На  волю  случая
отданы  не  только  моменты  возникновения  фотонов,  но  и  направле¬
ния,  в  которых  они  распространяются.  Значит,  как  ни  старайся
«спрессовать»  в  тонкий  «лучевой  шнур»  обычный  свет,  ничего  не
выйдет:  фотоны  будут  «разбредаться»  в  пути,  подобно  неоргани¬
зованной  толпе.
 191

Случайным  характером  спонтанных  квантовых  переходов  обус¬
ловливается  флуктуационная  картина  световых  колебаний.  По
своему  поведению  они  аналогичны  шумам.  И  впрямь,  если  подать
такие  колебания  на  вход  радиоприемника  светового  диапазона
волн,  то  в  громкоговорителе  будет  слышен  ровный  «примусный»
шум.
 А  нельзя  ли  согласовать  «вспышки»  атомов,  сделать  так,  чтобы
световые  колебания  происходили  синхронно?
 Можно.  «Упорядоченное»  световое  излучение  называют  коге¬
рентным.  Когерентность  —  это  согласованное  протекание  во  вре¬
мени  нескольких  колебательных  процессов.  Два  гармонических
колебания  одной  частоты  всегда  когерентны,  разность  их  фаз
остается  постоянной.  (Вспомним,  что  при  равных  фазах  колеба¬
ния  синфазны.  Выходит,  синфазность  —  частный  случай  коге¬
рентности.)
 Гармоническое  колебание  называют  еще  монохроматическим.
Мы  упоминали  о  монохроматических  цветных  лучах,  <на  которые
разлагается  белый  свет  в  призме.  Однако  ни  призма,  ни  спектро¬
скоп,  ни  светофильтр  не  позволяют  выделить  «в  рафинированном
виде»  монохроматические  световые  колебания  строго  определенной
частоты.  Выделяется  сразу  множество  колебаний  более  или  менее
близких  частот.  Но  близость  это  еще  не  равенство,  так  что  о  ко¬
герентности  говорить  не  приходится!
 Лишь  квантовая  электроника  дает  возможность  получить  коге¬
рентное  световое  излучение,  тот  самый  «луч-волос»,  который  был
предвосхищен  интуицией  А.  Н.  Толстого.
 Помимо  спонтанных  квантовых  переходов  возможны  переходы
вынужденные  (их  называют  также  индуцированными  или  сти¬
мулированными)  .  Они  происходят  не  самопроизвольно,  а  под
действием  внешних  электромагнитных  колебаний,  при  условии,
что  их  частота  соответствует  правилу  Планка.  «Резонансная»  вол¬
на  «раскачивает»  электрон  и  как  бы  «сталкивает»  его  на  более
низкий  энергетический  уровень.
 Самое  интересное  состоит  в  том,  что  «вторичный»  фотон,  воз¬
никший  в  результате  вынужденного  перехода,  оказывается  двой¬
ником  «первичного»  фотона,  вызвавшего  этот  переход.  Совпадают
не  только  частоты  колебаний,  но  и  фазы,  а  также  направления,
в  которых  распространяются  волны.  Эта  особенность  вынужден¬
ного  излучения  и  лежит  в  основе  ьсвантовых  генераторов  когерен¬
тного  света  —  лазеров.  Термин  «лазер»  образован  первыми  бук¬
вами  английского  словосочетания,  которое  в  переводе  означает:
«усиление  света  путем  вынужденного  излучения»1.
 1 	Сравните  с  термином  «мазер».  Различие  в  первой  букве,  означаю¬
щей  диапазон  волн.
 192

В  недавно  вышедшей  книге  Н.  В.  Маркова  «Научно-техниче¬
ская  рзволюция:  анализ,  перспективы,  последствия»  утверждается:
 «Первый  в  мире  лазер  —  оптический  генератор  монохромати¬
ческого  света  —  был  создан  в  Советском  Союзе  в  1960  г.  За  его
создание  советским  физикам,  ныне  академикам,  А.  М.  Прохорову
и  Н.  Г.  Басову  присуждены  Ленинская  и  Нобелевская  премии».
К  сожалению,  Н.  В.  Марков  допустил  путаницу.  Мы  знаем,  что
А.  Н.  Прохоров  и  Н.  Г.  Басов  (а  также  Ч.  Таунс  с  сотрудниками)
создали  первый  молекулярный  генератор  сантиметровых  волн  —
мазер  и  тем  самым  положили  начало  квантовой  электронике.
Произошло  это  в  1954  году.
 Ну,  а  как  появился  первый  лазер?  Вот  что  свидетельствует
крупный  радиоспециалист  профессор  Михаил  Самойлович  Нейман:
«Для  генерации  когерентных  (т.  е,  ьосящих  упорядоченный,  а  не
шумовой  характер)  волн  оптического  диапазона  в  настоящее  вре¬
мя  используется  явление  индуцированного  излучения  электро¬
магнитных  квантов  возбужденными  атомами,  теоретически  пред¬
сказанное  А.  Эйнштейном  в  1917  г.
 Идея  о  применении  индуцированного  излучения  для  усиления
и  генерации  когерентных  электромагнитных  волн  была  высказана
впервые  в  1951  г.  В.  А.  Фабрикантом  (СССР).  Первый  генератор
оптических  волн,  основанный  на  этом  принципе,  был  построен
Т.  Мейманом  (США)  в  1960  г.»1.
 Профессор  Николай  Николаевич  Крылов  пишет:  «Впервые  на
возможность  экспериментального  получения  индуцированного  по¬
лучения  указал  в  1940  г.  В.  А.  Фабрикант.  В  1958  г.  Таунс  и  Шав-
лов  обосновали  возможность  создания  генератора,  работающего
в  оптическом  диапазоне,  а  в  1960  г.  Мейман  создал  первый  лазер
с  синтетическим  рубином  в  качестве  рабочего  вещества»2.
 Такова  история  лазера.  Впрочем,  обратите  внимание  на  несоот¬
ветствие  дат  (1951  или  1940?),  относящихся  к  гипотезе  В.  А  Фаб¬
риканта.  Очевидно,  здесь  требуется  уточнение.  Вот  оно.
 Двадцать  —  двадцать  пять  лет  назад  студенты  Московского
энергетического  института  на  своих  вечерах  нередко  пели:
 Гордится  Франция  Фабри,
 Германия  гордится  Кантом,
 А  наше  славное  МЭИ
Гордится  Валей  Фабрикантом...
 Валентин  Александрович  Фабрикант,  о  котором  распевали  мос¬
 1 	М.  С.  Нейман.  Курс  радиопередающих  устройств.  М.,  «Советское
радио»,  1965.
 2 	Н.  Н.  Крылов.  Квантовые  оптические  генераторы  (лазеры).  Л.,
 1965.
 7  А.  Плонский
 193

ковские  студенты,  в  1939  году  блестяще  защитил  докторскую  дис¬
сертацию.  В  1940  году  эта  диссертация  была  опубликована.
 «Готовя  свою  докторскую  диссертацию,  Валентин  Александро¬
вич  Фабрикант  обосновал  пути  искусственного  получения  такого
дружного  излучения  атомов  и  молекул.  И  хоть  война  помешала
ему  провести  соответствующие  опыты,  его  теория  заложила  одну
из  важнейших  частей  в  фундаменте  новой  науки  —  квантовой  ра¬
диофизики.
 Лишь  после  того  как  страна  залечила  раны,  нанесенные  вой¬
ной,  Фабрикант  вернулся  к  своему  открытию  и  вместе  с  сотруд¬
никами  сформулировал  его  в  столь  четкой  форме,  что  им  было
выдано  авторское  свидетельство  на  это  изобретение.
 Это  было  в  1951  году...»1
 Как  видим,  обе  даты  верны.  Досадно  другое:  работы  В.  А.  Фаб¬
риканта  ни  в  1940,  ни  в  1951  годах  не  привлекли  внимания  уче¬
ных.  Ни  А.  М.  Прохоров  и  Н.  Г.  Басов,  ни,  тем  более,  Ч.  Таунс  не
были  с  ними  знакомы,  когда  занимались  созданием  квантового
генератора!
 Познакомимся  теперь  с  процессами,  происходящими  в  истори¬
чески  первом  лазере  на  кристалле  синтетического  рубина.
 ...Вот  навстречу  возбужденному  атому  несется  фотон,  возник¬
ший  при  «вспышке»  какого-то  другого  атома.  В  результате  столк¬
новения  рождается  новый  фотон.  Дальше  они  летят  вместе,  при¬
чем  «новорожденный»  во  всем  подражает  своему  «родителю»  —
электромагнитные  колебания  обоих  квантов  света  в  точности  сов¬
падают.
 Когда  каждый  из  этих  двух  фотонов  встретит  на  пути  еще  по
одному  возбужденному  атому,  число  фотонов  удвоится.  Затем  их
станет  восемь,  шестнадцать...  Настоящая  цепная  реакция:  фотоны
несутся  сплошной  лавиной,  но  эта  лавина,  в  отличие  от  обыкно¬
венного  светого  луча,  не  растекается,  не  рассеивается  в  простран¬
стве.  Фотоны,  все  как  один,  движутся  по  математической  пря¬
мой  линии,  след  в  след,  почти  не  уклоняясь  в  стороны.  И  оттого
тончайшая  световая  нить  несет  в  себе  исполинскую  энергию.
 Лавина  фотонов  рождается  в  кристалле  рубина.  Основа  этого
кристалла  —  корунд  (окись  алюминия).  Но  не  всякий  корунд  —
рубин,  а  только  тот,  в  котором  часть  атомов  алюминия  замещена
атомами  хрома.  Их  очень  мало  —  примерно  одна  десятитысячная
полного  числа  атомов  в  кристалле.  Но  эта,  на  первый  взгляд,
ничтожная  добавка  примеси  окрашивает  рубин  в  характерный  для
него  красный  цвет.  Именно  атомы  хрома  «ответственны»  за  вы¬
 1  Ирина  Радунская.  «Безумные»  идеи.  М.,  «Молодая  гвардия»,
1965.
 194

нужденное  излучение  света.  Они  обладают  «удобной»  структурой
энергетических  уровней.
 В  обычном  состоянии  атомы  хрома  находятся  на  основном  —
нижнем  уровне  (назовем  его  Е1).  Над  этим  уровнем  расположен
очень  узкий  (вспомним  понятие  «ширина  спектральной  линии»)
возбужденный  уровень  Ег.  Квантовый  переход  между  Е1  и  Ег
соответствует  красному  свету  с  длиной  волны  около  7000  анг¬
стрем.
 Прежде  чем  станет  возможным  вынужденное  излучение  тако¬
го  света,  нужно  подготовить  «исходный  материал»  —  перевести
атомы  с  основного  уровня  Е1  на  возбужденный  уровень  Ег  (осу¬
ществить  «инверсию  населенности»  уровней).  Однако  «пересе¬
лить»  атомы  с  Е1  непосредственно  на  Ег  невозможно: 	наряду  с
 поглощением  энергии  невозбужденными  атомами  будет  происхо¬
дить  ее  вынужденное  излучение  возбужденными,  а  если  учесть
также  спонтанное  излучение,  то  окажется,  что  большая  часть
атомов  осталась  на  основном  уровне  Еь
 К  счастью,  над  уровнем  Ег  расположены  значительно  более
широкие  энергетические  уровни  Ез  и  Е4.  Использовать  их  для
генерации  когерентного  света  невозможно:  спектральные  линии
соответствующих  переходов  широки  и  расплывчаты;  частоты
световых  колебаний  имеют  большой  разброс.  Но  зато  уровни
Ез  и  Е4  способны  сыграть  роль  промежуточной  «остановки»  меж¬
ду  конечными  «станциями»  Е1  и  Ег.  Поскольку  полосы  поглоще¬
ния  Ез  и  Е4  очень  широки,  атомы  охотно  переходят  с  основного
уровня  Е1  на  эти  верхние  уровни.  Но  «живет»  атом  на  них  всего
сотые  доли  микросекунды.  Незначительная  часть  атомов  возвра¬
щается  на  уровень  Е1  (переходы  Ез-»Е1  соответствуют  зеленым
оттенкам  света,  а  Е4->Е1  —голубым)*  Большая  же  их  часть  совер¬
шает  так  называемый  безызлучательный  переход  на  уровень  Ег
(при  этом  электромагнитное  излучение  отсутствует,  а  избыток
энергии  затрачивается  на  колебания  кристаллической  решетки
рубина).
 Электроны  начинают  скапливаться  на  уровне  Ег:  время  «жиз¬
ни»  атомов  здесь  велико  —  примерно  три  миллисекунды!  В  резуль¬
тате  уровень  Ег  оказывается  более  населенным,  чем  Е1:  происхо¬
дит  долгожданная  «инверсия  .населенности».
 Для  возбуждения  («накачки»)  атомов  можно  использовать
лампу-вспышку  наподобие  применяемых  в  фотографии,  только
более  мощную.  Лампа-вспышка  испускает  белый  свет,  обладаю¬
щий  широким  спектром.  Примерно  15%  энергии  такого  света
поглощается  благодаря  квантовым  переходам  Е1->Ез  и  Е]-*  Е4.
Узкий  энергетический  уровень  Ег  непосредственно  «усваивает»
лишь  доли  процента  возбуждающей  энергии.  Но  мы  знаем,  что
 7*
 195

В  конце  концов  значительная  ее  часть  предназначена  именно  ему.
Остается  создать  условия  для  вынужденного  квантового  перехода
С  узкого  возбужденного  уровня  Ег  на  основной  Еь  и  будет  излу¬
чаться  красный  свет  с  высокой  степенью  монохроматичности.
 Таким  образом,  предпочтение,  отданное  рубину  при  разработ¬
ке  лазера,  не  случайно.  Этот  кристалл  обладает  превосходным  на¬
бором  энергетических  уровней.
 Ну,  а  как  устроен  «рубиновый»  лазер?
 Стерженек  из  рубина,  похожий  на  незаточенный  карандаш,
отполировали  и  посеребрили,  но  неодинаково:  с  одной  стороны  на
его  торец  нанесли  толстый,  непрозрачный  слой  серебра,  а  с  про¬
тивоположной  —  тончайший,  почти  прозрачный.  Воспользовав¬
шись  услугами  стеклодува,  вокруг  рубинового  стерженька  «намо¬
тали»,  словно  спираль,  стеклянную  трубку,  наполненную  газом
ксеноном.  Это  основная  деталь  «лампы-вспышки».  Для  ее  пита¬
ния  использовали  конденсатор  большой  емкости,  разряжающийся
через  ксеноновую  трубку  и  вызывающий  вспышку.  Предусмотре¬
ли  также  охлаждение  кристалла  проточной  водой  или  даже  жид¬
ким  азотом  (ведь  около  половины  энергии,  поглощаемой  рубином,
переходит  в  тепло).
 Нажмем  кнопку.  Трубка  дает  вспышку,  из  полупрозрачного
«окошка»  на  торце  рубинового  стержня  вырывается  импульс  ос¬
лепительно  красного  света  —  прибор  действует.
 Под  воздействием  «накачки»  в  течение  микросекунд  происхо¬
дит  «инверсия  населенностей»  с  Е1  через  Ез  и  Е4  на  Ег.  «Курок»
взведен  и  тотчас  спущен.  Начинается  вынужденное  излучение
света.  Вот  один  из  атомов  испускает  фотон.  Но  он  может  оказать¬
ся  (пустоцветом,  если  летит  не  вдоль  оси  рубинового  стерженька,
а  поперек  или  под  углом.  Такой  фотон  и  все  его  потомки,  рождаю¬
щиеся  в  результате  столкновений  с  атомами,  попросту  вылетят
наружу  через  прозрачную  боковую  поверхность  стержня.  А  по¬
скольку  «семья»  не  слишком  многочисленна,  ее  уход  останется
незамеченным.
 Но,  наконец,  один  из  фотонов-первенцев  случайно  направится
точно  вдоль  оси  стерженька  (а  это  по  теории  вероятности  рано
или  поздно  должно  произойти).  Обрастая  в  пути  новыми  и  новы¬
ми  «двойниками»,  такой  фотон  в  конце  стержня  наткнется  на
одно  из  зеркалец  и  отразится  обратно.  Натолкнется  на  второе  зер¬
кальце,  снова  повернет  вспять.  А  фотонов  все  больше,  луч  все
мощнее.  Вот  она  и  родилась  —  лавина  квантов  света  и  носится,
словно  зверь  в  клетке,  прорываясь  наружу  лучом-молнией  через
полупрозрачное  зеркало.
 Длительность  импульса  когерентного  света,  излучаемого  лазе¬
ром,  чуть  меньше  миллисекунды  (она  определяется  длитель¬
 196

ностью  вспышки).  За  секунду  вырабатывается  несколько  десят¬
ков  импульсов.  Мощность  колебаний  во  время  импульса  достигает
десятков  киловатт  (средняя  мощность,  то  есть  мощность,  рав¬
номерно  распределенная  на  импульс  и  на  «паузу»,  естественно,
во  столько  раз  меньше  импульсной,  во  сколько  пауза  продолжи¬
тельней,  чем  импульс).  Частота  повторения  импульсов  зависит
от  интенсивности  охлаждения  кристалла  (за  время  «паузы»  ру¬
бин  должен  успевать  остыть).
 Можно  ли  дополнительно  повысить  мощность  рубинового  ла¬
зера?  Трудность  в  том,  что  как  только  достигается  «инверсия
населенностей»,  в  кристалле  возникает  генерация,  атомы  снова
переходят  на  основной  уровень.  Этот  процесс  происходит  из-за  по¬
ложительной  обратной  связи,  обусловленной  зеркалами.  И  полу¬
чается,  что  в  лучшем  случае  на  уровне  Ег  находится  чуть  больше
половины  атомов  хрома,  а  для  повышения  мощности  желательно
«переселить»  туда  все.  Значит,  нужно  на  время  инверсии  отклю¬
чить  зеркала  и  тем  самым  устранить  обратную  связь,  а  заполнив
энергетический  уровень  Ег  «до  отказа»,  снова  включить  их,  что
повлечет  за  собой  мощный  импульс  когерентного  света.
 Этого  добиваются  разными  конструктивными  способами: 	пу¬
 тем  вращения  специальной  призмы,  играющей  роль  зеркала,
с  помощью  различных  «затворов»  и  т.  п.  Развиваемая  таким  ла¬
зером  мощность  достигает  в  импульсе  ста  киловатт.
 Рубин  —  не  единственный  материал,  пригодный  для  изготовле¬
ния  лазеров.  Так,  стекло  с  примесью  атомов  неодима  позволяет
получить  инфракрасное  излучение  (длины  (волны  1,06  микромет¬
ра),  а  флюорит  кальция  с  добавкой  диспрозия  генерирует  колеба¬
ния  с  длиной  волны  примерно  2,  5  микрометра.
 Неодимовое  стекло  дает  возможность  увеличить  размеры  стер¬
жня  (обычно  рубиновые  стержни  при  диаметре  0,3—1,5  санти¬
метра  имеют  длину  15—20  сантиметров,  стеклянные  же  достига¬
ют  диаметра  5  сантиметров  и  длины  0,5—1  метр).  Неудивительно,
что  мощность  лазера  на  неодимовом  стекле  возросла  в  импульсе
до  мегаватта.
 Существуют  также  лазеры  не  на  твердом  теле,  а  на  газе,  на¬
пример,  на  смеси  гелия  и  неона.  Первый  газовый  лазер  был  по¬
строен  в  конце  1960  года  в  США  А.  Джаваном,  В.  Беннетом  и
Д.  Эрриотом.
 Гелий-неоновый  лазер  работает  в  режиме  непрерывных  коле¬
баний.  При  этом  мощность  составляет  10—100  милливатт  (но
уже  не  в  импульсе,  а  все  время,  пока  лазер  включен).
 Более  мощный  лазер  —  на  углекислом  газе.  В  непрерывном
режиме  мощность  такого  лазера  составляет  несколько  киловатт.
Это  уже  самый  настоящий  квантовый  «гиперболоид».  Его  приме¬
 197

няют  для  резки  и  сварки  металлов.  Зеркала  в  таком  лазере  изго¬
тавливают  из  особо  тугоплавких  материалов;  для  выхода  луча  в
зеркале  предусматривают  отверстие  —  «окно».
 В  1962  году  в  США  и  в  1963  году  в  СССР  были  созданы  полу¬
проводниковые  лазеры.  За  их  разработку  группа  ученых  во  главе
с  Б.  М.  Вулом  была  удостоена  Ленинской  премии  1964  года.
 В  полупроводниковых  лазерах  осуществляется  непосредствен¬
ный  переход  электрической  энергии  в  световую  с  коэффициентом
полезного  действия,  теоретически  приближающимся  к  100°/о.
Размеры  таких  лазеров  невелики:  расстояние  между  зеркалами
порядка  миллиметра.  И  тем  не  менее  лазер  из  полупроводниково¬
го  вещества  —  арсенида  галлия  —  при  охлаждении  жидким  азотом
генерирует  импульсы  когерентного  света  мощностью  до  100  кило¬
ватт!  Малые  размеры  полупроводникового  лазера  (а  они  могут
составлять  всего  несколько  микрометров!)  открывают  блестящие
перспективы  перед  вычислительной  техникой.  Световой  луч  про¬
бегает  такой  путь  за  тысячемиллиардные  доли  секунды.  Значит,
можно  работать  «сверхкороткими»  импульсами.  А  это  дает  реаль¬
ные  надежды  на  создание  «световых»  счетных  машин  с  колоссаль¬
ным  быстродействием.
 И  еще  одна  перспектива:  благодаря  исключительно  высокому
коэффициенту  полезного  действия  полупроводниковый  лазер  дела¬
ет  реальной  передачу  электроэнергии  на  расстояние  без  проводов.
 В  романе  А.  Н.  Толстого  гиперболоид  —  орудие  убийства  и
разрушения.  Современный  «гиперболоид»  —  лазер  —  тоже  можно
употребить  во  вред  людям.  Но  ведь  и  обычной  спичкой  нетрудно
поджечь  дом!  Мы  коснемся  мирного  использования  квантовой
электроники.
 Взять,  например,  медицину.  В  хирургии  непрерывное  лазер¬
ное  излучение  мощностью  до  ста  ватт  служит  острейшим  и  со¬
вершенно  стерильным  скальпелем.  Оно  позволяет  производить
бескровные  операции  на  печени  и  селезенке.  С  помощью  лазерных
«прижиганий»  удается  останавливать  кровотечения  при  плохой
свертываемости  крови.  Лучем  лазера  выжигают  опухоли  в  глуби¬
не  глаза,  приваривают  отслоившуюся  сетчатку.
 Острая  фокусировка  лазерного  луча  и  высокая  плотность  за¬
ключенной  в  нем  энергии  позволяют  эффективно  использовать
его  для  механической  обработки  оптически  непрозрачных  матери¬
алов,  а  также  для  сварки,  плавления  и  пайки.
 «Существует  закон  природы,  согласно  которому  нельзя  нагреть
тело  до  температуры  выше  той,  которую  имеет  «нагреватель»,  ка¬
кой  бы  мощностью  он  ни  обладал1.  Если,  например,  пламя  газо-
 1  Известный  нам  второй  закон  термодинамики.
 т

вой  горелки  имеет  температуру  1500°,  то  она  не  может  распла¬
вить  материал  с  температурой  плавления  в  2000°,  какую  бы  фан¬
тастическую  мощность  эта  горелка  ни  развивала.  Эффектив¬
ная  же  температура  лазера  настолько  высока,  что  по  отноше¬
нию  к  лазерному  лучу  понятие  тугоплавкости  теряет  смысл.
Расплавит  или  нет  лазерный  луч  заданный  объем  материа¬
ла  —  зависит  лишь  от  мощности  луча  и  времени  его  воздействия  на
материал.
 Лазерный  луч  способен  обратить  в  пар  любое  вещество...»1
 Об  эффективности  квантового  «гиперболоида»  свидетельствует
такой  пример:  если  обычным  способом  отверстие  в  алмазном  кру¬
ге  пробивается  за  2—3  дня,  то  с  помощью  лазера  эта  операция
выполняется  в  течение  двух  минут.
 Лазеры  незаменимы  в  микроэлектронике,  где  сварка  соедине¬
ний  требует  ювелирной  точности.  Впрочем,  они  применяются
не  только  для  сварки  микросхем,  но  и  для  напыления  пленок,
изготовления  электронно-дырочных  переходов,  термообработки
и  т.  д.
 Большое  будущее  имеют  лазерная  связь  и  локация.  Луч  лазе¬
ра  обладает  непревзойденной  направленностью  и  параллель¬
ностью  («расходимость»  луча  может  быть  сведена  к  2—3  уг¬
ловым  минутам).  Поэтому  световые  локаторы  определяют  угловые
координаты  объекта  и  его  размеры  с  наиболее  высокой  точ¬
ностью.
 Другое  достоинство  когерентного  света  (об  этом  уже  говори¬
лось  в  разделе  «Волна  под  прессом»)  —  гигантская  информацион¬
ная  емкость.  Но  лазерная  связь  имеет  и  существенный  недоста¬
ток:  световые  волны  подвержены  атмосферным  влияниям.  При
сильном  тумане,  например,  радиус  действия  современного  лазер¬
ного  передатчика  не  превышает  1—2  километров.  Вот  почему  ла¬
зерная  связь  в  земных  условиях  производится  главным  образом
по  световодным  линиям.  Световод  представляет  собой  металличес¬
кую  трубу,  внутри  которой  размещена  система  линз.  Существуют
также  световоды  в  виде  диэлектрических  труб,  диаметр  которых
во  много  раз  превышает  длину  световой  волны.  Луч  света  распро¬
страняется  внутри,  как  радиоволна  в  волноводе,  многократно  от¬
ражаясь  от  стенок.
 В  условиях  космоса  лазерный  луч  обретает  свободу  и  демон¬
стрирует  свои  достоинства  «во  всем  блеске».  Космический  ко¬
рабль,  находящийся  на  околоземной  орбите,  может  поддерживать
устойчивую  связь  с  Луной  при  мощности  всего  один  ватт!  Ведь
 1  Квантовая  электроника.  Маленькая  энциклопедия.  М.,  «Советская
энциклопедия»,  1969.
 199

благодаря  необычайной  концентрации  энергии  луч  может  быть
послан  в  определенное  место  лунной  поверхности.
 «Уже  сейчас  утверждают,  что  с  помощью  оптических  линий
можно  осуществить  связь  на  расстоянии  в  несколько  десятков
световых  лет»1.
 «Нелегок  путь  от  земли  к  звездам»,  —  сказал  Сенека-млад-
ший.  И  вот  спустя  два  тысячелетия  человек  создал  путеводную
нить  —  луч  лазера.
 1 	А.  П.  Сивере.  Основы  космической  радиоэлектроники.  М.,  «Со¬
ветское  радио»,  1969,

«ФАТА-МОРГАНА»  КВАНТОВОЙ
ЭЛЕКТРОНИКИ
 БЫЛЬ  РАССКАЖУ,  НО  ОНА  ТАКОВА,  ЧТО  ПО¬
КАЖЕТСЯ  СКАЗКОЙ.
 Овидий
 «В  глубине  стояли  два  бесколесных  авто,  горело  несколько
ламп,  трое  мужчин  быстро  жестикулировали,  как  будто  спорили
друг  с  другом.  Я  подошел  к  ним.
 — 	Хэлло!
 Они  даже  не  оглянулись  и  продолжали  быстро  говорить.  Я  ни¬
чего  не  понимал.  «Тогда  сапай,  тогда  сапай»,  —  пискляво  повто¬
рял  самый  маленький  с  брюшком.  На  голове  у  него  была  высокая
шапка.
 — 	Послушайте,  я  ищу  гостиницу.  Где  здесь...
 Они  не  обращали  на  меня  внимания,  как  будто  меня  не  было.
Меня  охватила  злость.  Уже  совершенно  молча  я  вошел  в  их
круг.  Ближайший  ко  мне  —  я  видел  его  глуповато  поблескиваю¬
щие  белки  и  прыгающие  губы  —  зашепелявил:
 — 	Што  я  должен  шапатъ?  Ты  шам  шапай!
 Как  будто  он  обращался  ко  мне.
 — 	Что  вы  строите  из  себя  глухих?  —  спросил  я,  и  внезапно
с  того  места,  где  я  стоял  —  точно  из  меня,  из  моей  груди,  —  вы¬
рвался  пискливый  крик.
 — 	Вот  я  тебе!  Вот  я  тебе  сейчас!
 Я  отскочил,  и  тогда  появился  обладатель  голоса,  этот  толстяк
в  шапке,  —  я  хотел  схватить  его  за  плечи,  пальцы  прошли  на¬
сквозь  и  сомкнулись  в  воздухе.  Я  застыл,  словно  оглушенный,
а  они  продолжали  болтать...»
 Это  отрывок  из  научно-фантастического  романа  известного
польского  писателя  Станислава  Лема  (род.  1921)  «Возвращение
со  звезд».  Фрагмент  сказки,  которая  близка  к  тому,  чтобы  стать
былью.
 Многие  годы  вызывало  суеверный  страх  «необъяснимое»  яв¬
ление  природы  —  мираж  («фата-моргана»).  Затем  пришла  разгад¬
ка:  на  границе  раздела  двух  слоев  воздуха  с  различными  темпе¬
ратурами  образуется  гигантское  «зеркало»,  отражающее  свето¬
 201

вые  лучи.  Оно  и  создает  обманчивую  иллюзию  действитель¬
ности...
 Вскоре  «фата-моргана»  была  взята  на  вооружение  фокусника-
ми-иллюзионистами,  легла  в  основу  эффектных  трюков.  Зрение
охотно  поддается  обману,  и  тем  не  менее  мы  ему  доверяем  («луч¬
ше  один  раз  увидеть,  чем  семь  раз  услышать»).  Зачастую  нам  до¬
ставляет  удовольствие  самообман  под  видом  правдоподобия.  Со¬
временному  человеку  нужен  «эффект  присутствия»,  как  можно
более  точная  оптическая  имитация  действительности.  Не  случай¬
но  вслед  за  обычным  кино  появились  цветное,  стереоскопическое,,
широкоформатное,  панорамное.
 Наш  век  динамичен.  Мы  любим  путешествовать,  наблюдать
мир  и  сохранять  для  себя  красочное  многообразие  увиденно¬
го.  Отсюда  модное  увлечение  цветными  диапозитивами-слай¬
дами.
 Один  мой  коллега  —  профессор,  человек  весьма  компетентный
в  своей  области,  организовал  даже  клуб  любителей  стереоскопии.
Представьте  себе  цветущую  яблоневую  ветвь,  которая  протя¬
нулась  с  экрана  вам  навстречу,  или  висящую  в  пространстве
ажурную  стрелу  моста.  Что  и  говорить,  зрелище  впечатляю¬
щее.
 В  обычном  фото-  либо  киноаппарате  «бинокулярное  зрение»
отсутствует.  Изображение  получается  плоским,  словно  увиденное
одним  глазом.  Но  существуют  стереокамеры  —  спаренные  фотоап¬
параты  с  двумя  объективами,  разнесенными  на  расстояние,  рав¬
ное  промежутку  между  зрачками  глаз.
 Стереокамера  снимает  одновременно  два  изображения:  одно  —
такое,  какое  было  бы  воспринято  левым  глазом,  другое  —  правым.
С  помощью  стереоскопа  или  стереопроектора  мы  видим  их  по¬
рознь  —  каждое  тем  глазом,  для  которого  оно  предназначено.
«Складываясь»  в  мозгу,  эти  изображения  создают  объемную  кар¬
тину  объекта  съемки.
 Но  обычные  «стереопары»  лишены  совершенства.  Зритель  как
бы  привязан  к  той  точке,  откуда  производилась  съемка.  Если  ре¬
альный  объект  можно  рассматривать  с  разных  сторон,  то  здесь
он  предстает  застывшим,  намертво  закостеневшим  под  определен¬
ным  углом  зрения.
 Неизмеримо  большие  возможности  дает  голография.  Этот
принципиально  новый  метод  получения  объемных  изображений,
основанный  на  интерференции  световых  волн,  был  предложен
в  1947  году  английским  физиком  Д.  Габором.
 Голограмму  получают  следующим  образом.  Возьмем  источник
когерентного  света,  например,  гелий-неоновый  лазер  и  с  помощью
линзы  превратим  параллельный  пучок  его  лучей  в  расходящийся.
 202

Часть  света  направляется  на  объект  съемки  и  рассеивается  им;
другая  часть  фокусируется  еще  одной  линзой  на  плоскую  поверх¬
ность  зеркала.  Свет,  рассеянный  объектом  съемки,  и  свет,  отра¬
женный  зеркалом,  воздействуют  одновременно  на  фотопластинку,
которая  затем,  как  обычно,  проявляется.
 Перед  нами  —  голограмма.  Она  похожа  на  испорченный  нега¬
тив,  на  котором  невозможно  распознать  никаких  следов  изобра¬
жения.  На  самом  же  деле  изображение  существует  в  зашифрован¬
ном  виде,  причем  объемное!  Чтобы  увидеть  его,  нужно
«просветить»  голограмму,  словно  диапозитив,  тем  же  лазерным
излучением,  которое  использовалось  при  съемке.  В  пространстве
перед  наблюдателем  появится  объект  съемки,  доступный  для  рас¬
сматривания  под  разными  углами  зрения,  словно  через  окно  раз¬
мером  с  голограмму.
 Интересно,  что  если  разбить  пластинку  с  голограммой,  то
каждый  осколок  при  просвечивании  даст  такое  же  изображение,
что  и  раньше.  Правда,  чем  меньше  осколок  голограммы,  тем
слабее  эффект  объемности.  Так  бывает  и  в  действительности:
через  большое  окно  можно  смотреть  под  различными  углами
зрения,  а  через  крошечное  отверстие  увидишь  вообще  не¬
много...
 Или  еще  одна  особенность  голограммы.  Переснимем  ее  на
другую  пластинку.  Если  прежде  был  «негатив»,  то  теперь  полу¬
чится  «позитив»  —  темные  и  светлые  участки  поменяются  места¬
ми.  А  восстанавливаемое  с  голограммы  изображение  не  изме¬
нится!
 И  последнее.  Оказывается,  на  одну  фотопластинку  можно  по¬
очередно  заснять  несколько  предметов  и  восстанавливать  каждое
из  изображений  без  помех  со  стороны  других.
 Как  видим,  свойства  голограмм  не  лишены  загадочности.
Между  тем,  идея  голографии  гениально  проста  и  основана  на  ин¬
терференции  опорного  пучка  лучей,  отбрасываемого  на  фотоплас¬
тинку  зеркалом,  с  предметным  пучком,  рассеиваемым  объектом
съемки.
 Предметный  пучок  лучей  несет  в  себе  исчерпывающую  ин¬
формацию  об  изображении  объекта.  Лучи  пучка  исходят  из  раз¬
ных  точек  на  объекте  и  проделывают  неодинаковый  путь  —  более
длинный  или  более  короткий.  На  место  встречи  с  опорным  пуч¬
ком  —  фотопластинку  —  они  приходят  с  различными  фазами  и,
взаимодействуя  с  «эталоном»  —  лучами  опорного  пучка,  сохраня¬
ющими  синфазность,  образуют  в  плоскости  фотопластинки  интер¬
ференционную  картину.  Если  экспонированную  таким  образом
пластинку  проявить  и  поместить  под  микроскоп,  то  выяс¬
нится,  что  голограмма  выглядит  как  чередование  темных  и  свет¬
 203

лых  полос,  тем  более  причудливое,  чем  сложнее  изображе¬
ние.
 Каждая  точка  объекта  образует  на  голограмме  свою  систему
полос  (вот  почему  даже  «осколок»  голограммы  содержит  инфор¬
мацию  о  всем  изображении).  Расстояния  между  полосами  и  ва¬
риации  контраста  представляют  собой  шифр,  за  которым  «скры¬
вается»  картина  объекта  съемки  (при  переходе  от  «негатива»
голограммы  к  «позитиву»  расстояния  между  интерференционными
полосами  и  вариации  контраста  остаются  прежними;  оттого  сохра¬
няется  и  характер  изображения).  I
 Чтобы  качество  голограммы  было  высоким,  необходимо  обес¬
печить  высокую  контрастность  и  устойчивость  интерференцион¬
ной  картины,  образующейся  в  «плоскости  фотопластинки  при  вза¬
имодействии  опорного  и  предметного  пучков  света.  Контрастную
и  устойчивую  интерференционную  картину  может  дать  лишь
когерентный  свет.
 В  своих  первых  опытах  Габор,  естественно,  не  мог  воспользо¬
ваться  лазером  —  квантовой  электроники  тогда  не  существовало.
Л  как  можно  еще  добиться  монохроматичности  света?  Только
«диафрагмированием»  его  источника.  Иначе  говоря,  источник  мо¬
нохроматического  света  должен  быть  «точечным»  (с  размерами
порядка  длины  световой  волны).  Ясно,  что  интенсивность  све¬
товых  лучей  получалась  малой,  а  время  экспозиции  —  боль¬
шим.
 Габор  использовал  в  качестве  источника  опорного  пучка  лу¬
чей  ртутную  лампу,  светившую  через  отверстие  диаметром  около
микрометра.  При  этом  удавалось  «голографировать»  лишь  про¬
стейшие  микроскопические  объекты.  Съемка  занимала  несколько-
часов.
 Лишь  в  1962  году  началась  вторая,  «лазерная»  жизнь  гологра¬
фии.  Американские  ученые  Э.  Лейт  и  Дж.  Ю.  Упатниекс  полу¬
чили  высококачественные  голограммы,  позволяющие  рассматри¬
вать  объемные  изображения  с  разных  сторон.
 Как  происходит  восстановление  картины,  запечатленной  в  за¬
шифрованном  виде  на  голограмме?
 При  восстановлении  изображения  голограмма  ведет  себя  как
дифракционная  решетка.  Опорный  пучок  света,  проходя  сквозь
нее,  испытывает  дифракцию  —  прямолинейность  распространения
световой  волны  нарушается.  В  пространстве  за  голограммой  воз¬
никают  сферические  волны,  образующие  в  совокупности  изобра¬
жение  объекта.  Оно  может  быть  не  только  объемным,  но  и  цвет¬
ным.
 С  этой  целью  используют  три  опорных  пучка  когерентного
света  —  красный,  желтый  и  синий.  Известно,  что  сочетания  этих
 204

трех  основных  цветов  дают  все  многообразие  оттенков,  какое
только  возможно.
 Объект  съемки  освещается  одновременно  (или,  если  он  непо¬
движен,  —  поочередно)  тремя  цветными  пучками  лучей.  В  резуль¬
тате  на  обычной  черно-белой  фотопластинке  происходит  наложе¬
ние  трех  голограмм,  каждая  из  которых  несет  зашифрованное
изображение  определенного  цвета.  Чтобы  восстановить  цветное
изображение,  такую  «трехкомпонентную»  голограмму  нужно  осве¬
тить  теми  же  тремя  опорными  пучками,  которые  использовались
при  съемке.  Совпадая  в  пространстве,  изображения  трех  разных
цветов  образуют  многоцветную,  объемную  картину  объекта  съем¬
ки,  создающую  иллюзию  действительности.
 Современная  голография  еще  очень  далека  от  совершенства.
Начнем  с  того,  что  голографирование  производится  лишь  в  усло¬
виях  искусственного,  лазерного  освещения.  При  дневном  свете
съемка  невозможна.  Далее,  наряду  о  «действительным»  изобра¬
жением  объекта  голограмма  дает  еще  одно  —  «мнимое»  изобра-
жение  (каждая  точка  объекта  отображается  при  восстановлении
«картинки»  двумя  сферическими  волнами,  одна  из  них  обращена
выпуклостью,  другая  —  вогнутостью  в  сторону  распространения
опорного  пучка  лучей).  Возможность  взаимных  помех  между
«действительным»  и  «мнимым»  изображениями  накладывает
дополнительные  ограничения  на  условия  голографической
съемки.
 Но  многие  из  нынешних  недостатков  голографии  —  всего
лишь  «детские  болезни»'  нового  метода.  Так,  советский  исследо¬
ватель  Ю.  Н.  Денисюк  разработал  толстослойные  голограммы.
Как  следует  из  самого  их  названия,  здесь  используется  свето¬
чувствительный  слой  достаточно  большой  толщины.  Поэтому
вместо  плоской  интерференционной  картины  на  голограмме  об¬
разуется  объемная,  состоящая  из  ряда  поверхностей.  В  этом  слу¬
чае  восстанавливается  только  одно  изображение.
 Толстослойная  голограмма  служит  своеобразным  монохрома¬
тором.  Если  ее  осветить  белым  светом,  то  в  результате  интерферен¬
ции  лучей,  отраженных  от  различных  поверхностей,  усилятся
колеоания  той  длины  волны  и  того  направления,  которые  исполь¬
зовались  при  съемке,  а  остальные  будут  ослаблены.  Поэтому,  что¬
бы  восстановить  изображение,  зашифрованное  в  толстослойной
голограмме,  лазер  не  нужен.  Можно  воспользоваться  самыми
обычными  источниками  света.  Голограмма  «отфильтрует»  его,
выделит  нужные  монохроматические  лучи.
 К  ^сожалению,  изготовить  однородный  светочувствительный
слой  оолыной  толщины  очень  трудно.  Но  эта  технологическая
трудность,  по-'видимо  му,  преодолима.
 205

Каковы  перспективы  применения  голографии?  Говорят,  что  по
ожидаемым  последствиям  ее  создание  можно  сравнить  с  изобрете¬
нием  радиосвязи.  Имеется  в  виду  прежде  всего  значение  гологра¬
фии  для  развития  науки  и  техники.
 Голографическим  способом  можно  изучать  мгновенное  распре¬
деление  в  пространстве  капель  тумана,  частиц,  содержащихся
в  реактивной  струе  ракетного  двигателя,  и  т.  д.  «Выдержка»
при  съемке  может  быть  порядка  стомиллионных  долей  секунды
(столь  быстродействующим  «затвором»  служит  импульсный
лазер).
 Большой  интерес  представляет  голографическое  кино,  еще  не
получившее  распространения.  Оно  обещает  стать  эффектным  зре¬
лищем.  Научное  его  значение  также  велико: 	сверхскоростная
 объемная  киносъемка  незаменима  при  исследовании  быстропро-
текающих  процессов.
 До  сих  пор  не  удалось  удовлетворительно  решить  проблему
голографического  телевидения.  На  телевизионном  экране  де¬
тали  размером  меньше  ста  микрометров  неразличимы.  А  «раз¬
решающая  способность»  голограммы  —  около  одного  микромет¬
ра.  Значит,  чтобы  передать  голограмму  по  телевидению,  не¬
обходимо  многократно  увеличить  число  строк  в  растре.  Это
потребует  <в  сотни  раз  расширить  полосу  пропускания  те¬
левизионного  канала,  а  заодно  поострее  заточить  электронный
«карандаш»,  рисующий  изображение  на  люминесцентном  эк¬
ране.
 Зато  уже  создан  голографический  микроскоп  с  колоссальным
увеличением.  Применение  расходящегося  опорного  пучка  лучей
при  голографировании  и  восстановлении  изображения  увеличи¬
вает  масштаб  дифракционной  решетки  и  видимые  размеры  объек¬
та.  Используют  и  еще  один  прием:  изображение  восстанавливают
светом  с  большей  длиной  волны,  чем  та,  при  которой  была  полу¬
чена  голограмма.  Размеры  «картинки»  дополнительно  возрастают
во  столько  раз,  во  сколько  длина  волны  опорного  пучка  лучей
при  восстановлении  больше,  чем  при  съемке.
 Такой  принцип  позволяет  осуществить  рентгеновскую  микро¬
скопию.  Для  получения  голограммы  предполагают  использовать
рентгеновы  лучи  с  длиной  волны  около  сотой  доли  микрометра,
а  для  восстановления  изображения  —  видимый  свет.  Ожидают,
что  коэффициент  усиления  голографического  рентгеновского  мик¬
роскопа  будет  близок  к  миллиону.  Откроется  возможность  загля¬
нуть  в  глубь  живой  клетки,  не  разрушая  ее  микроэлектро¬
дами,  как  происходит  обычно.  Мы  с  вами  знаем,  насколько  необ¬
ходим  новый  метод  для  исследования  мозга  и  нервной  сис¬
темы.
 206

Голография  открывает  очередную  страницу  и  в  теории  рас¬
познавания  образов.  Голограмма,  содержащая  в  зашифрованном
виде  множество  зрительных  образов,  сравнивается  с  голограммой-
эталоном  путем  последовательного  просвечивания  лазерным  лу¬
чом.  Если  среди  множества  образов  имеется  искомый,  на  выход¬
ном  кадре  вспыхивает  яркая  точка.  Поиск  и  распознавание  обра¬
зов  голографическим  способом  может  происходить  с  колоссаль¬
ной  скоростью  —  в  десятки  тысяч  раз  быстрее,  чем  с  помощью
электронно-вычислительных  машин.
 Высказывают  предположение,  что  между  толстослойной  голо¬
граммой  и  мозгом  существует  аналогия.  Накопление  зрительных
образов  в  голограмме  чем-то  напоминает  механизм  памяти.  Зна¬
чит,  голография  интересна  не  только  как  инструментальный  ме¬
тод,  но  и  как  одно  из  возможных  направлений  в  моделировании
деятельности  мозга  и  нейронных  сетей.
 В  океанографических  исследованиях  может  найти  применение
так  называемое  «звуковидение»  —  акустический  вариант  гологра¬
фии.  Вот  в  чем  оно  состоит.  Опустим  в  непрозрачную  жидкость
какой-нибудь  предмет  и  два  излучателя  звука  (наподобие  гром¬
коговорителей),  присоединенные  к  одному  и  тому  же  звуковому
генератору.  Первый  излучатель  возбуждает  в  жидкости  «предмет¬
ные»  волны  (на  пути  их  распространения  расположен  погружен¬
ный  предмет),  второй  —  «опорные»  (они  проходят  мимо  предме¬
та).  В  результате  взаимодействия  предметных  и  опорных  волн
на  поверхности  образуется  интерференционная  картина  —  звуко¬
вая  голограмма.  Если  осветить  ее  пучком  лазерных  лучей,  то
будет  видно  объемное  изображение  погруженного  в  жидкость
предмета.
 Предполагают,  что  аналогичным  способом  можно  «прозвучи-
вать»  человеческий  организм,  визуально  наблюдать  внутренние
органы.  В  случае  удачи  медицина  получит  новое  средство  ди¬
агностики,  возможно,  превосходящее  по  эффективности  рент¬
ген.
 Голография  устремлена  в  будущее,  с  нею  связано  немало  на¬
дежд.  Но  она  вовсе  не  довольствуется  ролью  многообещающего
«вундеркинда»,  а  стремится  принести  пользу  уже  сейчас.  Так,
нашел  практическое  применение  интерференционный  метод
контроля  изготавливаемых  деталей.  Попробуйте  проконтролиро¬
вать  обычным  способом  сложную  деталь,  размеры  которой  долж¬
ны  быть  выдержаны  с  высокой  точностью.  Этот  кропотливый
процесс  займет  уйму  времени.
 Новый  способ  намного  проще  и  быстрее*  Деталь  освещают
пучком  лучей  лазера.  Рассеянный  ею  свет  пропускают  через  го¬
лограмму  детали-эталона.  По  характеру  образующейся  интерфе¬
 207

ренционной  картины  определяют  степень  соответствия  изготов¬
ленной  детали  эталону.
 Голографическим  способом  исследуют  процессы,  происходя¬
щие  в  аэродинамических  трубах  при  «продувке»  самолетов,  изу¬
чают  структуру  воздушных  потоков,  пламени  и  плазмы,  обнару¬
живают  на  расстоянии  «микроскопические»  деформации
и  вибрации.
 Объемное  голографическое  изображение  сродни  миражу,  «фата-
моргане».  Но  это  не  призрак,  не  фантом,  а  реальное  достижение
человеческой  мысли.

ГОРИЗОНТЫ  ВСЕЛЕННОЙ
 ...РАСШИРЕНИЕ  НЕ  ТОЛЬКО  СОВЕРШАЕТСЯ  НЕ¬
СОМНЕННО,  НО  ПРЯМО  ИЗУМИТЕЛЬНО  ПО  СКО¬
РОСТИ.
 Харлоу  Шепли1
 Развитию  Вселенной  мы  уже  посвятили  раздел  «Колеблющая¬
ся  вечность?».  Стоит  ли  возвращаться  к  этой  проблеме  снова?
 Безусловно,  стоит.  Ведь  был  рассмотрен  лишь  один  —  «энт¬
ропийный»  —  ее  аспект.  А  существует  и  другой,  не  менее  важный.
Он  связан  с  теорией  относительности  и  квантовой  механикой.
Неудивительно,  что  мы  «приберегли»  его  под  конец  книги.
 Альберт  Эйнштейн  в  рамках  созданной  им  общей  теории  от¬
носительности  предложил  модель  однородной,  изотропной  и  ста¬
ционарной  Вселенной.  Свойства  такой  сознательно  упрощенной
Вселенной  одинаковы  во  всех  местах,  по  всем  направлениям  и  во
все  времена.  Но  в  1922  году  ленинградский  ученый  А.  А.  Фрид¬
ман  показал,  что  из  уравнений  Эйнштейна  вытекает  возможность
существования  нестационарных  (то  есть  расширяющихся  или
сжимающихся)  однородных  изотропных  моделей.
 «Эйнштейн,  исходя  из  интуитивных  соображений,  считал  мир
бесконечным  во  времени  и  искал  так  называемые  стационарные
решения  своих  уравнений.  Сейчас  нам  кажется  странным,  как
это  Эйнштейн,  стремившийся  всюду  заменить  интуицию  строгим
анализом,  проявил  здесь  слабость»2.
 Прочитав  такое,  невольно  вспомнишь  строки  Лоуэлла3:
 Чему-нибудь  да  научила
Детей  своих  природа-мать:
 Кто  ничего  создать  не  может,
 Умеет  тот  критиковать.
 Оказывается,  считать  мир  бесконечным  во  времени  —  значит,
 1 	Известный  американский  астроном.
 2 	Ирина  Радунская.  «Безумные»  идеи.  М.,  «Молодая  гвардия»,
 3Д  ж  е  й  м  с  Рассел  Лоуэлл  (1813—1891)  —  американский  поэт.
 209

поддаться  интуиции,  «проявить  слабость»!  А  может,  это  следует
назвать  иначе  —  материалистическим  мировоззрением?
 А.  А.  Фридман  вовсе  не  собирался  «ниспровергать»  Эйнштей¬
на.  Он  решил  интереснейшую  математическую  задачу,  получил
парадоксальный,  но  далеко  не  бессмысленный  вывод.
 «Я  считаю  результаты  господина  Фридмана  правильными
и  исчерпывающими,—  признал  в  1923  году  А.  Эйнштейн.—
...Уравнения  поля  допускают  для  структуры  пространства  наря¬
ду  со  статическими  решениями  и  динамические  (то  есть  изме¬
няющиеся  со  временем)»...
 Математическая  модель  Вселенной  это  еще  не  сама  Вселенная.
Поэтому  решающее  слово  в  оценке  выводов  А.  Фридмана  должно
было  принадлежать  астрономам.
 В  разделе  «Уровни  жизни»  атомов  и  молекул»  упоминалось
о  спектральном  анализе  света  звезд  (помните  слова  В.  Мейера:
«...мы,  как  это  ни  удивительно,  получили  возможность  судить
 о 	строении  природы  даже  на  самых  далеких  концах  Вселен¬
ной...»?).  Так  вот,  незадолго  до  описываемых  событий  американ¬
ский  астроном  Слайфер  обнаружил  странное  смещение  линий
в  спектре  звездного  света.  Это  смещение  назвали  «красным»,  по¬
тому  что  частоты  спектральных  составляющих  понизились,  сдви¬
нулись  в  сторону  красного  света.  После  опубликования  работы
А.  Фридмана  американский  астроном  Хаббл  установил,  что  «крас¬
ное»  смещение  тем  больше,  чем  удаленнее  Галактика.  И  тогда
вспомнили  про  эффект  X.  Допплера.  А  не  оттого  ли  смещается
спектр  света,  что  его  источники  —  звезды  —  удаляются  от  нас
чем  дальше,  тем  быстрее?
 Измерения  показали,  что  «расширение»  Вселенной  (если
«красное»  смещение  действительно  объясняется  эффектом  Доп¬
плера)  происходит  с  поистине  астрономической  скоростью  —  наи¬
большее  зафиксированное  ее  значение  составляет  120  тысяч  ки¬
лометров  в  секунду!
 Теория  «расширяющейся  Вселенной»  породила  философский
резонанс,  не  менее  острый,  чем  тот,  который  был  вызван  «энтро¬
пийным  постулатом»  Клаузиуса.  Ее  сторонники  подсчитали,  что
10  миллиардов  лет  назад  Вселенная  представляла  собой  сверх¬
плотный  сгусток  вещества,  занимавший  ничтожно  малый  объем.
Затем  будто  бы  произошел  гигантский  взрыв,  в  результате  кото¬
рого  образовалась  раскаленная  до  многих  триллионов  градусов
 Что  ждет  Вселенную?  Нескончаемое  рас¬
ширение?  Сначала  расширение,  затем  сжа¬
тие?  Или,  возможно,  пульсация  —  чередую¬
щиеся  циклы  сжатие  —  расширение  —  сжа¬
тие?
 211

плазма,  состоящая  из  электронов,  позитронов  и  фотонов.  Лишь
через  несколько  сотен  тысячелетий  началось  образование  атомов...
Последствия  взрыва,  разметавшего  сгусток  праматерии,  и  вы¬
ражаются  в  продолжающемся  расширении  Вселенной.
 Выходит,  что  Вселенная  возникла  приблизительно  10  милли¬
ардов  лет  назад.
 А  раньше  ее  не  существовало?  Если  «проявить  слабость»  и  под¬
даться  магии  формальных  расчетов,  то  мир,  бесконечный  во  вре¬
мени,  придется  объявить  несостоятельным.  «То,  что  имеет  началог
имеет  и  конец»  —*  помните?
 Но  можно  рассуждать  по-другому.  Если  даже  принять  теорию
«расширяющейся  Вселенной»  и  согласиться  с  тем,  что  около
10  (или  20,30—какая,  в  принципе,  разница!)  миллиардов  лет  на¬
зад  вещество  было  сконцентрировано  в  виде  сверхплотного  сгуст¬
ка,  то  это  вовсе  не  означает,  что  10,20  или  30  миллиардов  лет  —
«возраст»  Вселенной,  что  она  возникла  и  начала  развиваться  в  ка¬
кой-то  «нулевой»  момент  времени.  Встать  на  подобную  точку
зрения  —  все  равно,  что  признать  «изначальный  акт  творения»,,
«божественное  происхождение  мира».  А  ведь  у  нас  нет  никаких
оснований  говорить  о  «начале  мира».  Допустим,  что  когда-то  ма¬
терия  существовала  в  иной  качественной  форме  —  это  согласует¬
ся  с  диалектической  точкой  зрения,  предусматривающей  много¬
образие  форм  движения  материи.  Вселенная  нестационарна?  Нуу
что  ж,  «все  течет,  все  изменяется...»
 В  бесконечной  Вселенной  вещество  на  какой-то  стадии  разви¬
тия  могло  находиться  в  «сверхплотном»  состоянии.  Однако
вещество  —  не  единственная  форма  материи...  Оно  представ¬
ляет  собой  совокупность  частиц,  обладающих  массой  покоя.  Но
существует  и  другой  вид  материи  —  поле,  не  имеющее  массы  покоя
и  отличающееся  непрерывностью.  Значит,  неверно  отождествлять
гипотетический  сгусток  сверхплотного  вещества  со  Вселеннойг
так  же  как  само  вещество  с  материей.  Даже  обладая  сверхплот¬
ным  «ядром»,  занимающим  ничтожно  малый  объем,  Вселенная
оставалась  бы  бесконечной!
 Впрочем,  следует  оговориться,  что  не  все  ученые  считают  до¬
казанным  сам  факт  расширения  Вселенной.  Так,  Луи  де  Бройльг
классик  квантовой  физики,  с  которым  мы  познакомились  в  раз¬
деле  «Сожги  то,  чему  поклонялся...»,  (высказал  мысль,  что  «крас¬
ное»  смещение  может  быть  вызвано  не  эффектом  Допплера,  а  ста¬
рением  фотонов.  Перенос  массы  фотона  связан  с  затратами  энер¬
гии.  Предполагают,  что  эту  энергию  уносят  гравитационные
волны.
 Гравитация,  или  тяготение  рассматривается  общей  теорией
относительности  как  искривление  пространства-времени.  Еще
 212

в  1911  году  Эйнштейн  опубликовал  статью  «О  влиянии  силы  тя¬
жести  на  распространение  света»,  а  в  1919  году  астрономические-
наблюдения  подтвердили,  что  луч  звездного  света  искривляется
вблизи  Солнца  под  действием  гравитации...
 Сторонники  теории  «расширяющейся  Вселенной»  не  возража¬
ют  против  «эффекта  Эйнштейна»  и  возможности  «гравитационно¬
го»  смещения,  однако  утверждают,  что  его  «удельный  вес»  неве¬
лик  в  сравнении  с  «допплеровским»  смещением.  Но  у  противни¬
ков  теории  есть  и  другие  аргументы.  Наиболее  полно  они  изложе¬
ны  в  статье  члена-корреспондента  АН  СССР  П.  Кропоткина
«Красное»  без  расширения.  По  поводу  теории  разбегающейся
Вселенной»  (журнал  «Знание  —  сила»,  1971,  №  2).  Здесь  и  ссыл¬
ка  на  авторитет  Хаббла,  открывшего  «красное»  смещение  ((«сам
Хаббл...  сопоставил  видимую  яркость  и  число  галактик  и  пришел:
к  выводу,  что  красное  смещение  —это  не  Допплер-эффект»),,
и  замечание,  что  в  расширяющейся  однородной  модели  Вселен¬
ной  увеличиваются  все  размеры,  в  том  числе  атомов,  а  потому
и  самого  расширения  обнаружить  невозможно...
 Сторонники  теории  расширения  пожимают  плечами:  помилуй¬
те,  происходит  изменение  лишь  космологических  масштабов,
масштабы  микро-  и  макроскопические  сохраняются...  В  свою
очередь,  как  доказательство  правильности  теории,  используют
реликтовое  радиоизлучение,  которое  теоретически  должно  было
возникнуть  на  ранних  стадиях  расширения  Вселенной.  Это  ра¬
диоизлучение  несколько  лет  назад  зарегистрировали.  Значит,  тео¬
рия  блестяще  подтвердилась?
 «Недавно  был  обнаружен  новый  факт  —  так  называемое  фоно¬
вое  радиоизлучение,  которое  равномерно  со  всех  сторон  приходит
к  нам  из  космоса.  Не  дожидаясь,  когда  оно  будет  как  следует
изучено,  сторонники  «расширения»  поспешили  объявить  его  ре¬
ликтовым.  Эти  радиоволны,  по  их  представлениям,  не  что  иное,
как  электромагнитные  волны,  излученные  в  первые  часы  суще¬
ствования  чрезвычайно  горячей  Вселенной  10  миллиардов  лет
назад.  За  время  путешествия  в  космосе  они  якобы  растянулись
настолько  (вследствие  Общего  расширения),  что  приобрели  дли¬
ну  сантиметровых  радиоволн...  Теперь  уже  ясно  что  фоновое  из¬
лучение  не  имеет  никакого  отношения  к  «расширению»  Вселен¬
ной.  Оно  связано  с  обычным  тепловым  излучением  рассеянной
межгалактической  материи  и  другими  источниками»  (П.  Кропот¬
кин).
 А  сторонники  теории  весьма  хладнокровно  ответствуют:  «На
проходившем  летом  1970  года  в  Англии  очередном  конгрессе
Международного  астрономического  союза  ученые  пришли  к  еди¬
нодушному  мнению,  что  никаких  серьезных  оснований  сомневать¬
 213

ся  в  реликтовом  характере  зарегистрированного  космического
радиоизлучения  пока  нет»1.
 Противники  теории  берут  на  вооружение  так  называемую
«долгую  шкалу»  развития  галактик,  оперирующую  триллионами
лет.  Сторонники  теории  утверждают,  что  «долгая  шкала»  устаре¬
ла,  что  она  базируется  на  ошибочных  предпосылках.  На  самом
деле,  мол,  наибольшая  продолжительность  «жизни»  всех  извест¬
ных  космических  образований  имеет  порядок  10  миллиардов  лет.
 Словом,  на  каждый  довод  одной  стороны  имеется  «контрдовод»
другой.  За  единственным,  пожалуй,  исключением.
 Существуют  так  называемые  «космологические  парадоксы».
К  ним,  в  частности,  относится  фотометрический  парадокс  Шезо-
Ольберса.  Он  состоит  в  том,  что  бесконечное  множество  звезд
должно  придавать  ночному  (да  и  дневному  тоже)  небу  ослепи¬
тельную  яркость,  сопоставимую  с  яркостью  Солнца.  К  счастью
для  человечества,  этого  не  происходит,  иначе  все  живое  было  бы
испепелено  жарким  «дыханием»  звезд.
 Теория  «расширения»  способна  устранить  фотометрический
парадокс.  Мы  знаем,  что  энергия  кванта  пропорциональна  часто¬
те  излучения.  Понижение  частоты  из-за  эффекта  Допплера  рав¬
носильно  ослаблению  света.  Чем  дальше  от  нас  галактика,  тем
быстрее  она  «убегает»  и  тем  сильнее  смещается  спектр  ее  излуче¬
ния  —  видимый  свет  становится  невидимым,  инфракрасным  или
даже  превращается  в  радиоволны...
 Солидный  аргумент  в  пользу  теории  «расширения».  Правда,
упомянув  об  «исключении»,  я  допустил  неосторожность: 	ведь
 старение  фотонов  также  уменьшает  их  энергию!  Значит,  спор
 о 	природе  «красного»  смещения  не  оставит  в  стороне  и  разгадку
фотометрического  парадокса.
 Какой  же  вывод  можно  сделать  из  продолжающейся  «дуэли»
ученых?
 Большинство  специалистов  склоняются  все  же  к  тому,  что
«красное»  смещение  носит  допплеровский  характер.  Даже  осто¬
рожный  в  суждениях  «Философский  словарь»  признает,  что  оно
«наиболее  естественно  истолковывается  как  эффект  Допплера,
т.  е.  результат  удаления  галактик  друг  от  друга  (их  «разбега-
ния»)».  И  далее:  «В  настоящее  время  почти  общепризнанными
в  науке  являются  основанные  на  общей  теории  относительности
модели,  построенные  советским  физиком  А.  А.  Фридманом...»
 «Наиболее  естественно»,  «почти  общепризнанно»—это,  конеч¬
но,  оговорки.  Но  нужно  помнить,  что  даже  безоговорочно  при¬
 1 	В.  Комаров.  Загадка  красного  смещения.—  «Знание  —  сила»,  №  2,
 1971.
 214

знанная  теория  еще  не  есть  теория  безусловно  правильная.  «Че¬
рез  утверждение  и  отрицание  мы  прокладываем  зигзагообразный
путь  к  усовершенствованию»  —  глубокомысленно  заметил  амери¬
канский  писатель  Джит  Берджес  (1866—1951).  Мысль  не  новая,
она  выражает  все  тот  же  диалектический  принцип.  Даже  самая
«незыблемая»  теория  несет  в  себе,  как  мы  убедились,  элемент
самоотрицания:  «Под  всякой  бездной  раскрывается  другая,  еще
более  глубокая»  (Эмерсон)1.
 Господствующая  теория  —  всего  лишь  приближение  к  истине,
степень  которого  определяется  состоянием  науки.  Современная
космология  еще  не  способна  разгадать  «жгучую  тайну»  мирозда¬
ния.  Модели,  вокруг  которых  разгорелась  дискуссия,  отображают
свойства  Вселенной  крайне  упрощенно.  Реальная  Вселенная  не
однородна  и  не  изотропна,  она  неизмеримо  сложнее  любой  из  су¬
ществующих  моделей.  Поэтому  нельзя  переносить  теоретические
выводы,  полученные  путем  анализа  гипотетической  модели,  на
бесконечную  во  времени  и  пространстве  Вселенную...
 Что  же  касается  наблюдений,  то  и  они  не  позволяют  пока  де¬
лать  далеко  идущие  выводы.  Ведь  мы  не  в  состоянии  наблюдать
за  процессами,  происходящими  во  всех  частях  безграничной  Все¬
ленной.  Самое  большее,  что  доступно  нашим  средствам  наблюде¬
ния,  —  это  метагалактика  (в  буквальном  смысле:  «то,  что  нахо¬
дится  за  галактикой»),  то  есть  космическая  система,  содержащая
миллиарды  галактик.  «Красное»  смещение  дает  возможность  пред¬
положительно  судить  о  звездном  движении  в  пределах  метагалак¬
тики,  но  что  нам  известно  о  процессах,  происходящих  вне  ее?
 Означает  ли  сказанное,  что  моделирование  Вселенной  —  бес¬
смыслица,  недопустимое  упрощенчество?  Отнюдь  нет.  Со  временем
модели  станут  совершеннее,  в  них  будет  учтена  анизотропия  и  не¬
однородность  реального  мира.  На  смену  «первому  приближению»
придут  второе,  третье...
 Но  как  бы  ни  совершенствовались  модели,  они  не  смогут  «раз¬
ложить  по  полочкам»  бесконечное  множество  разнообразнейших
явлений,  которые  в  совокупности  называются  Вселенной.
 «Тепловая  смерть»  и  «красное»  смещение  продолжают  служить
предметом  споров.  Однако  ученые  пока  не  располагают  достаточ¬
ным  количеством  фактического  материала,  почерпнутого  из  наблю¬
дений,  и  поэтому  никак  не  могут  убедить  друг  друга.  Но  это  —
о  частностях.  А  вот  спор  о  главном  —  бесконечна  или  конечна  Все¬
ленная  —  сводится  к  борьбе  мировоззрений.  И  здесь  не  может  быть
компромиссов.  Галактики  и  даже  метагалактики  могут  (возникать,
 1 	Ральф  Уолдо  Эмерсон  (1803—1882)  —  американский  фило¬
соф  и  публицист.
 215

«расширяться»,  исчезать.  Вселенная  же  существовала  всегда  и  бу¬
дет  существовать  вечно,  обновляясь  и  видоизменяясь  в  непрерыв¬
ном  круговороте  материи...
 Совершим  небольшой  экскурс  в  прошлое  науки  о  мироздании.
Мы  уже  ссылались  на  книгу  «Жизнь  природы»  Вильгельма  Мейе¬
ра.  Его  перу  принадлежит  еще  одна  книга.  Вот  что  писал  о  ней
академик  А.  И.  Берг1:
 «Хочется  вспомнить  замечательную  для  своего  времени  (конец
прошлого  века)  книгу  «Мироздание»  доктора  Вильгельма  Мейера
(«Астрономия  в  общепонятном  изложении»,  около  700  страниц,
300  отличных  иллюстраций,  изданная  под  редакцией  крупного
русского  астронома,  заслуженного  профессора  С.-Петербургского
университета  С.  П.  Глазенапа).  Я  обучался  тогда  в  Морском  корпу¬
се  и  отчетливо  помню,  что  выбору  штурманской  специальности  во
флоте  помогла  мне  именно  эта  книга».
 Действительно,  читая  книгу  «Мироздание»,  поражаешься  эру¬
диции  ее  автора.  И  еще  —  современности  и  мудрой  оптимистично¬
сти.  Вот,  послушайте:  «Если  даже  вся  область  мироздания,  какую
только  мы  можем  охватить  нашим  конечным  умом,  должна  погиб¬
нуть  по  неумолимым  требованиям  логики,  то  ведь  она  есть  лишь
небольшая  часть  бесконечной  Вселенной...
 Конечно,  опять  мы  не  должны  представлять  себе  законченной
бесконечности  мировых  явлений...  Состояние  так  называемой  энт¬
ропии,  которого  так  боятся  некоторые  мыслители,  не  может  насту¬
пить  ни  в  каком  будущем.  Это  неоспоримо  доказывается  нам  жи¬
вым  настоящим,  которого,  к  нашему  счастью,  не  может  отвергнуть
никакая  философия:  вечность  времени  лежит  настолько  же  позади
нас,  насколько  мы  ее  допускаем  и  впереди...  Мы  вправе  думать,  что
все  будущие  времена,  какие  только  можно  мыслить,  движение
и  жизнь,  совершенствующая  красота  и  порядок  будут  развиваться
все  дальше  и  дальше,  передаваясь  от  системы  к  системе,  от  миро¬
здания  к  мирозданию».
 Этими  словами  заканчивается  книга,  написанная  в  конце  про¬
шлого  века.  К  ним  трудно  что-либо  добавить.
 1  Послесловие  к  книге  И.  Радунской  «Безумные»  идеи».

СТРАНИЦЫ  ПРОЩАНИЯ...
 ДРУГ  МОЙг  ЭТО  НЕ  КНИГА,  ПРИКАСАЯСЬ  К  НЕЙ,
ТЫ  ПРИКАСАЕШЬСЯ  К  ЧЕЛОВЕКУ.
 Уолт  Уитмен
 В  течение  года  она  была  моим  каждодневным  спутником.  Я  пи¬
сал  ее  медленно  и  трудно.  Говорят,  то,  что  написано  без  усилий,
читается,  как  правило,  без  удовольствия.  Но  это,  конечно,  не  озна¬
чает,  что  все,  написанное  с  усилиями,  читается  с  удовольствием.
Доставит  ли  удовольствие  читателю  моя  книга?
 Шарль  Монтескье  (1689—1755)  признавался  :«Моя  болезнь  со¬
стоит  в  том,  что  я  пишу  книги,  а,  написав,  стыжусь  их».  Кое-что
из  написанного  мной  ранее  тоже  вызывает  у  меня  если  не  стыд,  то
досаду.  Лет  пятнадцать  назад  я  написал  научно-фантастический
роман  «Крушение  Брекленда».  В  нем  был  обширный  набор  штампов:
и  полубезумный  профессор,  мечтающий  о  власти  над  миром,  и  глу¬
поватый  мультимиллиардер,  и  наивный  молодой  ученый,  и  отваж¬
ный  астронавт,  единолично  расстроивший  происки  человеконена-
вистника-лрофессора.  На  мою  беду  первая  глава  романа  (когда  она
была  еще  единственной)  вызвала  бурный  восторг  редактора,  а  на
мое  счастье  книга  (когда  я  ее  закончил)  так  и  не  увидела  света.
 Случись  иначе,  я  по  сей  день  не  избавился  бы  от  стыда...
 «Моя  болезнь  состоит  в  том,  что  я  пишу  книги...»  Но  вот  книга
написана,  и  мне  грустно.  Завтра,  в  картонной  папке,  она  уйдет
в  издательство.  Ее  положат  на  стол  редактора.  И  это  уже  будет  не
только  мое  детище.
 Впрочем,  наша  книга  с  самого  начала  —  коллективный  труд.
Не  только  потому,  что  речь  в  ней  идет  об  открытиях,  теориях  и  ги¬
потезах,  принадлежащих  многим  ученым.  Мне  помогали  своими
советами,  раздумьями  мудрые  люди  разных  эпох.  Я  охотно  предо¬
ставлял  им  слово.
 Платон  и  Овидий,  Шекспир  и  Данте...  Их  потрясли  бы  косми¬
ческие  корабли  и  атомные  реакторы,  телевизоры  и  крикливые
«транзисторы».  Но  они  остались  бы  великими  людьми  и  среди  нас,
и  среди  наших  отдаленных  потомков.  Человеческая  мудрость  не¬
преходяща,  над  ней  не  властна  патина  времени.
 217

Мне  хотелось  убедить  читателя,  что  сказочное  изобилие  откры¬
тий,  обрушившееся  на  современного  человека,—  вовсе  не  заслуга
нынешнего  поколения,  вернее,  не  только  его  заслуга.  Первый  ка¬
мень  в  арматуру  серпуховского  синхрофазотрона,  возможно,  зало¬
жил  еще  Аристотель...
 Мы  благодарны  нашим  великим  предкам  за  огромный  подго¬
товительный  труд,  плодами  которого  пользуемся.  За  убежден¬
ность  во  всесилии  человеческого  разума,  неотвратимое  стремле¬
ние  к  знанию,  самоотверженность  и  скромность.  И  даже  то  в  их
наследии,  что  кажется  сейчас  тривиальным  и  вовсе  наивным,  за¬
служивает  высочайшего  уважения.
 Выдающиеся  люди  жили  бок  о  бок  с  людьми  обыкновенными,
до  поры  до  времени  не  выделяясь.  У  них  были  и  слабости,  смеш¬
ные  человеческие  слабости.  А  слава?  Часто  она  приходила  слишком
поздно.
 Жизнь  человека...  После  нее  остаются  две  даты  в  круглых
скобках  и  то,  что  совершено  в  промежутке  между  ними.  А  изред¬
ка  —  города,  улицы,  школы,  теплоходы  и  лунные  кратеры.
 Великие  и  обыкновенные  люди  науки!  Из  уважения  к  вам
я  не  мог  ввести  в  нее  читателя  через  парадный  вход,  где  висят
мемориальные  доски  и  сияют  светочи,  где  все  тщательно  начище¬
но  и  каждая  трещина  зашпаклевана.  Такой  парадностью  нередко
грешат  научно-популярные  книги.  И  у  читателя  создается  впе*^
чатление,  что  на  его  глазах  происходит  последний  штурм  бастио¬
нов  знания  или  даже  не  штурм,  а  победоносное  бескровное  шест¬
вие  по  елисейским  полям  науки.
 Мы  же  вошли  с  черного  хода  и  увидели  науку  такой,  какая
она  есть  —  не  чуждой  сомнений  и  ошибок,  способной  искренне
заблуждаться  и  даже  попадать  в  тупик.  Мы  стали  свидетелями
научных  споров  и  убедились,  как  трудно  рождается  в  них  истина.
Ведь  то,  что  сегодня  кажется  единственно  правильным,  завтра
может  не  выдержать  «очной  ставки»  с  новыми  фактами  и  наблю¬
дениями.  А  «очевидная»  ошибка  превратится  в  непонятую  сов¬
ременниками  истину.
 Нужно  ли  этого  бояться?  Конечно  же,  нет.  Просто  в  науке  не
следует  спешить  с  уборкой  «строительных  лесов».  И  еще  нужно
помнить  «принцип  неопределенности»,  ограничивающий  катего¬
ричность  наших  суждений.
 Взять,  например,  квантовую  теорию.  Можно  ли  говорить  о  ее
незыблемости,  «окончательности»?  Нет,  она  куда  дальше  от  со¬
вершенства,  чем  (в  своей  сфере)  классическая  физика.  Если  ог¬
раничиваться  атомами  и  молекулами  со  сравнительно  небольши¬
ми  скоростями  и  энергиями,  то  все  будет  в  порядке.  Но  стоит
перейти  к  микрочастицам,  движущимся  со  скоростями,  близкими
 218

к  скоростя  света,  и  обнаружится  незавершенность  квантовой  тео¬
рии,  всплывут  новые  парадоксы.
 Как  согласуется  все  это  с  нарастанием  темпов  научно-техни¬
ческого  прогресса,  с  революционным  характером  развития  совре¬
менной  науки?  Действительно,  ученые  снимают  небывалый  «уро¬
жай»  открытий.  Но  революция  в  науке  не  может  продолжаться
вечно.  Сколько  она  продлится,  какие  формы  примет,  пока  пред¬
сказать  невозможно.
 Когда-то  еще  не  постигнутое  наукой  уподобляли  белым  пят¬
нам  на  карте,  причем  подразумевалось,  что  с  течением  времени
они  сжимаются,  словно  шагреневая  кожа:  все  меньше  остается
неразгаданных  тайн  природы,  все  более  стройной  и  гармоничной
становится  картина  мироздания.  Сейчас,  словно  и  здесь  обнару¬
жилось  «красное»  смещение,  стремительно  расширяется  вся
«карта».  «Наряду  с  изученным  «пространством»  увеличивается
и  число  «белых  пятен»  —  прежде  их  просто  не  замечали,  мешала
своеобразная  «близорукость»,  отсутствие  достаточно  точных  и  чув¬
ствительных  приборов.
 В  этом  и  состоит  главный  парадокс:  чем  больше  мы  узнаем,
тем  больше  открывается  перед  нами  неведомого,  нераспознанного.
Здесь  нет  ничего  общего  с  агностицизмом.  Мир,  безусловно,  позна¬
ваем,  и  трудности,  с  которыми  сталкивается  современная  наука,
носят  временный  характер.  Но,  чтобы  преодолеть  их,  возможно,
потребуется  не  одна  научно-техническая  революция.  А  пока  нау¬
ка  являет  собой  все  то  же  диалектическое  единство  противополож¬
ностей:  она  всемогущая  и  бессильная,  неудержимо  рвущаяся
к  цели  и  блуждающая  по  запутанным  лабиринтам,  полная  опти¬
мизма  и  разочарования,  устремленная  в  будущее  и  боящаяся  его...
Такова  героиня  этой  книги  в  субъективном  видении  автора.
 «Неисчерпаемое  в  привычном».  Придумав  такой  заголовок
и  подчинив  ему  содержание  книги,  я  взял  на  себя  нелегкую  за¬
дачу.
 А  теперь  взглянул  на  свою  работу  глазами  первого  читателя.
И,  пожалуй,  —  критика.
 Основной  недостаток  книги  заключается  в  том,  что  мне  так
и  не  удалось  «исчерпать»  неисчерпаемое.  Экономя  место,  я  по
ходу  дела  раскладывал  «пасьянс»:  вот  об  этом  нужно  обязательно
рассказать,  а  тем  придется  пожертвовать...  И  ва  бортом  книги
остались:
 ультраакустика  и  гидроакустика;
 интроскопия;
 радиолокация;
 параметрические  усилители;
 магнетроны,  клистроны,  лампы  бегущей  волны;
 219

ускорители  заряженных  частиц  и,  к  сожалению,  многое  другое,
что  можно  было  бы  включить  в  книгу  большего  объема.
 И  все  же  я  доволен  хотя  бы  потому,  что,  прочитав  написанное,
ничего  не  смог  из  него  выбросить.
 Не  желая,  чтобы  моя  книга  оказалась  надоедливой,  я  заканчи¬
ваю  словами  Ларошфуко:  «Истинное  красноречие  состоит  в  том,
чтобы  сказать  все,  что  нужно,  но  не  более  того».

СОДЕРЖАНИЕ
 3
 От  автора
 7
 Удивительный  мир,  удивительная  эпоха
 15
 Транзитом  сквозь  бесконечность...
 21
 По  биению  сердца
 30
 Колебания-«перевертыши»
 39
 Все  степени  свободы
 45
 В  погоне  за  миллионами
 50
 Секунда  секунде  рознь
 55
 Биологические  часы
 '61
 Колеблющаяся  вечность?
 66
 Алгебра  и  гармония  колебаний
 75
 Прирученная  нелинейность
 81
 Волны,  волны,  волны...
 87
 Электромагнитная  материя
 94
 По  эстафете  от  молнии...
 99
 Башни,  рупоры,  линзы...
 107
 Радиоволны  в  пространстве
 113
 Волна  и  мысль
 120
 Ключ  к  волне
 124
 «Промышленность»  колебаний
 131
 Мир,  распахнутый  перед  человеком
 141
 Волна  под  прессом
 151
 Машины  читающие  и  говорящие
 157
 Радиосвязь  с  мозгом
 162
 «Неподтвердившаяся»  гипотеза
 168
 Разум  плюс  эмоции
 175
 Сожги  то,  чему  поклонялся...
 183
 «Уровни  жизни»  атомов  и  молекул
 191
 Со  страниц  романа
 201
 «Фата-моргана»  квантовой  электроники
 209
 Горизонты  Вселенной
 217
 Страницы  прощания...

Художник
Б.  ВАЛИТ
 Александр  Филиппович  Плонский
НЕИСЧЕРПАЕМОЕ  В  ПРИВЫЧНОМ
 Редактор  И.  М.  Поспелова
 Художественный  редактор  В.  В.  Щукина
Технический  редактор  В.  А.  Авдеева
Корректор  Э.  3.  Дименштейн
 Сд.  в  наб.  22/ХП-72  г.  Подп.  к  печ.  26/У1-73  г.
Формат  бум.  60X84716.  Физ.  печ.  л.  14,0.  Уел.
печ.  л  13,02.  Уч.-изд.  л.  13,07.  Изд.  инд.
НА-113.  А08172.  Тираж  17  ООО  экз.  Цена  58  коп.
в  перепл.  Бумага  №  1.
 Издательство  «Советская  Россия».
Москва,  пр.  Сапунова,  13/15
 Книжная  фабрика  №  1  Росглавполиграфпрома
Государственного  комитета  Совета  Министров
РСФСР  по  делам  издательств,  полиграфии  и
книжной  торговли,  г.  Электросталь  Московской
области,  ул.  им.  Тевосяна,  25.  Заказ  N5  1004.

Плонский  А.  Ф.
 П39  Неисчерпаемое  в  привычном.  М.,  «Сов.  Россия»,
 1973.
 224  с.
 Волны  привычны  и  даже  обыденны  —  ведь  многие  процессы  и  явле¬
ния  носят  колебательный  характер.  С  ними  мы  встречаемся  в  повседнев¬
ной  жизни,  они  неотступно  сопровождают  нас.  Без  них  немыслима  совре¬
менная  техника,  на  знании  их  закономерностей  во  многом  основывается
технический  прогресс,  без  них  невозможно  и  само  существование  челове¬
ка.  Но  за  привычной  обыденностью  волн  скрывается  неисчерпаемость  их
проявлений.  О  многообразии  мира  волн,  нас  окружающем,  об  их  практи¬
ческом  и  теоретическом  значении  и  пойдет  речь  в  этой  книге.
 2-3—2 	530.1
 38-73

К  ЧИТАТЕЛЯМ
 Издательство  просит  отзывы  об  этой
книге  и  пожелания  присылать  по
адресу:  Москва,  проезд  Сапунова,
13/15,  издательство  «Советская  Рос¬
сия».