Звуки финвалов (китов-полосатиков) слышны под водой на расстоянии до 100 км. Океанографы используют это, чтобы отслеживать китов: они сравнивают время прихода звука к нескольким гидрофонам, разбросанным по дну океана, и вычисляют положение животного. Но если пользоваться стандартными формулами, ошибка может достигать сотен метров — ученые просто не могли понять, почему.
Джон Шписбергер из университета Пенсильвании и Юджин Террей из Океанографического института Вудс-Хоул опубликовали в научном журнале Physical Review E объяснение этого феномена. И оно оказалось неожиданно связанным с … теорией относительности Эйнштейна.
Когда кит издает звук, он достигает гидрофона не по одному пути. Часть сигнала идет напрямую, а часть отражается от поверхности океана и приходит с задержкой. Эти два сигнала интерферируют — накладываются друг на друга. В зависимости от разницы фаз они могут усиливать или ослаблять друг друга. Результат: пик энергии смещается, и звук кажется прибывшим раньше или позже, чем на самом деле.
Шписбергер заметил этот эффект, когда отлаживал компьютерную программу для расчета скорости звука в воде. Вместо ожидаемых 1500 м/с он получал то 1000, то 3000. «Я сразу подумал, что в программе ошибка, — говорит он. — Но после нескольких часов проверки кода я понял, что это не баг, а реальный физический эффект».
Эффект называется временной интерференцией — это то же самое явление, из-за которого телевизионный сигнал у вашей антенны может затухать, когда две копии сигнала приходят несинхронно. Интерференция может смещать пик энергии, создавая иллюзию превышения скорости.
«Эффект звучит как нарушение физики, — говорит Шписбергер, — но это не так». То, что кажется ускоренным, — не сам сигнал, несущий информацию, а положение пика энергии. Это принципиальное отличие, которое позволяет эффекту существовать без нарушения теории относительности. Информация по-прежнему не может двигаться быстрее скорости света — ключевой принцип специальной теории относительности Эйнштейна.
Вы не можете использовать этот трюк, чтобы отправить сообщение самому себе в прошлое и поставить на бирже. Причинность не нарушается
Сейчас работа существует в теории и компьютерном моделировании. Следующий шаг — поймать эффект в реальном мире. Шписбергер планирует начать с простого эксперимента: установить микрофоны и отражать звук от твердого пола, имитируя поверхность океана. Если акустическая версия сработает, ту же идею можно будет проверить со светом, используя расщепитель луча и отражатель.
Открытие не только улучшит точность отслеживания китов для биологов и защитников природы, но и напоминает нам, что даже в самых неожиданных местах — в криках китов — можно найти отголоски фундаментальных законов Вселенной.
Ранее Наука Mail рассказывала о восстановлении популяций финвалов и синих китов в Атлантике.