Страница 28 из 46
Таким образом, при расстоянии между пластинками в 10 см расстояние между отраженными посылками будет равняться 20 см. Начнем сближать пластины. Допустим, что дельфин способен «заметить» разницу, если расстояние уменьшить на 1 см (т. е. сделать равным 9 см). В этом случае второе эхо будет отставать от первого на 18 см, т. е. станет на 2 см ближе.
В морской воде 2 см звук преодолевает приблизительно за 13 миллионных долей секунды. Основываясь на результатах подобных опытов, исследователь может сделать заключение, что животные пользуются секундомером, позволяющим измерять время с точностью до 0, 000 013 с. Эксперименты не требовали специальной аппаратуры. Не было нужды в обычном секундомере. Простота методики оказалась столь соблазнительной, что подобные исследования в различных вариантах были осуществлены во многих лабораториях мира. Я специально не останавливаюсь на результатах, так как сами авторы позже отказались от сделанных на их основе выводов. Дело в том, что локационная посылка, наткнувшись на пластины, не только отражается от них, но вызывает их собственные колебания. При изменении расстояния между пластинками характер колебаний существенно меняется. Дельфины, несомненно, замечают изменение расстояния между пластинами, но как они это делают, неясно. С одинаковой долей вероятности можно ожидать, что анализ осуществляется и путем оценки времени между приходом первого и второго эха, и благодаря изменению характера собственных колебаний лоцируемых пластин.
Другой способ определить точность работы секундомера дельфина – заставить его оценить величину интервала между двумя звуковыми сигналами. Осуществить подобный эксперимент достаточно сложно, так как при изменении интервала между звуковыми посылками очень трудно добиться, чтобы их параметры существенно не изменились. В ходе эксперимента было обнаружено удивительное явление. Оказалось, что дельфинам гораздо легче оценивать величину самых маленьких временных отрезков, порядка 0, 000 1 с – например отличить интервал длительностью 0, 000 05 с от интервала продолжительностью 0, 000 055 с. Гораздо хуже дается анализ более длинных интервалов, порядка 0, 000 3 с, а точность анализа отрезков времени длительностью более 0, 000 5 с весьма невелика. Проанализировав экспериментальный материал, ученые пришли к выводу, что часы у дельфина работают с точностью до 1–2 миллионных долей секунды.
Другой эксперимент показал, что дельфины способны реагировать на звуковые посылки только в том случае, если интервалы между ними больше 0, 000 5 с. Сведения об этом получены непосредственно «из первых рук» – из слуховых центров мозга дельфина. Если интервалы между короткими акустическими раздражителями были слишком малы, на второй сигнал электрические биопотенциалы мозга не возникали. Следовательно, дельфины его не замечали. Только когда интервал достиг 0, 000 5 с, второй раздражитель начал вызывать слабые электрические реакции.
Важнейшая характеристика звука – его частота. Очень важно установить, как тонко различают животные близкие звуки. И здесь дельфины удивили ученых. Афалины высокочастотные звуки различают с большей точностью, чем низкочастотные. Они замечали разницу между звуками, если их частота отличалась всего на 0,3–0,4%. Звуки ниже 5 кГц различались хуже. Еще более изощрен слух азовок. Некоторые ученые считают, что они способны заметить изменение частоты звуков всего на 0,02–0,2%.
Различить звуки, имеющие достаточно большую длительность, проще, чем короткие. Последние имеют сложную спектральную структуру, зависящую от частоты следования отдельных звуковых посылок. Дельфины отлично узнают звуки, повторяющиеся часто. Их спектр имеет меньшее число составляющих, и разобраться в нем легче, чем в спектре звуков, возникающих с большими интервалами и имеющих более десяти гармонических составляющих.
Существенной характеристикой звуковых колебаний является их фаза. Теоретические расчеты показали, что анализ фазы акустических сигналов может быть выгоден для животных, так как дает дополнительную информацию и может помочь воспринять сигнал, замаскированный другими звуками. Инженеры-акустики начали использовать фазовый анализ в технических устройствах задолго до того, как биологи задумались над значением фазы звуковой волны. Только недавно стало известно, что человек и многие животные могут различать фазу сигнала. Эта способность связана с тем, что понижение давления, т. е. отрицательная фаза звукового колебания, вызывает состояние невозбудимости волосковых клеток внутреннего уха.
Напротив, положительная фаза звуковой волны, отражающая момент повышения давления, вызывает их возбуждение.
Умеют ли дельфины распознавать начальную фазу сигнала, необходима ли им эта способность для успешной локации, пока неизвестно. При изучении этого вопроса экспериментаторы столкнулись с серьезными трудностями. Изменение фазы сигнала сопровождается существенным изменением его спектра. Это осложняет исследования. Все же попытки провести эксперимент, хотя и неудачные, уже предприняты. Если способности дельфина и здесь окажутся на высоте, изучение эхолокации китообразных может дать толчок к созданию радарных устройств принципиально нового типа. Жаль, что такие дружелюбные по отношению к человеку существа так неохотно посвящают нас в свои тайны.
Черный ящик
В костюме голого короля
В 1960 году в Лондоне появилась в продаже фотография Джины Лоллобриджиды. Известная итальянская актриса была изображена на ней совершенно обнаженной. Впоследствии стало известно, что снимок был сделан для одной частной коллекции. Актрису засняли инфрахроматической фотокамерой на специальную фотопленку, чувствительную к инфракрасным лучам. Для них, как известно, легкая женская одежда не может явиться непреодолимым препятствием, так же как легкая дымка или туман. Соглашаясь позировать перед объективом актриса, естественно, и не подозревала о тайном умысле заказчиков фотоснимка.
Проникающая способность звуковых волн достаточно велика, значительно выше, чем инфракрасных лучей, однако не является уникальной. Чтобы дать ей оценку, напомним, что солнечный луч можно задержать листком бумаги. Самый тонкий лист металла и даже мелкая металлическая сетка задержат радиоволны. Для тепловых лучей это не явится непреодолимой преградой. Чтобы задержать рентгеновские лучи, нужна свинцовая пластинка, хотя и не очень толстая. Полностью задержать поток нейтрино – особой элементарной частицы, возникающей при бетараспаде атомных ядер или нестабильных элементарных частиц вроде пи-мезонов – можно, лишь имея свинцовую «пластинку» толщиной около 10 триллионов километров! Звуковые волны на этой шкале следует поместить не то чтобы посередине, но во всяком случае между рентгеновскими лучами и потоками нейтрино. Их широкое использование для активной локации основано, с одной стороны, на способности проходить через самые различные вещества, а с другой – отражаться от поверхностей, являющихся границами двух сред.
Благодаря этому дельфины могут получать информацию не только об обращенной к ним стороне лоцируемых объектов, но и о противоположной, не видимой глазом стороне, а заодно и о внутренней структуре этих объектов. Животным не стоит особого труда различать внешне одинаковые сплошные объекты от таких же, но имеющих внутри полости. А обычные купальные костюмы, в которых спускаются в бассейн к дельфинам тренеры, для акустических волн достаточно прозрачны.
Боюсь, что дельфины их даже не замечают. Пловцы кажутся им одетыми в костюм голого короля. Зато своими локационными посылками они не хуже рентгеновского аппарата просвечивают наши легкие и способны без дополнительных приспособлений следить за работой человеческого сердца. Хорошая проникающая способность звуковых волн позволяет зубатым китообразным обходиться без зрения. Ни ночной мрак, ни мутная вода для эхолокатора не помеха. Частицы грязи и ила, поднятые со дна, не являются для звуковых волн преградой. Их звукопроводность близка к звукопроводности воды. Другое дело, если в воде взвешено большое количество крохотных пузырьков воздуха. Они способны начисто поглотить звуковые волны. Вот почему дельфины, отличные пловцы, в совершенстве владеющие своим телом, избегают подплывать близко к прибрежным скалам, о которые морской прибой одну за другой разбивает набегающие волны, покрывая их хлопьями белой пены.