Гимн синусоиде

Адам Гликман
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
Санкт-Петербург 21.07.2005

В 1848 году в американском физическом журнале вышла статья Джозефа Генри (того самого, именем которого названа единица индуктивности) о том, что при разряде конденсатора электрический ток несколько раз меняет свое направ-ление. Эта статья описывала целую серию экспериментов, предназначенных для того, чтобы осмыслить такую субстанцию как электричество. Незадолго до этого был изобретен гальванический элемент, и заряд с его помощью конденсатора воспринимался, по терми-нологии тех лет, как заполнение лейденской банки электрической жидкостью.
Для того чтобы посмотреть, как идет разряд конденсатора при коротком его замыкании, Генри изобрел прибор, который являлся прототипом амперметра. Это была магнитная стрелка, окруженная большим количеством витков провода достаточно толстого, что-бы его сопротивлением можно было пренебречь. То, что при этом реализовался колеба-тельный L-C контур, Генри не понял. Публикация его по этому поводу вызвала буквально шквал возмущений со стороны всех действующих тогда физиков. В самом деле, как же может ток при разряде лейденской банки изменять свое направление?! Однако эксперимент оказался прекрасно повторяемым, и ученые немедленно нашли ему объяснение. Все дело, как оказалось, в интерференции, которая возникает при таком разряде. В результате этого интерференционного процесса электрическая жидкость не только выливается из лейденской банки, но и вливается обратно. Зачем я подчеркнул - скоро будет понятно.
Такое объяснение существовало во всех учебниках и в научной литературе лет 30. До тех пор, пока лорд Кельвин не заинтересовался формой электрического сигнала, который возникает при разряде конденсатора. Чтобы удовлетворить свое любопытство, он изобрел осциллограф. И... обнаружил, что форма этого сигнала - затухающая синусоида. И немедленно заявил, что мы имеем дело с какой-то новой, ранее неизвестной колебательной системой. Он не знал о существовании и роли индуктивности, но тем не менее, в силу своего математического образования, объявил лейденскую банку колебательной системой. Поскольку не имея колебательной системы получить синусоиду невозможно. Он твердо знал, что синусоида - это неделимый информационный кирпичик, проще которого не бывает, а следовательно, никакой интерференцией его получить нельзя.
Не могу не отдать должное гениальности этого человека, который умудрился вывести уравнение колебательного контура, не зная о существовании индуктивности. Уравнение это имело вид:

Где ω₀ - собственная частота колебательной системы, А - динамическая емкость лейденской банки, а С - ее статическая емкость.
И когда лет 15 спустя физик Фергюсон догадался о роли индуктивности, А в уравнении было заменено индуктивностью L.
Эту историю знают, я полагаю, все радиофизики. Но как же я был удивлен, когда в 1977 году, обнаружил, что затухающая синусоида, возникающая при сейсморазведочных работах, объясняется интерференцией...
Но начнем с начала.
В феврале 1977 года я, имея радиотехническое образование и работая на угольной кафедре ЛГИ (Ленинградского Горного института), получил задание изготовить подземную сейсмостанцию, чтобы поискать подход к прогнозированию обрушения пород кровли в угольных шахтах.
Внезапное обрушение пород кровли уносит много жизней шахтеров. Считается, что примерно 50% всего подземного травматизма происходит именно по этой причине. И нет в Мире ни одного горняцкого научно-исследовательского коллектива, где бы не пытались прогнозировать это явление. Однако результаты этих попыток видны из самого названия. Если явление называют внезапным, то тем самым ведь признают его непрогнозируемость.
Изготовив эту аппаратуру, я, понятное дело, должен был ее и испытывать. И при этом, при первом же спуске в шахту обнаружил, что реакция на удар по породам кровли имеет вид затухающей синусоиды.
Естественно, первая моя реакция - поиск колебательной системы, которая преобразовала к такому виду ударное воздействие. Однако когда я поделился своими умозаключениями, чего я только не наслушался!

• что в горных породах нет и не может быть никаких колебательных систем;
• что даже если бы там и были какие-то колебательные системы, то на глубине 1000м (измерения проводились именно на этой глубине) они оказались бы задавленными;
• что сейсморазведчики всю жизнь имеют дело с затухающими синусоидами, но никому из них в голову не придет объяснять это наличием колебательных систем;
• что на самом деле, эти синусоиды обусловлены интерференционными процессами между множеством мелких отражений импульса, возникшего при ударе.

И никакие мои объяснения, что ведь, скажем, ряды Фурье потому и представляют собой сумму синусоидальных членов, что каждый из них неразложим, а следовательно, не может быть сформирован интерференцией, не помогали. Читать далее ...

Статья опубликована с разрешения владельцев сайта геофизической фирмы "Геофизпрогноз"