из „Ледниците на Алпите:

разказ за пътешествия и изкачвания,

с обяснение на явлението на ледниците

и техния произход,

както и на физичните принципи, с които те се свързват“

1860 г.

 

Публикувайки този текст, разчитаме, че нашите читатели имат поне бегла представа за съвременното научно обяснение за светлината (виж напр. тази лекция на Ричард Файнман) и могат да различат идеите, които вече не се приемат за верни (напр. идеята за „светлоносещ етер“). Тиндъл ни дава тук записа на определен момент в научното мислене, в който то все още не е обърнало гръб на въображението. Няколко десетилетия след Тиндъл, Сантаяна ще напише – по повод посоката, в която се развива науката: „съвременният човек сякаш иска изобщо да се отърве от въображението си“.

Вместо увод в биографията на Тиндъл, ще цитираме този откъс от дневника на изследователя, който представлява първа част на „Ледниците на Алпите“. Тиндъл пристига в Шамони на Коледа, 25 декември 1859 г. и отбелязва колко пусто и мрачно е градчето сега, за разлика от лятото.

26 декември. – Продължи да вали сняг на пресекулки през целия ден. Гъсти облаци бяха загърнали върховете и нямаше никаква възможност да разгледам Мер дьо Глас. Разходих се сам в сумрачната светлина и прекосих градчето, преди да си легна. Улиците бяха съвсем пусти. Ледена и мрачна, Арв бучеше под дървения мост. От време на време сняг от покривите на къщите се изсипваше с грохот Ето как грижите на това малко градче бяха определени и променени от наклона на оста на земята. Веригата от взаимозависимости обхваща цялото творение, свързвайки въртенето на планетата с интересите на катеричките и хората.

Втора част: предимно научна

Глава първа: За светлината и топлината

 

Известно е, че звукът се предава по въздуха и чрез него достига до нашите уши: ако бием камбана във вакуум, тя не би издала никакъв звук, а колкото по-рядък е въздухът, толкова по-слаб е звукът. Франсиз Хоксби доказа това с помощта на въздушната помпа.[1] Дьо Сосюр стреля с пистолет от върха на Мон Блан[2], а аз самият повторих експеримента и установих същото: звукът е по-слаб, отколкото на морско равнище. Звукът не се получава от нещо, изстреляно във въздуха. Експлозията на изстрела, например, се разпространява като звук чрез движение от съвсем различно естество от това, което първоначално задвижва куршума: във втория случай имаме транслация, а в първия – вибрация. Ако си позволим едно грубо сравнение: звукът се разпространява във въздуха като натиск сред тълпа от хора; той се придвижва като вълна или пулсация, при която всяка частица поема движението на предходния си съсед и го предава на следващия. Въздушните вълни влизат през външното ухо и срещат мембраната на тъпанчето, която се намира на пътя му , и там се разбиват като морски вълни по брега. Мембраната започва да трепти, трептенето ѝ се предава на слуховия нерв и оттам на мозъка, където се създава усещането, наречено „звук“.

В грохота на града най-различни пулсации достигат неравномерно до тъпанчето и този ефект наричаме шум. Но когато поредицата от импулси стига до ухото на равномерни интервали, ние ги чуваме като музика. Така, една вибрираща струна предава серия пулсации на въздуха около нея, те достигат ухото със съвършена равномерност и произвеждат музикална нота. Знаем със сигурност, че когато слушаме песента на издигащата се чучулига, цялата атмосфера между нас и птичката е изпълнена с пулсации, с трептения или вълни, както най-често се наричат, произлизащи от гласните струни на птичката. Нейният гласов орган е вибриращ инструмент, подобен в принципа си на действие на тръбата на кавал. Нека да си представим, че чуваме песента на чучулигата, издигнала се на височина от 150 метра. Щом я чуваме, то птичката трябва да е изпълнила с трептения въздуха в сфера с диаметър 300 метра; тоест, 17 888 тона въздух трябва да бъдат задвижени от гласните ѝ струни, за да могат нашите уши да доловят песента.

Музикалните звуци се различават по височина на тона: някои са високи и тънки, други – ниски и дълбоки. В един хор избираме момчета, заради тънките, а мъже – заради по-дълбоките им гласове. Разликата е, че гласните струни на едно момче вибрират по-бързо от тези на мъжа – те изпращат по-голям брой импулси на секунда към ухото. По същия начин, късата струна издава по-висок звук от дългата, защото вибрира по-бързо. Колкото повече вибрации създава един инструмент за даден период от време, толкова по-висок е тонът. Бръмченето на комара е по-остро от това на бръмбара, защото крилата на комара вибрират по-бързо от тези на бръмбара. С подходящи уреди бихме могли да направим тези звукови вибрации видими за окото. Разполагаме и с инструменти, които ни позволяват да установим с най-голяма точност броя на вибрациите, които съставляват дадена нота. Чрез един такъв инструмент е установено, че за една секунда комарът прави няколко хиляди размаха с малките си крила.

Когато изучаваме природата, явленията, които можем да възприемаме чрез сетивата, често ни напомнят за по-фините явления, които схващаме единствено чрез ума. И така произвеждащите звук вибрации, които, както казахме, могат чрез нужните приспособления да станат видими за окото, най-напред ни подсказват, че светлината може би е нещо подобно. Тази аналогия сега се приема за вярна. Предполага се, че едно тяло свети, когато атомите и молекулите му вибрират интензивно. Предполага се, че тези движения на атомите се предават чрез подходящата за това среда, както звукът се предава чрез въздуха. Тази среда наричаме светлоносещ етер. Малките вълни в него се придвижват с удивителна бързина, проникват в зеницата на окото, минават през течностите и се разбиват върху ретината или оптичния нерв в задната част на окото. Вибрациите, които произвеждат там, се предават нататък по нерва до мозъка, където се явяват като светлина. Скоростта на вълните на светлината обаче е неимоверно по-голяма от тази, с която звукът пътува през въздуха. Въздушната звукова вълна пътува със скорост от около 340 метра в секунда: за същото време една светлинна вълна преминава около 300 000 км.

Така, явлението звук предполага звуково тяло, въздух и звуков нерв, а явлението светлина – светлинно тяло, етер и оптичен нерв. Тази фундаментална аналогия между двете лесно се помни. Нека да я развием по-нататък. Знаем, че бялата светлина на слънцето, стигаща до нас, се състои от безкраен брой цветни лъчи. С помощта на рефракция в призма можем да разделим тези лъчи един от друг и да ги подредим в поредиците от цветове, които образуват слънчевия спектър. Дъгата се образува от рефракция на светлината в капчици падащ дъжд, но тя ни дава несъвършен или нечист спектър. С помощта на призма обаче можем да разплетем бялата светлина на чисти цветове: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индигово и виолетово. За окото този спектър е същото, което е музикалната стълбица за ухото. Всеки цвят съответства на тон и различните цветове съответстват на тонове с различна височина. Вибрациите, които създават възприятието ни за червено, са по-бавни, а вълните, които ги причиняват са по-дълги от тези, на които дължим възприятието си за виолетово. Вибрациите, които създават другите цветове, се разполагат между тези две крайности. Това е втората важна аналогия между светлината и звука: цветът съответства на височината на тона. С други думи, има истина в нашите фигури на речта, когато казваме например, че алпийската тинтява пее на по-висок глас от дивия рододендрон или че червеният отблясък на слънцето по планинските върхове по залез е в по-нисък тон от синьото на небето по пладне.

Това не са фантастични сравнения. За философа светлинните вълни в етера са почти толкова осезаеми, колкото и вълните на морето или тези по повърхността на езеро. Дължината на вълната –  както на звуковата вълна, така и на светлинната – и броят на трептенията, които те предават съответно на тъпанчето на ухото или на ретината на окото, могат да бъдат измерени с най-голяма точност. Нека да направим едно просто изчисление. Установено е, че 39 000 вълни на червената светлина, разположени една до друга, ще заемат един инч [1 инч = 2.54 см]. Колко инча има в 192 000 мили [разстоянието, което изминава светлината за една секунда, малко под 300 000 км]? Най-младите ми читатели могат сами да го сметнат. Така ще открият, че отговорът е 12 165 120 000 инча. Очевидно е, че ако умножим това число по 39 000, ще установим броя червени светлинни вълни в 192 000 мили. Този брой е 474 439 680 000 000. Всички тези вълни влизат в нашето око за една секунда. Така когато казваме „виждам червено“, строго погледнато, думите ни означават следното: „Моето око възприема четиристотин седемдесет и четири трилиона импулси в секунда.“ За да получим възприятието за виолетова светлина е необходим още по-голям брой импулси. Дължината на вълната на виолетовия цвят е 1 / 57500 части от инча, а броят на трептенията за една секунда е около шестстотин деветдесет и девет трилиона. Другите цветове на спектъра, както споменахме, постепенно се изкачват по стълбицата от червено до виолетово.

Можем да отбележим една любопитна аналогия между окото и ухото. Различни хора имат различни способности да виждат цветовете – някои възприемат по-голям спектър. С други думи, лъчите, които са тъмни за едни, са светли за други. Д-р Уолъстън отбелязва подобен факт при слуха, чийто диапазон е различен при различните хора. Феликс Савар пък е доказал, че доброто ухо може да чуе музикален тон, произведена от осем трептения в секунда, както и тон, произведена от 24 000 трептения в секунда. Но има уши с много по-ограничен диапазон. И в действителност, можем да произведем звук, който е болезнено остър за един човек, а за друг да бъде недоловим. Веднъж, докато прекосявахме планина в Швейцария с един приятел, на известно разстояние пред нас вървеше магаре. Тихият тропот на копитата му бяха ясно доловими за моя приятел, но за мен този звук беше почти напълно неразличим сред тънкото жужене на рояците насекоми в тревата край нас. Моят приятел пък въобще не чуваше насекомите – бръмченето им беше отвъд неговия диапазон.

Идва ред да отбележим третата и най-важна аналогия между звука и светлината. А тя ще стане най-ясна с помощта на образа на нещо още по-ясно осезаемо и от двете. Ако хвърлим камък в спокойна вода, около мястото, където камъкът пада, се образува поредица от концентрични кръгове. Ако хвърлим втори камък на малко разстояние от първия, кръговете от двата центъра ще се пресекат. В онези точки, в които гребенът на една вълна съвпадне с гребена на друга, водата ще се издигне на по-голяма височина. И обратното, в точките, в които гребенът на една вълна съвпадне с дола на друга, двете изчезват и водата възвръща първоначалното си ниво. Където два гребена или два дола се съединят, имаме съвпадение; но където гребен и дол се насложат, имаме интерференция. Възможно е да създадем две системи от вълни в една и съща среда и да задържим едната система за малко, така че гребените на нейните вълни да съвпаднат с доловете на вълните на другата. „Интерференцията“ тогава би била пълна и така получените вълни взаимно ще се погасят, а резултатът ще е спокойна вода. По този начин, чрез добавянето на движение към движение можем да създадем покой.

Точно по същия начин две системи на звукови вълни могат да си взаимодействат: така, добавяйки звук към звук, можем да създадем тишина. А ако имаме интерференция на два лъча светлина, ефектът би бил взаимното им унищожаване: добавяйки светлина към светлина, можем да създадем тъмнина. Тук наистина имаме изключително важна аналогия между звука и светлината – аналогия, която всъщност кара най-дълбоките мислители на нашето време да смятат светлината, като звука, за вълнисто явление.

Ясно е, че това, което си представяме тук, минава отвъд границите на нашите възприятия и принадлежи на нещо, което бихме могли да наречем просто въображение. Но за разлика от другите неща в нашето въображение, тези можем да подложим на тестове чрез експерименти. И в действителност, ние вече толкова добре познаваме тези вълни, недоловими за просто око или ухо, че с математическа точност можем да ги накараме да си взаимодействат, както си поискаме. Нека да бъдем малко по-прецизни. Нека едновременно хвърлим два камъка във водата – на малко разстояние един от друг. Около всеки камък ще се образува система от концентрични вълни. Разстоянието от един гребен до следващия ще наречем дължина на вълната. Сега нека се запитаме какво ще се случи в дадена точка на еднакво разстояние от двете места, на които сме пуснали двата камъка. Ако проследим гребена на първата вълна във всяка от двете системи, ще видим, че докато водата придвижва и двете с една и съща скорост, двата гребена ще стигнат въпросната точка в един и същи момент. Следователно, гребенът на едната ще съвпадне с гребена на другата и водата в тази точка ще се повдигне на по-голяма височина.

Нека сега предположим, че по някакъв начин можем да забавим едната система от вълни, така че първият гребен на едната да бъде точно на една дължина на вълната след първия гребен на другата. Когато двете стигнат до точката, очевидно първият гребен на забавената система сега ще съвпадне с втория на незабавената система. Отново имаме съвпадение. Ако помислим още малко, става ясно, че същото важи и ако едната система е забавена на две, три или повече цели дължини на вълната. Първият гребен на забавената система винаги ще съвпада с гребен от незабавената система в дадената точка.

Но сега нека да си представим, че забавяме едната система с половин дължина на вълната. Съвършено ясно е, че в този случай първият гребен на забавената система ще срещне първия дол на незабавената система и вместо съвпадение, ще имаме интерференция. Едната система всъщност ще създава дол в точката, а пък другата ще създава гребен и така двете системи ще се неутрализират една друга, така че няма да има нито повдигане, нито снишаване. Водата ще запази обичайното си ниво. Това, което твърдим за една половин дължина на вълната на забавяне, важи за всеки нечетен брой на половин дължини. Във всички тези случаи гребенът на едната система ще се пада на дол при другата. Ще имаме взаимно унищожение на вълните на двете системи. Същото би се случило, ако точката се намира на четно или нечетно число половин дължина по-далече от единия камък, вместо да бъде на еднакво разстояние от двата камъка. В единия случай ще имаме съвпадение, а в другия – интерференция в точката.

За онзи, който разбира тези явления, няма нищо по-интересно от вълнението на водната повърхност при някои условия. Поради интерференцията на вълните повърхността понякога се накъдря в най-прекрасни мозайки, мени се и трепти, сякаш създава видима музика. Когато приливът настъпва по плажа в ясен и слънчев ден и се влива в прозрачните плитки басейни, оставени от предишния прилив, малките морски вълни се пресичат и преплитат една в друга, сякаш в някакво великолепно надбягване, което има своята аналогия в лъчите на светлината, играещи по вълните на пясъка под тях. Когато пък произвеждаме вълни в съд с живак и проектираме на екран отраженията на силна светлина по повърхността на метала, можем да получим много красиви десени. Фигурите ще зависят отчасти от формата на съда. В кръгъл съд например, ако разпръснем концентрични вълни от центъра на съда, те ще произлизат от същия център и в отражението си. А ако точката на тласък е малко встрани от центъра на съда, пресичанията на вълните в живака и отразените вълни създават прекрасната фигура на илюстрацията по-долу (заета от чудесната книга на братята Вебер[3]). Светлинната фигура, отразена от такава повърхност, е изключително красива. Когато живакът се удари леко със стъклен връх, в посока концентрична на окръжността на съда, линиите на светлина пробягват по ръба на съда в лабиринтообразни вретена, които се преплитат и разплитат по удивителен начин. Ако съдът е квадратен, от пресичането на вълните на живака и отразените вълни се образува великолепна мозайка. Дори и най-доброто описание обаче би могло да даде само най-бегла представа за тази красота.

 

 


[1] Francis Hawksbee (1660–1713), английски естествоизпитател, който изобретява въздушна помпа с два пистона за създаването на „вакуум“. Леснопреносима и удобна, помпата остава в употреба до средата на XIX в. Използва се от „пътуващи учени“, които обикалят из Европа и Америка и демонстрират различни експерименти „за забавление“ (става дума за вид циркови представления, чиито отблясъци виждаме все още днес в начина, по който пресата отразява научните открития, наред с браковете и разводите на холивудски звезди.) – бел. пр.

[2] Horace Bénédict de Saussure (1740 – 1799). Женевският изследовател е известен не само с изкачването си на Мон Блан (един от първите), но и с изобретяването на цианометъра – инструмент за измерване на цвета на небето (състои се от кръг с различни отсенки на синьо, от бяло до тъмно синьо и после до черно). Сосюр се занимава с въпроса защо небето е различно синьо на различни места и при различно време. – бел. пр.

[3] Wellenlehre (1825) на братята Вилхелм и Ернст Хайнрих Вебер. През 1825 г., когато братята публикуват труда си, Вилхелм е на 21 години. Младият Вебер започва да изследва вълните на 17 годишна възраст, вдъхновен от работата на Ернст Кладни, с когото за известно време живеят под един покрив в дома на известен по онова време с чудноватия си кабинет, пълен със странни уреди и приспособления, професор по медицина и физика Кристиан Аугуст Лангут (1754 – 1814). Действието се развива във Витенберг. За Ернст Флоренс Фридрих Кладни (1756 – 1827), музикант и физик, виж тук. – бел. пр.

 

Превод от английски Олга Николова. John Tyndall, The Glaciers of the Alps, Longmans, Green and Co., 1896.