Слово «радио» латинского происхождения. В переводе оно означает «испускаю лучи». Смысловое значение довольно точно отражает суть: радио имеет дело с выпущенными на волю радиоволнами. Они в зависимости от типа испускающих их антенн могут быть собраны в луч, а могут разбегаться во все стороны. Именно радиоволны явились тем корнем, из которого произросло радио, а затем и все производные от него ветви, столь густо опоясавшие наше сегодняшнее бытие.

Прежде чем войти в современный радиомир, остановимся на таком, казалось бы, простом вопросе — что такое волны? Эта остановка оправдана тем, что у волн самой разной природы есть нечто общее, а именно: на языке математики в самом общем виде они подчиняются одинаковым законам.

У Козьмы Пруткова есть классическое поучение: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые, иначе такое бросание будет пустою забавою». Может, таким образом наши далекие предки и познакомились с волнами? Во всяком случае возможностей для наблюдения волн у них было предостаточно. На воде волны возникают с необычайной легкостью, достаточно лишь дуновения ветерка. Взволнованная поверхность воды кажется нам естественной и очевидной. Поэтому, наверное, при упоминании о волнах непроизвольно возникает навеянный тысячелетними наблюдениями образ волны на воде: нечто бегущее, регулярно повторяющееся в пространстве и времени. Воспользуемся и мы этой традиционной моделью волнового явления, чтобы уяснить основные его особенности.

Такой способ — изучение какого-либо явления с помощью модели — широко распространен. Например, авиаконструктор исследует аэродинамику самолета на уменьшенной его модели в аэродинамической трубе. По этому же принципу действует конструктор судов. Он изучает поведение модели проектируемого корабля в бассейне с водой. Ученые описывают и исследуют окружающий нас мир, создавая его абстрактные модели, называемые теориями. Научная теория — тоже модель. Так и волны от брошенных в пруд камней — наглядная модель волновых явлений разной природы, в том числе и радиоволн.

Почему образуется волна в эксперименте, который рекомендовал Козьма Прутков?

Обратимся к научному определению волны, данному в «Физическом энциклопедическом словаре»: «Волны — это изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию… Основное свойство всех волн независимо от их природы состоит в том, что в волнах осуществляется перенос энергии без переноса вещества (последний может иметь место как побочное явление). Волновые процессы встречаются во всех областях физических явлений, поэтому их изучение имеет большое значение…»

Да, мир полон волн! Рвущаяся наружу энергия недр нашей планеты разносится от эпицентра подземными волнами землетрясений и их морскими собратьями — цунами. Наш спутник Луна вызывает приливные волны. В океане изредка прогуливаются «волны-людоеды». Еще в прошлом веке моряки передавали из уст в уста страшные истории. Будто без вести пропадают суда у африканских границ Индийского океана, а волны «пожирают» людей. Многие моряки недоверчиво посмеивались, считая, что это все сплетни, пока в 1979 году не произошла история с тяжелогрузным танкером «Синклер» у южных берегов Африки. Синоптики предсказывали, что через несколько часов танкер войдет в зону шторма, и команда крепила груз на палубе. Вдруг кто-то закричал. Все замерли в ужасе. Со стороны океана при полном безветрии на танкер надвигалась волна высотой с десятиэтажный дом. Люди ухватились за что попало. Бежать было поздно, чудовищная волна надвигалась с огромной скоростью. Масса воды обрушилась на палубу. Танкер завертелся, как пробка в водовороте. Многих недосчитались тогда. И приведенная история далеко не единственная. Одним ударом такая волна может подмять под себя могучий сухогруз, переломить стальной хребет танкеру.

Волна высотой в 30 метров образует воронку, в которую может провалиться даже очень крупное судно. Волны-гиганты встречаются в разных районах Мирового океана, но у южных берегов Африки они достигают самых больших размеров. Специалисты считают, что подобные волны — отголоски далеких штормов. Они возникают также, когда большая волна идет против морского течения. Так образуются особо опасные гребни.

Волны бродят не только на поверхности, но и в глубинах океана. Там их амплитуда достигает сотни метров. Явление мертвой воды, когда судно вдруг, будто натолкнувшись на какое-то вязкое подводное препятствие, резко теряет скорость, обязано своим происхождением внутренним волнам. Они составляют одну из важнейших проблем современной океанологии, поскольку без познания их природы нельзя до конца понять динамику вод Мирового океана и связанные с ней процессы.

А волна, прозванная тягуном, когда вдруг без видимых причин суда у причалов начинают совершать сначала медленные, а потом все более быстрые движения вперед-назад. Период таких колебаний обычно составляет одну-три минуты, амплитуда — пять и более метров. Скрипят кранцы, трещат борта, оглушительно лопаются швартовые тросы. Порой не выдерживает даже корпус, и судно тонет тут же, у причала. А на море может стоять полный штиль. Обычно тягун возникает внезапно и сразу захватывает всю акваторию порта. Особенно он опасен для танкеров: порвись идущие на берег шланги — ив море устремится нефть.

Мы еще не коснулись самого обширного семейства волн — электромагнитного… А ведь окружающее Землю пространство, в том числе и та часть, непосредственно к ней прилегающая, в которой мы живем, подобно гигантскому «коктейлю» из электромагнитных волн. Правда, стало об этом известно сравнительно недавно — лет сто назад, хотя с рождения мы знакомимся с одним из компонентов смеси — видимым светом.

Нас окружает океан света, состоящий из множества тонов и оттенков. Тренированный глаз художника или красильщика в состоянии различить свыше 10 тысяч цветовых тонов. Мы обычно не задумываемся, что каждый цвет представляет собой электромагнитную волну со своей вполне определенной длиной. И организм, как чуткий камертон, по-разному отзывается на каждую из цветовых волн. Реакция человеческого глаза и мозга на разные длины волн и дает нам ощущения, которые мы называем цветом.

Процесс цветового восприятия до конца не познан. Свидетельство тому — новая работа английских ученых. Согласно их теории цвет предмета «вычисляется» мозгом не только на основании длины волны отраженного от предмета света, но и в зависимости от соотношения интенсивности различных цветов, что, кстати, играет главную роль. Теорию удалось экспериментально проиллюстрировать. По их концепции, цвет — продукт «вычислений» мозга.

Но как бы ни происходила в мозгу «раскраска» окружающего мира, с древних времен было подмечено, что красный цвет возбуждает, черный угнетает, зеленый успокаивает, а желтый создает хорошее настроение.

И наконец, последний диапазон электромагнитных волн — радиоволны. Самые короткие из них граничат с инфракрасными, а частота колебаний самых низких частот достигает трех герц, что соответствует длине волны в сто тысяч километров. От долей миллиметра до ста тысяч километров — вот сколь разные по длине волны, а следовательно и по особенностям их поведения обобщены одним словом «радиоволны».

Чтобы как-то разграничить их, Международный комитет по радио разделил радиоволны на 12 диапазонов и каждому дал два равноправных названия: по частотному признаку и по метрическому (когда за основу классификации берется единица измерения длины — метр).

Если идти по частотному спектру снизу, от нуля, то первый диапазон начинается с трех герц и кончается 30 герцами, или в длинах волн от 100 тысяч до 10 тысяч километров. Это диапазон крайне низких частот (КНЧ), или декамегаметровых волн. Их длина, как мы видим, сравнима с размерами земного шара, поэтому, чтобы излучать их, нужны и антенны космических размеров. Пока диапазон используется только в научных целях. Ученые выступают здесь в качестве наблюдателей: фиксируют радиоволны, которые возбуждаются в огромном резонаторе, образуемом Землей и ее ионизированной оболочкой — ионосферой. Порождают декамегаметровые волны молнии, вспышки солнечной активности и другие возмущения.

Второй диапазон — сверхнизкие частоты (СНЧ) — простирается от 30 до 300 герц или от 10 тысяч до тысячи километров. Его метрическое название — мегаметровый. Он используется для связи с подводными лодками. Конечно, речь передать нельзя: слишком уж узок Диапазон — всего 270 герц, а для передачи речи нужна полоса частот по крайней мере раз в 10 больше. Но приходится мириться: такие многокилометровые волны в отличие от более коротких слабо затухают в воде.

Американские инженеры разработали систему связи для передачи на подводные лодки команд только из трех знаков, в которых содержится информация о времени и безопасном месте всплытия лодки на перископную глубину для поднятия на поверхность выдвижной антенны, чтобы получить более подробные инструкции через спутник связи. Передача команд ведется на длине волны примерно 4000 километров. На однократную передачу сообщения уходит около пяти минут. Антенной служат участки земной поверхности длиной в десятки километров. Из одного миллиона ватт мощности передатчика в эфир уходит всего лишь два ватта, а остальная мощность рассеивается в земной коре. Правда, у сверхнизкочастотной системы появился в последнее время удачливый соперник — лазерная спутниковая связь. Оказалось, что луч сине-зеленого лазера способен проникать под воду на глубину до 200 метров.