Песнь китов распространяется быстрее скорости звука: законы физики при этом не нарушены

Океан покрывает большую часть поверхности планеты и является домом для невероятного количества видов, в том числе и самых крупных животных Земли — китов. Помимо огромных размеров, китам есть чем удивить ученых: их глубокие песни способны распространяться на невероятные расстояния, но это еще не все. Феномен заключается в том, что звуковые волны, похоже, быстрее, чем должны быть, пишет IFLScience.

В недавнем исследовании доктор Джон Шписбергер с коллегами из Пенсильванского университета попытались измерить скорость звуковых волн финвалов — результаты анализа поставили ученых в тупик. В конце концов ученые выяснили, что две волны объединились, искажая кажущуюся скорость сигнала — эффект, наиболее известный из парадокса в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.

Знание скорости распространения китовой песни позволяет ученым рассчитать местоположение морского гиганта, издающего ее — это весьма полезно для проведения биологических исследований. Однако программа Шписбергера по оценке скорости на основе данных, полученных с помощью нескольких записывающих устройств, дала, по-видимому, бессмысленные результаты.

По словам доктора Шписбергера, в первый раз они с коллегами получили значение около 1000 метров в секунду. Для сравнения, обычно цитируемая скорость звука в морской воде составляет 1500 метров в секунду. Однако в дальнейшем ученые получили значения, которые достигали скорости в 3000 метров в секунду. Данные указывали на ошибку.

Позже ученые поняли, что противоречия возникают из-за того, что некоторые звуковые волны распространяются непосредственно к приемникам, в то время как другие отражаются от поверхности океана и, следовательно, проходят более длинный путь. Само по себе это не ново: нам уже известно, что эхо может достигать нас с задержкой.

По словам другого соавтора исследования, доктора Юджина Террея из Океанского института Вудс-Хоул, то, что они обнаружили, было вызвано тем, как эти сигналы объединяются, создавая временную интерференцию. Любопытный аспект временной интерференции заключается в том, что пик энергии может наступить раньше, чем ожидалось бы от каждого сигнала по отдельности.

Этот эффект может звучать как нарушение физики, но это вовсе не так. Связь с Эйнштейном заключается в том, что специальная теория относительности часто описывается как: ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме.

Однако в каждом правиле есть свои исключения. Помимо возможности существования тахионов, частиц, которые всегда движутся быстрее света, специальная теория относительности не исключает возможности объединения электромагнитных волн таким образом, что пик сигнала распространяется быстрее скорости света. Это происходит даже если сами фотоны продолжают двигаться со скоростью света.

Впрочем, что крайне важно, этот пик не несет никакой информации. Поскольку, если бы это было так, можно было бы отправлять информацию назад во времени. Идея о том, что пик энергии движется быстрее, чем волна, которая его несет, может показаться абсурдной, но можно представить себе аналогичную ситуацию, когда океанская волна под углом врезается в стену. Простыми словами, гребень изначально ударится об один конец стены, а затем будет двигаться вдоль стены по мере того, как все большая часть входящей волны будет сталкиваться с ней.

Хотя Шписбергер уверен, что причиной того, что его китовые крики движутся с разной скоростью, являются временные помехи, он все же считает необходимым продемонстрировать это экспериментально. Исследователи планирует провести ряд экспериментов. Изначально они планируют отражать звуковые волны от твердого пола и объединять их с теми, которые идут непосредственно к приемнику. Авторы надеются получить перевернутые модели того, что делают киты. Далее они намереваются повторить эксперимент, но в тысячи раз быстрее — для этого потребуются лазеры.

Другие новости науки

• Самая крупная кувшинка в мире оказалась очень сильной: человек легко может плавать на ней
• Весом 1800 кг и 7 м в длину: самый грозный крокодил в мире легко перекусил бы шею носорога