Звук и его физическая сущность.

Вот это определение звука: “Звук — физическое явление, представляющее собой распространение упругих волн в газообразной, жидкой или твёрдой среде” никто в мире не оспаривает и не сомневается в его истинности. К этому еще добавляют, что звук в вакууме не распространяется. И как следствие этого – в космосе человек ничего слышать ушами не может.

Но как же тогда быть с астронавтами и космонавтами? Юрий Гагарин и Алексей Леонов слышали музыку, Владислав Волков слышал лай собаки, а потом услышал плач ребенка. Кто-то слышал шум дождя и тому подобное. Какие-то звуки слышали астронавты на Луне. Врут они, что ли? Зачем? И так многие не верят, что астронавты были на луне, а тут еще такое вранье. Как же им верить?

Я сразу скажу, что я очень сомневаюсь в том, что космонавты в самом деле летали на луну. Много фактов показывают, что это подделка. Даже пыль не сдули под посадочным модулем, а садились, вернее должны были садится, на работающих двигателях. Атмосферы там нет, парашютом не воспользуешься, а грохнуться довольно тяжелой махине, c некоторым запасом топлива, даже при гравитации в 6 раз меньшей, чем на земле, кажется не безопасным. Но речь не о том. Предположим, что они там были. Так могли они слышать какие-нибудь звуки, не включенные в их связь?

И не понятно это видения или это реальность. То есть встает вопрос: действительно ли лаяла собака и ее лай слышал в это время Волков? Если в реальности собака не лаяла, то это видение, примерно, как приснившийся сон. А если собака лаяла, то как Волков ее мог слышать через вакуум?

Объективно человек может воспринимать звук, как и другие ощущения, двумя путями.

Первое – человек слышит ушами. Как полагают ученые, механические колебания среды воздействуют на барабанную перепонку, которая передает колебания в мозг. Это верно только отчасти. Любой воспринимающий орган, будь то слуха, будь то зрения, вкуса и так далее, превращает любые воздействия в фотоны, которые поступают непосредственно на нейроны. С ними и работает мозг. Как это происходит можно прочесть в статьях “Ощущение” и “Как формируется и работает ощущение”. Это основной канал слухового ощущения.

Второе – у человека еще есть, так называемое шестое чувство, у которого нет определенного органа его восприятия. В этом случае объективно реально существующее явление (звук или видение) своим излучением в виде фотонов воздействует непосредственно на нейроны мозга, и мы видим или слышим данное явление, тот же лай собаки или шум дождя. Как показывает опыт, это шестое чувство обостряется в различных экстремальных ситуациях: в космосе, на войне, в диких местах и вообще там, где человек чувствует себя напряженно и переживает.

Это мы рассмотрели два приемника звуков. Но и распространяются звуки разными способами.

Представьте, что вы, находясь в Рязани, читаете данную статью, а рядом сидит друг или жена. И вот жена, иногда она может быть и другом, говорит: “Сейчас наш президент говорит свою программную речь. Давай послушаем, переключи на свой комп на соответствующую программу”. Что в данном случае произошло? Голосовые связки вашей жены привели в колебательное движение столб воздуха в гортани. По мнению науки, колебание молекул воздуха в гортани передало свои колебания соседним молекулам, эти молекулы поколебали следующие молекулы и таким образом колебания дошли до ваших ушей, и вы услышали просьбу жены.

Вы включили соответствующий канал, и слышите голос любимого президента. Можете ли вы представить в данном случае, что произошло следующее: голосовые связки президента заколебали молекулы воздуха и эти колебания через колебания соседних молекул достигли ваших ушей в Рязани. Думаю, никто этого утверждать не будет. Все знают, что молекулы воздуха из рта президента поколебали мембрану микрофона, который преобразовал звуковые колебания в электромагнитные колебания, а они долетели до вашего динамика, поколебали в нем мембрану. Эта мембрана заколеблет молекулы окружающей среды, которые и будут возбуждать барабанную перепонку вашего уха.

Эти электромагнитные колебания распространят голос президента по всей стране, может быть кроме тех мест, где были расхищены буквально все деньги, предназначенные для строительства ретрансляционных вышек.

Не будете же вы говорить, что электромагнитные волны от президента распространились по всей стране, а может быть и миру. Вы скажете голос президента, а голос – это звуки, слышен во всем мире. То есть утверждение, что звук распространяется в виде упругих волн в газообразной, жидкой или твёрдой среде, является не полным. Звук распространяется и электромагнитными силами, причем распространяется не только в средах, но и в вакууме.

Это одно такое странное положение в явлении звук. Для меня еще есть некоторые не совсем понятные положения в этом явлении. Например, распространение упругих волн в средах. Рассмотрим железный длинный стержень, скажем, рельс. Атомы железа образуют кристаллическую решетку. На рисунке я изобразил, как мог, цепочку атомов вдоль рельса.

Произведем удар в торец рельса силой F. Атому 1 будет передана кинетическая энергия E₁=m1∙v1²/2. Эта энергия превратится в потенциальную энергию связи а, она у меня изображена в виде пружины. Пружина сначала сожмется, но затем начнет распрямляться и передаст свой потенциал двум атомам – атому 1 и атому 2. Поскольку атомы одинаковые, то каждый из атомов получит половину данного потенциала E₁. Я пренебрег воздействием на электрон 2 цепочки атомов слева. Соответственно этому скорость атома 2 будет равна v2=v1/2. Затем также разделится на два скорость v2 и так далее. А так как в рельсе эта цепочка атомов содержит миллиарды атомов, то понятно, что атом воздуха n вообще никуда не двинется и уху нечего будет слышать.

Естественно, мой расчет не точен: я исключил групповое взаимодействие атомов, не считал тепловые потери и, наверное, много чего другого.

Но ведь по факту наше ухо в действительности звук удара услышит почти в полной мере. Мало того, если приложить ухо к рельсу железнодорожного пути, то можно услышать звук движущегося поезда на значительном расстоянии. Или в дальние времена, когда воевали на лошадях, воин ложился на землю, прижимал ухо к земле и мог услышать приближающую конницу на довольно большом расстоянии или ночью. Эти факты вносят сумятицу в веру того, что звук – это механические упругие колебания.

А вот что будет если вокруг рельса построим звуконепроницаемую перегородку, такую что мой крик не будет слышен за этой перегородкой. Мне думается, что удар по рельсу в этом случае ухо будет слышать так же как без стенки, а вот мой голос, наверное, слышен не будет, даже в том случае, если он будет громче звука удара. А возможно не будет слышен и удар по второму рельсу, который не связан с первым рельсом, торчащим из перегородки. Конечно, все это легко проверить, но я староват для этого.

Все выше рассказанное позволяет предположить, что при рассмотрении явления звук следует рассматривать не только процесс распространения звука, но и процесс генерации звука, то есть появления звука как объекта, который собственно и должен распространяться. Прецедент такого процесса есть.

Поместите под колпак горючее вещество, которое можно зажечь, скажем, лазером. Ну хотя бы те же спички. Пока воздух из-под колпака не откачан, спички можно зажечь, они будут гореть и греть колпак. Но если воздух откачать, то спички просто не загорятся, ибо нет молекул кислорода, и греть колпак нечему.

Но если спички поместить в емкость, в которой будет воздух, где спички горят, затем накрыть эту емкость следующим колпаком, из-под которого воздух откачать, то этот внешний колпак будет также нагреваться огнем от спичек, хотя между горящими спичками и внешним колпаком будет вакуум. Тепло будет передаваться лучистой энергией. Хотя тепло может передаваться и столкновениями молекул, аналог звуковых колебаний.

Не происходит ли то же самое и с опытами, проводимыми со звуком. Действительно такие опыты многие проводят на земле. Берут, например, будильник, включают его, чтобы он звенел, потом накрывают его каким-нибудь, обычно стеклянным, колпаком. Слушают – звенит ли он? Убеждаются: да, звон слышится. Затем из колпака откачивают воздух и звук будильника уменьшается и потом может исчезнуть совсем. Открывают кран, для пропуска воздуха под колпак, и будильник звенит. Все наглядно и убедительно. Я тоже верю во все это. Доверяю этому опыту.

А может быть в опыте с будильником есть какой-то изъян? Чем Черт не шутит, когда Бог спит. Есть же люди, которые полагают, что звук распространяется при помощи фононов. Что это за фононы толком никто не знает, но может быть это какие-то волны, несколько отличающиеся от прямых колебаний частиц среды распространения. Давайте исключим эти сомнения. Для этого чуть модифицируем опыт с будильником или звонком.

Возьмем электрический звонок по громче, чтобы было все хорошо слышно, и заключим его в какую-нибудь герметическую емкость. Ничего не будем из нее откачивать, чтобы там был воздух. Вот как на этом рисунке:

Поместим эту емкость со звонком в большую емкость А. В точках 1 сделаем изоляцию непроницаемую для воздуха. Откроем кран чтобы в емкости А тоже был воздух. Включим звонок. В этом случае звук звонка должен быть слышан вне емкости А. Откачаем из емкости А воздух. Теперь возможны два случая.

Если звук пропал, то можно утверждать на все 100%, что звук в вакууме распространятся не может и все слышимое происходит только в человеке. Вероятность приема звука через шестое чувство здесь ничтожна.

А если вдруг звук не пропал? Тогда что это значит? Это будет означать одно. Молекулы воздуха служат для генерации вот этих самих предполагаемых фононов. Но для передачи этих фононов, то есть распространения звука, они (молекулы воздуха) в принципе не обязательны, как и в случае горения спичек.

Но перед этим надо учесть еще один фактор, а может быть и не один. А именно. Если вместо звонка (Рис. 2) во внутреннюю емкость поместить спички, как описано выше, и каким-то образом их поджечь, то они загорятся, но гореть будут до тех пор, пока не выгорит весь кислород в этой емкости. В случае небольшой емкости это случится быстро. Чтобы этого не случилось внутреннюю емкость следует соединить при помощи каких-нибудь трубочек с внешней атмосферой (Рис. 3), но так чтобы не нарушать герметичность емкости А. Теперь если прогонять воздух через внутреннюю емкость, то спички сгорят до конца.

К сожалению, здесь возникает новая проблема. Тепловая энергия будет распространятся от спичек до приемника тепла в зоне Б не только по пути S₁, но и по путям S₂ и S₃. Чтобы отсечь эти не нужные пути, следует ставить какую-нибудь термоизоляционную защиту 2.

Такое может случится и со звуком. Мы не знаем достоверно, что такое фонон. Может быть это какое-то особое излучение. Поэтому в опыте со звуком вместо термоизоляционной защиты 2, следует поставить звукоизоляционную защиту.

В общем для чистоты ответа, на поставленный вопрос, что такое звук? следовало бы предложенный эксперимент провести. Может быть кто найдется и осуществит этот опыт?