Физические вечера

В.С. Чикин,
г. Нижний Новгород

Звук и свет

Сцена 1

На сцене Пифагор и его ученик Архит. Пифагор извлекает аккорды из изобретенного им музыкального инструмента – монохорда.

Пифагор.

Познал я наконец-то тайны звука,
Настроен инструмент чудесный мой.
Закончилась исканий сладких мука
Гармонии, в которой звуков строй
Ласкает слух и лечит нашу душу,
Дает ей радость, неземной полет.
Приятное звучание разрушит
Болезни тела, радость принесет.
Назвал я монохордом звучный ящик,
В нем струны разной сделаны длины,
И звуков нет для слуха слаще,
Когда касаюсь пальцем я струны.
Вся тайна в длинах струн здесь скрыта,
Они относятся, как целых чисел ряд.
Теперь звучание в аккорд единый слито –
Любые две струны в гармонии звучат.
Четвертая струна короче первой
В два раза ровно, этот интервал
Назвал октавой я. Клянусь Минервой,
Совместный звук их радость излучал.
Потом идет изнеженная квинта.
Здесь струны первую и третью мы берем.
Она из звукового лабиринта
Выводит всех, кто заблудился в нем.
Струн длины первой с третьей – посмотри –
Относятся как числа два и три.
И наконец, послушай кварту, друг,
Вторая с первой даст прекрасный звук.
Вторую к первой по длине берем
В пропорции, как тройка к четырем.
Каков закон звучанья струн!
Архит, скажи, разгадана загадка?..

Архит.

Закон прекрасен, но я слишком юн,
Чтобы учителю сказать о недостатках.

Пифагор.

Нет, говори, какие есть пробелы,
Все недостатки укажи мне смело!

Архит.

А недостатки видит здесь мой взор
Хотя бы в том, что делишь ты октаву
На два неравных интервала, Пифагор.
Ведь кварта с квинтой неравны же, право.
К тому же я установил недавно,
Что есть обратные пропорции длине
У тона, и все это явно
Друзьям понравилось, как показалось мне.
Я их заворожил своей игрой
На лютне, сделанною мной.
Да, сумма кварты с квинтой есть октава,
Но интервалов много и других,
Кто их откроет, тем и будет слава,
А мы разделим славу на двоих.

Сцена 2

У клавесина два музыканта – Вексмайстер и Нейгард, открывшие темперированный строй.

Вексмайстер.

У Пифагора в музыкальной гамме
На два неравных полутона тон
Делился, и полутонами
Все недовольны были, но закон
Открыт был Пифагором верный.
Учти, что точность – та же красота.
Пусть Пифагор как музыкант был скверный,
Но как ученый – не другим чета!
И все же на двенадцать полутонов
Октаву мы разбить теперь должны,
Гармония зависит от законов,
Которые не сразу всем видны.
У верхних звуков для одной октавы
В два раза будет выше частота,
Чем у нижних. Тогда имеем право
Мы сосчитать – здесь логика проста –
У каждой ноты частоту отдельно,
И будет темперированный строй.
Октав мы сделаем семь-восемь параллельно,
А интервалы называй, друг мой.

Нейгард (играет).

Октава, септима, за ней, конечно, секста,
Вот квинта, кварта, терция за ней,
За терцией секунда просит места,
Открыть же примой ряд всего верней.
Начать отсчет лишь с тона «ля» законно.
Когда-то издавала ноту «ля»
Статуя колоссальная Мемнона
В Египте Древнем, радость всем суля.
Настрой пусть делают и наши музыканты
От ноты «ля», как делали гиганты.
Его неплохо делать с камертона,
Который с ящиком настроен в резонанс,
Дает он звук настроечного тона,
И струны выдадут приятный консонанс*.
Смотри, теперь как равномерна гамма!
Так темперирован клавир у нас,
Что частота двух нот, ближайших самых,
Различие дает в одну и пять сотых раз**.

Играет гамму.

Возьмем семь основных тонов в октаве:
До, ре, ми, фа, соль, ля и си.

Играет их на клавире.

Вот семь жемчужин в золотой оправе
Короны музыкальной, и от сих
Волшебных звуков будет строго
Начало брать наш музыкальный строй,
И пять «диезов» будут им подмога,
Как помогает физика порой:
Зависит частота колеблющихся тел,
Будь воздух это или струны в скрипке,
Лишь от длины, и наш с тобой удел
Нажать на клавишу, конечно, без ошибки,
Или зажать на грифе так струну,
Чтоб под смычком возникли звуки.
А если две зажмем, а не одну –
Получим консонанс. Искусству без науки,
Наверное, было б плохо жить,
И этой связью надо дорожить.

На сцене Наполеон. Входит маршал Груши.

Груши (взволнованно).

Мой сир, я потрясен, я сломлен,
При Ватерлоо нет моей вины.
Мне крест предателя судьбою уготовлен,
Но я не предавал! Вам не нужны
Теперь мои слова – плен и изгнанье
Ждут повелителя Европы, но тому
Виной не я. Любое наказанье
Придумайте мне – смерть или тюрьму, –
Но не вините в подлости, измене,
Не вынести клейма позора мне!
Я не виновен в вашем плене
И из-за этого мне тяжело вдвойне.

Наполеон (гневно).

Ты говоришь, что невиновен, маршал!
Давай событий восстановим ряд.
Тебя оставил с войском я уставшим
В трех лье в лесу, ты пьян был, говорят.
Когда раздался рев и гром орудий,
Ты должен был с отрядом кирасир
Ударить с фланга. Мертвого разбудят
Стрельба и крики, гром и рев мортир.
Полдня я ждал и был за все спокоен.
Сошлись две армии примерно равных сил.
Груши, ты был прекрасный воин,
Я не приказывал, я только попросил,
Чтобы в момент сраженья переломный
Ты смог ударить в спину англичан,
А ты, предатель подлый, вероломный,
Сидел в лесу, предав однополчан,
И ухом не повел, услышав бой,
Я не хочу знакомым быть с тобой!

Груши (с мольбой).

Но, сир, все дело только в том,
Что я совсем не слышал залпов пушек!
Я всех опрашивал солдат потом,
У всех как будто заложило уши.
Была повсюду гробовая тишина,
А мы себя должны не обнаружить –
И ждали с трепетом все боя дотемна.
Посты внутри стояли леса и снаружи,
И честь моя в том будет вам порука,
Никто не слышал никакого звука!..

Наполеон.

Так что же получается, несчастный,
Звук оказался виноватым в том,
Что вся судьба Европы в одночасье
Решилась из-за спавших крепких сном?
Да я уверен: вы весь бой проспали,
Или вино ваш притупило слух!
Отряды Блюхера от вас в лесу стояли
Намного дальше, но он был не глух
И к вечеру на помощь Веллингтону
Пришел, и нам нанес решающий удар.
Я был разбит, мне не вернуть корону,
Но ты виновен, ты не глух, не стар
И слышал, слышал звуки канонады!
Для звуков не было там никакой преграды!..

Груши.

Мой сир, знакомый мой ученый,
Когда ему я это изложил,
Своей ошибкой страшно удрученный,
Подумав пару дней, предположил,
Что дело здесь в физическом законе,
Который мы не знали, и злой рок
Меня толкнул расположиться в зоне,
Где слышать звуки боя я не мог.
Бывают и для звука зоны тени,
Коль в атмосфере сильный перепад
Температур, и воздуха волненье
Там может быть ослаблено стократ
Все потому, что звуки вверх уходят
И до ушей до наших не доходят.

Наполеон (в раздумье).

Я в физике, мой маршал, не силен,
Но буду помнить, видимо, до смерти,
Какую роль физический закон
Сыграл в судьбе Европы, уж поверьте!

Сцена 4

На сцене Свет и Звук.

Звук.

Мой дорогой приятель Свет,
Мы встретились с тобою tet-a-tet,
Ну с глазу на глаз, если непонятно.
Встречались, правда, мы неоднократно,
Но по душам поговорить с тобой
Не удавалось, и тому виной
Твое движение в пространстве.
Ты, слышал я, в непостоянстве
Находишь радость дней своих
И очень в этом деле лих.
И, думаю, непостоянство это –
Твоя фамильная примета:
То ты частица, то волна!
Зачем раздвоенность нужна
Тебе, властителю Вселенной?
Зачем жить жизнью переменной?
В фотоэффекте ты – частица,
Ее назвали люди квант.
Квант выбить электрон стремится
Из атома, и проявиться
У кванта может здесь талант.
Его я в этом не виню,
Свою энергию hn
На совершение работы
Для выхода из вещества
Он электрону даст с разлета –
Судьба у кванта такова.
Но при движении в пространстве,
Ты вдруг становишься волной.
Препятствие в одном из странствий
Тебе вот встретилось, друг мой:
Размер препятствия сравним
С длиной волны, ну, по-иному,
Ты вроде бы как ровня с ним,
И по закону волновому
Ты край препятствий огибаешь,
И вновь идешь не по прямой,
А под углом, и возникает
Со светло-темной чередой
Картина из препятствий тех,
Что были в качестве помех.
Дифракцией зовут, не так ли,
Такие с волнами спектакли?

Показывает плакат с дифракционным и интерференционным спектрами.

Пусть маленький кружочек встанет
У света прямо на пути.
(Источник точечный – учти!)
Что мы увидим на экране?
Увидим в центре белый круг
И череду колец вокруг.
С дифракцией всегда едина
Интерференции картина.
Чередование колец
Дает наглядный образец,
Как могут наложиться волны.
То мрак в каком-то месте полный,
И виден всеми темный круг,
То свет стал ярче вдвое вдруг,
И видно белое кольцо, –
Факт наложений налицо.
Одна волна, догнав другую,
То гасит свет, рождая тьму,
То вдруг усилит! Так могу я
Истолковать ту кутерьму,
Которая идет со светом.
Как судишь ты о факте этом?

Свет.

Ты прав, меняю я обличье.
Но что плохого в этом, брат?
У нас с тобою есть отличья
И сходство есть, чему я рад.
Распространяться в средах разных
Мы можем: я и ты – волна.
В движениях волнообразных
Есть фаза, частота, длина,
Есть амплитуда, между прочим,
И скорость – каждому своя.
Волна продольная у звука,
Но поперечная всегда
У света, – говорит наука, –
Пошла различий череда.
Свет будет электромагнитной
В пространстве двигаться волной.
В своей основе первобытной
С упругой связан звук средой.
Но только помни: свет несется
Быстрей тебя в сто тысяч раз.

Звук.

Да, я, признаться, помню это
И продолжаю твой рассказ.
Ты, свет, волною поперечной
Носиться можешь в пустоте.
Я, с меньшей скоростью, конечно,
Распространяюсь лишь в среде.
Обычно звук у нас продольный,
(Хоть в твердом теле – не всегда).
Лишь волны сжатия проводит
И газ, и жидкая среда.
Но я не понимаю все же,
Хоть принимаю твой упрек,
Что в полном вакууме может
Вдруг колебаться поперек?

Свет.

Колеблется там вектор поля.
Представь себе, что электрон
С орбиты верхней
Вниз спустился,
И атом испустил фотон
(Опять тебе я поясню:Энергия его hn.)
Частицы эти световые
Имеют свойства волновые.
Был назван электромагнитной
Волной обоих всплеск полей,
Когда стал двигаться быстрей
Заряд, создавший этот скрытный
От всех, но скоростной тандем,
Единство сразу двух систем.
Два поля, но в одной упряжке:
Магнитное, в заботах тяжких,
И электрическое с ним.
Союз их жив и неделим,
А вектор E и вектор B,
Меняясь, жизнь дают волне.
Так вот, два вектора у поля
Колеблются в процессе том,
У них ответственные роли,
Нам их значение позволит
Узнать в пространстве обо всем,
Что связано с полями теми
И колебанием в системе.
Они и будут поперечны
По направлению к волне,
Их измененья быстротечны.
Осталось лишь добавить мне,
Что в электромагнитном поле
Фотон любимцем будет жить.
Природа мудрая позволит
Взаимодействие вершить
Как с веществом, так и с полями
Через фотоны, и словами
Не так-то просто описать
Картину тех взаимодействий.
Частиц бесчисленны семейства,
Едина лишь природа-мать.

* Консонанс – приятное звучание.
** 1,05.