Читати книгу - "Сліпий годинникар"

вони видають, є не просто трохи зависокими, аби їх могла почути людина, на кшталт такого собі собачого свистка. У багатьох випадках вони є значно вищими за найвищу ноту, яку хто-небудь коли-небудь чув або здатен собі уявити. Між іншим, це щастя, що ми не можемо їх чути, бо вони надзвичайно потужні й, будучи оглушливо гучними для наших вух, не давали б нам спати.

Ці кажани — мов мініатюрні літаки-шпигуни, з яких вусібіч стримить мудрована апаратура. Їхні мізки — це тонко налаштовані комплекти мініатюризованої електронної чудасії, споряджені ретельно розробленим програмним забезпеченням, необхідним для розшифровування світу відлунь у реальному часі. Їхні писки часто викривлені в ґаргульячі форми, що здаються нам відразливими, допоки ми не побачимо, для чого вони призначені: це витончено змодельовані інструменти для випромінювання ультразвуку в бажаних напрямках.

Хоча ми не можемо чути ультразвукові імпульси цих кажанів безпосередньо, ми можемо отримати деяке уявлення про те, що відбувається, за допомогою автоматичних перекладачів, чи «кажан-детекторів». Вони приймають імпульси через спеціальний ультразвуковий мікрофон і перетворюють кожен імпульс на клацання або тон, які можна почути в навушниках. Якщо взяти такий «кажан-детектор» на галявину, де годуються кажани, ми почуємо, коли кожен кажан видає імпульс, хоча й не можемо чути, як саме «звучать» ці імпульси. Якщо наш кажан належить до нічниць (Myotis, одного зі звичайних родів дрібних бурих кажанів), ми почуємо серію клацань із частотою приблизно 10 разів за секунду, коли кажан виконуватиме свій звичайний обліт території. Це приблизно частота роботи стандартного телетайпа чи ручного кулемета.

Цілком можливо, що для кажана 10 разів за секунду оновлюється картина світу, в якому він літає. Наше ж власне візуальне відображення, схоже, оновлюється весь час, поки в нас розплющені очі. Що таке періодично оновлювана картина світу, ми можемо побачити, скориставшись уночі стробоскопом. Іноді так роблять на дискотеках, що справляє доволі разючий ефект. Танець у такому випадку видається послідовністю завмерлих статичних положень людини. Очевидно, що чим швидше блиматиме наш стробоскоп, тим більше зображення відповідатиме звичайному «безперервному» баченню. «Відбір проб» стробоскопічного бачення з частотою приблизно 10 проб за секунду під час польоту кажана був би ненабагато гіршим за звичайне «безперервне» бачення для якихось простих цілей, але не для того, щоб ловити м’яч або комах.

Але це лише частота відбору проб кажана під час звичайного обльоту території. Коли кажан із роду нічниць виявляє якусь комаху й починає рухатися курсом навперейми, частота його клацання зростає. Вона стає вищою, ніж при роботі кулемета, і в міру того, як кажан наближається до своєї рухомої цілі, може досягати піку в 200 імпульсів за секунду. Щоб відобразити це, ми мали би прискорити наш стробоскоп так, аби він блимав удвічі швидше за цикли мережевої електрики, непомітні у світлі флуоресцентних ламп. Очевидно, що в нас немає проблем із виконанням усіх наших звичайних зорових функцій (навіть під час гри у сквош чи пінг-понг) у зоровому світі, що «пульсує» з такою високою частотою. Якщо уявити, що мізки кажанів будують картину світу аналогічно нашим зоровим образам, то частота імпульсів, схоже, наводить на думку, що образ відлуння кажана міг би бути хоча б не менш детальним і «безперервним», аніж наш зоровий образ. Щоправда, можуть бути й інші причини того, що він не є таким детальним.

Якщо кажани здатні прискорювати свою частоту відбору проб до 200 імпульсів за секунду, то чому б їм не підтримувати її весь час? Оскільки вони явно мають «регулятор» кон­тролю частоти на своєму «стробоскопі», то чому б їм не виставляти його постійно на максимум, тим самим підтримуючи своє сприйняття світу в стані найбільшої чіткості весь час, аби мати можливість зреагувати на будь-яку надзвичайну ситуацію? Одна з причин полягає в тому, що такі високі частоти придатні лише для близьких цілей. Якщо імпульс надто «наступає на п’яти» свого попередника, то змішується з його відлунням, що повертається від далекосяжної цілі. Навіть якби це було не так, існують, можливо, вагомі економічні причини для того, щоб не підтримувати максимальну частоту імпульсів увесь час. Видавати потужні ультразвукові імпульси, мабуть, затратно — з погляду енергії, зношування голосу та вух, а можливо, й часу опрацювання отриманої інформації. Мозок, що обробляє 200 окремих відлунь за секунду, може й не знайти додаткових можливостей для осмислення чогось іще. Навіть «інерційна» частота приблизно в 10 імпульсів за секунду є, мабуть, доволі затратною, але значно менше, аніж максимальна частота в 200 імпульсів. Окремо взятий кажан, що прискорив би свою інерційну частоту, сплачував би додаткову ціну в плані енергії і т. ін., що не було би виправдано збільшенням чіткості сонару. Коли єдиний рухомий об’єкт безпосередньо поруч — сам кажан, видимий світ є достатньо однорідним у наступні десяті частки секунди, аби не треба було «брати проби» частіше. Коли ж поруч опиняється інший рухомий об’єкт, особливо летюча комаха, що крутиться, повертає й пірнає у відчайдушній спробі утекти від свого переслідувача, додаткова користь для кажана від збільшення його частоти відбору проб більш ніж виправдовує підвищення видатків. Звісно, міркування про видатки та користь у цьому абзаці є лише припущенням, але щось подібне має відбуватися майже напевне.

Інженер, що береться до розроблення ефективного сонара чи радара, незабаром стикається з проблемою, яка випливає з потреби зробити імпульси надзвичайно гучними. Вони мають бути гучними, бо, коли звук передається, його хвильовий фронт просувається вперед як дедалі більша сфера. Інтенсивність звуку розподіляється й, у певному сенсі, «розріджується» на всій поверхні цієї сфери. Площа поверхні будь-якої сфери пропорційна квадрату радіусу. Тому інтенсивність звуку в будь-­якій конкретній точці сфери зменшується пропорційно не відстані (радіусу), а квадрату відстані від джерела звуку в міру того, як хвильовий фронт просувається вперед і сфера роздувається. Це означає, що в міру віддалення від свого джерела, в нашому випадку від кажана, звук доволі швидко стихає.

Коли цей розріджений звук досягає об’єкта, скажімо мухи, він відбивається від неї. Відбитий звук тепер, у свою чергу, розходиться від мухи дедалі більшим сферичним хвильовим фронтом. З тієї самої причини, що й у випадку вихідного звуку, він затухає пропорційно квадрату відстані від мухи. До того часу, як відлуння досягає кажана знову, затухання його інтенсивності є пропорційним не відстані від мухи до кажана й навіть не квадрату цієї відстані, а чомусь більшому на кшталт квадрата квадрата — відстані в четвертому ступені. Це означає, що звук насправді є дуже й дуже тихим. Цю проблему можна частково подолати, якщо кажан випромінюватиме звук за допомогою якогось еквівалента мегафона, але лише коли він уже знає напрямок цілі. У будь-якому разі, якщо кажан узагалі хоче отримати якесь прийнятне відлуння від далекосяжної цілі, вихідний писк має бути справді дуже гучним, а інструмент, що сприймає відлуння (вухо), — високочутливим до дуже тихих звуків — відлунь. Як ми вже бачили, крики кажанів дуже часто справді є надзвичайно гучними, а їхні вуха дивовижно чутливі.

А ось проблема, з якою стикнувся б інженер, намагаючись розробити схожу на кажана машину. Якщо мікрофон (або вухо) буде таким чутливим, як тут було сказано, йому загрожує велика небезпека бути серйозно пошкодженим своїм власним украй гучним вихідним звуковим імпульсом. Намагатися розв’язати цю проблему,