Пісня китів поширюється швидше за швидкість звуку: закони фізики при цьому не порушуються

Океан покриває більшу частину поверхні планети і є домівкою для неймовірної кількості видів, зокрема й для найбільших тварин Землі — китів. Окрім величезних розмірів, кити можуть чимось здивувати вчених: їхні глибокі пісні здатні поширюватися на неймовірні відстані, але це ще не все. Феномен полягає в тому, що звукові хвилі, схоже, поширюються швидше, ніж мали б, пише IFLScience.

У недавньому дослідженні доктор Джон Шпісбергер разом із колегами з Пенсильванського університету спробували виміряти швидкість звукових хвиль фінвалів — результати аналізу поставили вчених у глухий кут. Зрештою вчені з’ясували, що дві хвилі об’єдналися, спотворюючи уявну швидкість сигналу — ефект, найбільш відомий із парадоксів спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна.

Знання швидкості поширення китової пісні дозволяє вченим визначити місцезнаходження морського гіганта, який її видає, — це дуже корисно для проведення біологічних досліджень. Однак програма Шпісбергера з оцінки швидкості на основі даних, отриманих за допомогою кількох записуючих пристроїв, дала, мабуть, безглузді результати.

За словами доктора Шпісбергера, вперше вони разом із колегами отримали значення близько 1000 метрів за секунду. Для порівняння: зазвичай швидкість звуку в морській воді становить 1500 метрів на секунду. Однак згодом вчені отримали значення, які сягали швидкості 3000 метрів на секунду. Ці дані вказували на помилку.

Пізніше вчені зрозуміли, що суперечності виникають через те, що деякі звукові хвилі поширюються безпосередньо до приймачів, тоді як інші відбиваються від поверхні океану і, отже, проходять довший шлях. Само по собі це не є новиною: нам уже відомо, що відлуння може досягати нас із затримкою.

За словами іншого співавтора дослідження, доктора Юджина Террея з Океанського інституту Вудс-Хоул, те, що вони виявили, було зумовлено тим, як ці сигнали поєднуються, створюючи часову інтерференцію. Цікавий аспект тимчасової інтерференції полягає в тому, що пік енергії може настати раніше, ніж можна було б очікувати від кожного сигналу окремо.

Цей ефект може здаватися порушенням законів фізики, але це зовсім не так. Зв’язок з Ейнштейном полягає в тому, що спеціальна теорія відносності часто описується так: ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла у вакуумі.

Однак у кожного правила є свої винятки. Окрім можливості існування тахіонів — частинок, які завжди рухаються швидше за світло, — спеціальна теорія відносності не виключає можливості об’єднання електромагнітних хвиль таким чином, що пік сигналу поширюється швидше за швидкість світла. Це відбувається навіть тоді, коли самі фотони продовжують рухатися зі швидкістю світла.

Втім, що надзвичайно важливо, цей пік не несе жодної інформації. Адже якби це було так, можна було б надсилати інформацію назад у часі. Ідея про те, що пік енергії рухається швидше, ніж хвиля, яка його несе, може здатися абсурдною, але можна уявити собі аналогічну ситуацію, коли океанська хвиля під кутом врізається в стіну. Простими словами, гребінь спочатку вдариться об один кінець стіни, а потім рухатиметься вздовж стіни у міру того, як дедалі більша частина вхідної хвилі стикатиметься з нею.

Хоча Шпісбергер упевнений, що причиною того, що його китові крики рухаються з різною швидкістю, є тимчасові перешкоди, він все ж вважає за необхідне продемонструвати це експериментально. Дослідники планують провести низку експериментів. Спочатку вони планують відбивати звукові хвилі від твердої підлоги й об’єднувати їх із тими, що прямують безпосередньо до приймача. Автори сподіваються отримати дзеркальні відображення того, що роблять кити. Далі вони мають намір повторити експеримент, але в тисячі разів швидше — для цього знадобляться лазери.

Інші новини науки

• Найбільша латаття у світі виявилася дуже міцною: людина може легко плавати на ній
• Вагою 1800 кг і довжиною 7 м: найгрізніший крокодил у світі легко перекусив би шию носорога