Далеко не все из того, что нас окружает, можно увидеть и потрогать руками – многое приходится домысливать и воображать. Математики так и живут в выдуманных ими мирах и пространствах, но вот физики, а особенно техники, не могут успокоиться, пока наглядно не представят себе, как выглядит решение уравнения, куда распространяются волны и в какую сторону дует ветер. Вычислительная математика и компьютерное моделирование могут весьма реалистично нарисовать любой процесс и самое замысловатое явление, но все равно хочется увидеть, как это выглядит на самом деле и как распространяется звук или кружатся воздушные вихри.
Воздух очень слабо преломляет свет, и тем не менее даже микроскопические изменения его малюсенького показателя преломления, оказывается, можно увидеть. Классические картинки такого рода, попавшие во все учебники, – это горящая свеча и летящая пуля. Клубы горячего воздуха, поднимающегося над пламенем, видны в принципе и без специальных технических устройств – если просто посмотреть поверх пламени свечи на другую свечу, горящую вдали. Но вот ударные волны, генерируемые летящей со сверхзвуковой скоростью пулей, как и турбулентный след позади нее, без так называемого теневого метода и фотовспышки увидеть невозможно.
Этот уникальный исследовательский инструмент – шлирен-фотография позволяет видеть самые тонкие детали разнообразных процессов, начиная от диффузии ядовитого вещества в воздухе и заканчивая растворением сахара в воде. Научная мысль не стоит на месте, и новая модификация теневого метода, позволяющая выйти из узких стен лабораторий в широкий мир реальных машин и сооружений, была совсем недавно разработана американским ученым Гари Сэттлом. Сегодня это выглядит как достаточно курьезное изобретение, позволяющее видеть жар от барбекю и холод от замороженной пиццы, но на самом деле – это окно в новый и совсем незнакомый нам мир, и трудно даже представить те открытия и усовершенствования, которые оно может привнести в нашу жизнь. Но одно ясно уже сегодня – те возмущения, которые мы вносим в окружающий мир, не так уж и незаметны, и присутствие человека в помещении выдают не только звуки его дыхания и сердцебиения, но и то тепло, которое он отдает окружающим его людям.
Если путь у световых лучей большой, то отклонения от прямолинейного распространения хорошо видны даже невооруженным глазом. Примеров тому немало – начиная от размывания удаленных машин, едущих по раскаленному шоссе, и заканчивая причудливой тенью, отбрасываемой горящей газовой горелкой. Показатель преломления газа напрямую зависит от его плотности, то есть от количества молекул, находящихся в единице объема, а значит, и преломление изменяется, когда мы сжимаем газ при постоянной температуре или нагреваем при постоянном давлении.
