В поисках одиннадцатого знака

Теперь мы хорошо представляем себе, как определяется чувствительность нашего слуха к звукам различной частоты и частотные границы слухового восприятия.

Нет ничего удивительного в том, что эти границы да и сама чувствительность слуха различны даже у вполне здоровых людей. Более того, они несколько меняются и у одного и того же человека в зависимости от различных обстоятельств: самочувствия, погоды и многих других. Поэтому пришлось обследовать множество людей и выражать чувствительность и границы слуха средними цифрами.

Взрослый человек воспринимает звуки с частотой от 15 до 18-20 тысяч колебаний в секунду. Дети слышат еще более высокие звуки - до 22 тысяч колебаний в секунду, а пожилые люди всего лишь до 13-15 тысяч колебаний в секунду. Собака слышит и ультразвуки до частоты 35-38 тысяч колебаний в секунду.

Порог слышимости звука не постоянен, он изменяется для звуков разной частоты. Наш слух грубее всего на самых низких и самых высоких частотах. Сила едва воспринимаемых нами звуков частоты 15 колебаний в секунду или частоты 20 тысяч колебаний в секунду примерно в 30 тысяч раз больше силы пороговых звуков частоты от 1 до 4 тысяч колебаний в секунду.

На частотах от 1 до 4 тысяч колебаний в секунду ухо человека необыкновенно чувствительно. Оно воспринимает звуки, создающие ничтожные давления на барабанную перепонку. Мощность этих звуков в миллиарды раз меньше мощности лампочки для карманного фонаря.

Эти тихие звуки вызывают в улитке уха перемещения, которые в тысячу раз меньше размеров самого легкого атома - водорода. Эти перемещения равны 0,00000000001 сантиметра, то есть дроби, в которой значащая цифра является одиннадцатым знаком. Такие фантастически малые механические движения и вызывают в мозге ощущения самого слабого звука.

Измерение столь малых перемещений пока немыслимо в технике, а ученые мечтают о подобной точности и создают чрезвычайно сложные и громоздкие установки, надеясь поймать одиннадцатый знак.

Для чего это им нужно?

Для многих целей. Но, пожалуй, в первую очередь для того, чтобы вновь - в который раз! - проверить справедливость теории относительности Эйнштейна.

Одним из самых знаменитых физических экспериментов был проведенный в конце прошлого столетия опыт Майкельсона. Задача, поставленная Майкельсоном, была необыкновенно трудна. Он хотел установить, зависит ли скорость света от скорости движения источника света.

Этот опыт вопреки ожиданиям и даже твердой уверенности ученых того времени доказал постоянство скорости света и ее независимость от движения источника света. Он явился той необходимой опытной основой, которая подтверждала справедливость теории относительности Эйнштейна.

Для своего опыта Майкельсон создал необыкновенно точный по тем временам прибор. Он позволял измерять скорость света с погрешностью 1,5 километра в секунду. Однако и эта точность была на пределе допустимой. Изменение скорости света в условиях Земли, если бы она все-таки оказалась непостоянной, должно иметь сравнимую с погрешностью измерений величину. Поэтому опыт многократно повторялся как самим Майкельсоном, так и другими физиками. Конечно, это делалось не ради установления нового рекорда точности, а для проверки удивительного факта - неизменности скорости света, для проверки теории относительности, которая зиждется на этом факте.

Теория относительности уже давно признана учеными, но тем не менее ее проверка является одной из важных задач физики. Решить ее физика стремится вовсе не для того, чтобы опровергнуть теорию Эйнштейна. Необходимо найти границы применения этой теории - как и всякая другая, она, видимо, должна иметь их. Но пока никому не удавалось найти эти границы. А между тем это позволило бы сделать новый гигантский скачок в физике. Да и не только в физике, но и в самих наших взглядах на окружающий мир.

Чтобы раз и навсегда проверить опыт Майкельсона и установить, постоянна ли скорость света, или она все-таки хоть чуточку меняется, необходимо провести ее измерения с точностью до одиннадцатого знака. Ученым требуется измерять расстояния с погрешностью не более одной стомиллиардной доли сантиметра.

Добиться столь высокой точности предполагают с помощью лазеров. Они будут применены в качестве источников света. Лазеры - стеклянные трубки, заполненные смесью двух благородных газов: гелия и неона, - будут укреплены на массивной стальной плите, подвешенной на амортизаторах в глубоком подземелье, расположенном вдали от железных и автомобильных дорог. (Даже самые незначительные сотрясения почвы не должны влиять на точность измерений.)

Очень много трудностей предстоит преодолеть ученым, прежде чем им удастся провести опыт и получить надежные результаты. А природа измеряет перемещения в 0,00000000001 сантиметра с помощью волосковых клеток. Эти "установки" можно разглядеть только в микроскоп, они не боятся ни изменений температуры, ни сотрясений.

"И как это удается природе? - спрашивают инженеры. - Вот бы и нам научиться!"