В новом выпуске научно-популярного шоу StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его постоянный соведущий, комик Чак Найс, разбирают физическую природу «белого шума». Исследователи объясняют, почему акустическое явление, напоминающее шипение, получило «цветовое» название, как оно связано с фундаментальными экспериментами Исаака Ньютона и какую роль в телевизионных помехах прошлого играло эхо Большого взрыва.
🎧 Природа звукового шипения: что такое белый шум 0:40
Белый шум определяется в физике как комбинация всех звуковых частот, которые человеческое ухо способно воспринять одновременно . По словам Нила Деграсса Тайсона, этот звук представляет собой смесь низких, средних и высоких частот, подаваемых вместе, что в итоге создает характерное монотонное шипение .
Технические особенности формирования белого шума включают:
- Смешение всех слышимых частот в одном звуковом сигнале .
- Равномерное распределение энергии: поскольку высокочастотные звуки при той же амплитуде несут больше энергии, инженеры часто настраивают сигнал так, чтобы на каждую полосу частот приходилось одинаковое количество энергии .
- Отсутствие различимых паттернов: Тайсон подчеркивает, что если в шуме можно уловить какой-то ритм или повторяющийся сигнал (например, лязганье), то такой шум уже нельзя называть строго «белым» .
Чак Найс в шутливой форме предложил ввести термин «черный шум», описывая его как внезапные выкрики, призывающие детей к тишине, однако Тайсон предпочел придерживаться строгих физических определений .
📺 Телевизионные помехи и реликтовое излучение 2:27
Тайсон с ностальгией отмечает, что современное поколение, выросшее в эпоху цифрового стриминга, теряет связь с классическим проявлением белого шума — «снегом» на экранах старых телевизоров . В эпоху аналогового вещания, когда антенны ловили радиосигналы прямо из воздуха, отсутствие настройки на конкретный канал приводило к визуализации электромагнитного шума.
Астрофизик приводит поразительный факт о природе этих помех:
- Несколько процентов от общего «шипения» на экране ненастроенного телевизора составляет космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) .
- Это излучение является прямым «эхом» Большого взрыва, которое заполняет всю Вселенную .
- Таким образом, обычный телевизор превращал электромагнитный шум космоса в акустический сигнал — тот самый белый шум .
🌈 Призма Ньютона: почему шум стал «белым» 3:44
Связь между звуком и цветом уходит корнями в оптические эксперименты Исаака Ньютона. Тайсон описывает классический опыт: Ньютон проделал отверстие в шторе, пропустил узкий луч солнечного света через 60-градусную призму и увидел спектр — радугу .
Интересные детали эксперимента Ньютона, упомянутые в дискуссии:
- Ньютон изначально выделил шесть основных цветов, но из-за мистического преклонения перед числом семь он намеренно добавил седьмой цвет — индиго . Так появилась аббревиатура Roy G. Biv (в русском варианте — «Каждый охотник желает знать...») .
- Главное открытие заключалось не в разделении света, а в его обратном синтезе. Ньютон доказал, что если пропустить полученную радугу через вторую призму, на выходе снова получится чистый белый свет .
- Тайсон подчеркивает: Ньютон продемонстрировал, что белый цвет не является «отсутствием» цвета, а представляет собой комбинацию всех цветов спектра в равных пропорциях .
Именно эта аналогия была заимствована акустиками. Если свет, содержащий все видимые частоты, мы называем белым, то и звук, содержащий все слышимые частоты, логично называть «белым шумом» .
🧠 Восприятие и «расистские глаза» 6:47
В ходе беседы Тайсон делает провокационное ироничное замечание о том, что наши глаза «расистские» с точки зрения физики . Он объясняет это тем, что когда на сетчатку попадает смесь всех цветов радуги, мозг и зрительная система не различают их по отдельности, а интерпретируют этот «винегрет» как чистый белый цвет .
Чак Найс иронизирует над терминологией, предлагая называть белый шум «шумом инклюзивности» (DEI noise), поскольку он включает в себя абсолютно все частоты без исключения . По мнению Найса, современная аудитория могла бы найти в этом политический подтекст, хотя с точки зрения физики это лишь вопрос полноты спектра .
✨ Оттенки шума и звездные аналогии 10:06
Тайсон поясняет, что концепция «цвета» шума работает так же, как и цвет звезд.
- Если в спектре звезды больше красного цвета, она кажется нам красноватой; если больше синего — голубоватой .
- Аналогично в акустике: если в шуме преобладают определенные частоты, он перестает быть идеально белым и приобретает «оттенок» (существуют также розовый, коричневый и другие виды шумов) .
В завершение Нил Деграсс Тайсон отмечает, что заимствование оптических терминов для описания звука оправдано, так как природа волн — будь то световые или звуковые — подчиняется одним и тем же законам частотности .
