Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

• Название: Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
• Автор: Гэвин Претор-Пинни
• Издательство: Лайвбук
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-904584-33-7

Приготовьтесь: вас ждет кругосветное путешествие по всевозможным волнам: от серферских океанических до мозговых, радио-, микро-, инфракрасных, акустических, световых и многих прочих.

Претор-Пинни предлагает нам заново взглянуть на наш постоянно взволнованный мир.

---

Ну и, в конце концов, волна привлекает своей формой. Многие художники находили гладкую, с изгибами синусоиды волну одной из самых прекрасных линий в природе, поскольку она напоминает — а ведь так оно и есть — формы возлежащей на боку женщины. Английский художник Уильям Хогарт поместил змеевидную кривую на автопортрете, написанном в 1745 году. Волнистая линия изображена выгравированной на палитре художника в нижнем левом углу картины; под ней — надпись: «Линия красоты и изящества». Когда картина обрела известность, многие стали интересоваться у художника значением таинственной линии. В качестве своеобразного ответа Хогарт написал трактат под названием «Анализ красоты». «…Змеевидная линия, — пояснял он, — изгибаясь и извиваясь одновременно в разных направлениях, доставляет удовольствие глазу, заставляя его следить за бесконечностью своего многообразия…»{16} Наблюдая за линиями, создаваемыми «…приятным движением корабля на волнах»{17}, наш глаз получает то же наслаждение, что и при созерцании «…извилистых аллей, змеящихся речек…»{18}.

Если бы во времена Хогарта существовал аттракцион «американские горки», художник обязательно упомянул бы и его. Нам ведь нравятся волнообразные изгибы рельсовой дорожки, правда? Все мы время от времени переживаем подъемы и падения, даже если в действительности они не столь часты, как на аттракционе. На нашем пути вырастают преграды-«горки», преодолевая которые, мы поднимаемся на новую ступень, к новым высотам — к гребню волны. После чего грядет неизбежное, сопровождаемое тошнотой и стиснутыми до белых костяшек кулаками, падение.

Не потому ли частенько мы слышим, что, мол, «эмоции скачут вверх-вниз — ни дать ни взять американские горки»? Однако справедливости ради стоит заметить, что в реальной жизни, погружаясь с головой в пучину эмоций, мы не болтаем ногами и не визжим как резаные.

Кстати, разве у человеческого тела и волны не много общего? К тому времени, как вы достигаете преклонных лет, в вашем состарившемся организме не остается ни единой молекулы новорожденного. Вы растете благодаря тому, что питаетесь; в конце концов заменяется каждый атом кислорода, водорода, азота, а также других элементов, составлявших ваше младенческое тельце. Можно сказать, что, поглощая воздух, воду и пишу, мы их заимствуем — точно так же, как океаническая волна заимствует воду, через которую проходит.

В этом смысле мы похожи на волны. Если бы вам удалось сделать стоп-кадр океанической волны, катящей свои воды к берегу, вы бы сказали, что застывший волшебным образом водяной холм перед вами — и есть волна. Но волны не застывают во времени. В действительности частицы воды не перемещаются вместе с волной, они смещаются лишь незначительно; волна же, вернее, форма волны, а если уж совсем строго — энергия, — катится дальше. И хотя временные рамки у волны и человека сильно разнятся, принцип один: волна проходит через водную среду точно так же, как вы проходите через вашу «среду», — все те физические элементы, из которых ваше тело и состоит.

Однако созерцание колебаний океанических волн может увести вас совсем не в ту степь — вы начнете мыслить как завзятый хиппи. И, сами того не заметив, погрузитесь в дзенские размышления на тему духовного, что, мол, все взаимосвязано, чувак, ну, типа, на глубинных уровнях.

* * *

Итак, поговорим о пятом, заключительном, этапе жизненного цикла наших волн. Вполне возможно, что достигшая солидного возраста группа волн в таком необычном составе прошла не одну сотню километров. И лишь у берега их ждет еще одно превращение. Пожалуй, самое впечатляющее, не в последнюю очередь потому, что знаменует их смерть. Этот этап хорошо знаком нам с вами, существам, обитающим на суше, — пенистые волны с шипением накатывают на берег, высвобождая энергию.

Их лебединая песнь начинается у мелководья. На глубине волнового воздействия — в половину длины волны, когда вода едва движется с волнами, — волны впервые «встречаются» с дном. Перемещение их оснований замедляется из-за трения с морским дном. Замедляясь, волны теснятся и растут, из пологих вновь становясь крутыми, с острыми, трохоидальными вершинами — совсем как в пору мятежной юности, когда яростные штормовые ветры задавали им трепку.

Превращение глубоководных волн в мелководные окончательно завершается на глубине в одну двадцатую длины волны — вода не может больше перемещаться по круговой траектории. Движение ниже поверхности волны происходит по траектории все уплощающегося овала — воды, через которую проходит волна, становится все меньше и меньше. Орбиты сжимаются все сильнее, и, наконец, вода ниже поверхности перемещается исключительно взад-вперед.

Теперь поведение волн определяется правилом: чем мельче, тем волна перемещается медленнее. Благодаря этому правилу и возникает великолепное, эффектное зрелище — волна, разбивающаяся каскадом пены.

Происходит это следующим образом. Из-за уклона поверхности дна передние гребни волнового цуга замедляют свое движение. Представим, что в беге на марафонскую дистанцию лидер забега спотыкается. Бегущие за ним тоже падают — получается куча-мала. То же самое происходит и с волнами: они теснятся, и вода устремляется в единственно доступном направлении — вверх.

На глубине, равной половине длины волны, наши стареющие волны переживают начало конца

При определенном уклоне поверхности дна у волн остается достаточно энергии — они поднимаются слишком высоко и теряют устойчивость. Получается, что ниже уровня воды подошва замедляется, в то время как гребень продолжает движение. В результате волна «запинается» — гребень летит вперед и обрушивается на себя же.

Океанографы делят прибойные волны-буруны на три типа: скользящие, ныряющие и волновые. То, каким образом волна разбивается, зависит от уклона поверхности дна. Когда дно очень пологое, гребни волн пузырятся мелкой пеной — получаются скользящие буруны. При этом белые полосы воды тянутся от губы[7] вдоль переднего края волны — кажется, что волна щеголяет в широком отложном воротнике тюдоровской эпохи.

Скользящие буруны наряжаются в отложные воротники из белопенной воды — совсем как на картине «Сеннен-Коув, Корнуолл» (1919) Джона Эверетта 

Волны, изображенные на картине «Сеннен-Коув, Корнуолл», написанной Джоном Эвереттом в 1919 году, как раз эти самые скользящие буруны и есть. Эверетт в своей жизни немало поездил — часто на торговых судах, нанимаясь в судовую команду; во время плавания он изучал и зарисовывал волны. Обидно, что при этом гений замечательного художника оказался недооцененным, так что я чувствую себя обязанным наделить его титулом «Рафаэля скользящих бурунов».

Ныряющие буруны формируются при более крутом уклоне поверхности песчаного берега или рифа — это самые прекрасные из всех трех типов волны. Губа волны устремляется вперед, заворачивается, образуя подобие трубы, и лишь затем разбивается о воду под собой. Особенно крупные ныряющие буруны называются «бочками» — серфингист мчится внутри них, скрытый от сторонних наблюдателей нависающей над его головой массой воды.

Волновые буруны образуются при очень крутом уклоне поверхности дна. Выглядят они совсем иначе — и на буруны-то не похожи. Вода лишь слабенько накатывает на крутой берег и снова отходит — как вода у дальнего бортика ванны, когда вы в нее плюхаетесь. И ни тебе отложного воротника из белой пены, ни стремительного водопада — волновые буруны катят нагишом, ничем не прикрытые.

В некоторых ученых книгах толкуют о разбивающихся бурунах, которые представляют собой нечто среднее между бурунами ныряющими и волновыми. Но стоит ли так мельчить? В действительности бурунов великое множество, при чем, четких границ между тем или иным типом нет. И как бы мы их ни разделили — на три или четыре вида, да хоть на десять, — это деление все равно будет по сути своей произвольным. Гребень бегущей волны может разбиться у берега так, а может этак: в одном случае разрушится постепенно, далеко от берега, и снова станет гладким; в другом — разрушится с грохотом и, лишившись пенного кружева, лениво лизнет береговую линию. Все зависит от причудливой топографии дна, меняющегося по мере приближения к берегу — дно то поднимается, то образует впадины; изучением рельефа морского дна занимается наука батиметрия. Стремление разбить волны на определенные типы отражает нашу извечную тягу к анализу и классификации окружающего мира в попытке охватить все его многообразие. (Этим же самым объясняется и мое упорное стремление разделить весь период жизни волны на пять совершенно четких, обособленных этапов.) Но как бы ни корчились волны в предсмертных судорогах, итог один — они теряют энергию и неизбежно умирают на берегу. Находя последнее пристанище в потоках вспененной воды, они исчезают; как подметил в своем известном стихотворении «Дуврский берег» Мэтью Арнольд: