Обнаружена связь между пением китов и теорией относительности Эйнштейна

Брачный крик финвала под водой можно услышать на расстоянии до 100 километров, используя всего лишь один гидрофон. Сравнивая время, необходимое звуку для достижения нескольких датчиков на морском дне, ученые определяют координаты животного. Однако ошибка в расчете местоположения плывущего кита составила сотни метров. Ученые из Пенсильванского университета (США) нашли ответ на эту аномалию.

Иллюзия нарушения законов физики

Проблема заключалась в компьютерных программах, рассчитывавших скорость звука в воде. В нормальных условиях звук распространяется через морскую воду со скоростью около 1500 метров в секунду. Однако когда кит приблизился к датчикам, алгоритм выдал абсурдные данные: скорость звука упала до 1000 метров в секунду или, наоборот, совершила аномальный скачок до «сверхзвуковых» 3000 метров в секунду.

Исследователи обнаружили, что это не ошибка в коде, а фундаментальный физический эффект. Когда кит поет вблизи поверхности океана, его звуковой сигнал доходит до гидрофона двумя способами:

Прямой трек: звук передается от животного непосредственно к преобразователю. Отраженный трек: звуковая волна сначала рикошетит от поверхности воды и приходит на долю секунды позже.

В физике это явление называется временной интерференцией (именно из-за нее когда-то искажался ТВ-сигнал на домашних антеннах). Две волны накладываются одна за другой со сдвигом по фазе. В результате интерференции пик звуковой энергии смещается, в результате чего датчикам кажется, что акустическая волна движется быстрее, чем максимально возможный физический предел.

Спойлер от Эйнштейна: причинно-следственная связь не нарушена

«Этот эффект выглядит как грубое нарушение законов физики, но это не так», — объясняет один из авторов исследования Джон Спайсбергер.

Ученые подчеркивают, что не сам закодированный сигнал несет информацию, движущуюся быстрее скорости звука, а лишь геометрическую форму волны (ее пиковую точку).

Более века назад физики доказали, что при изменении формы волны свет также может появляться быстрее, чем он сам. Но фундаментальный постулат специальной теории относительности Эйнштейна остается непоколебимым: информация не может распространяться быстрее скорости света в вакууме.

«Вы не можете использовать этот трюк, чтобы отправить сообщение самому себе в прошлом и сыграть на фондовом рынке», — шутит Шписбергер. «Причинно-следственная связь здесь полностью сохранена».

Понимание этого квантовоподобного эффекта позволит настроить программное обеспечение гидрофонов, убрать «световые помехи» и определить координаты китов с точностью до метра, защитив их от столкновений с кораблями.