Научно-популярное ток-шоу, интеллектуальную игру и лекцию о том, как с помощью звука и анализа данных можно исследовать процессы, скрытые от прямого наблюдения, провёл Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ) Калининграда в рамках фестиваля «Энергия науки и искусства». Фестиваль прошёл 10–11 октября и был организован совместно с филиалом Третьяковской галереи в Калининграде.

10 октября участники научно-популярного ток-шоу «Разберём на атомы: Волна» вместе с учёными исследовали волновые явления: от столкновений чёрных дыр до звучания музыкальных инструментов и восприятия света человеком.

Артём Юров, руководитель ОНК «Институт высоких технологий» и Северо-Западного математического центра им. С. Ковалевской, доктор физико-математических наук, профессор Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ) рассказал о гравитационных волнах — колебаниях пространства-времени, предсказанных общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. На примере слияния чёрных дыр учёный объяснил, как космическое событие становится сигналом, который можно зарегистрировать на Земле. Он разобрал событие, случившееся около 1,3 миллиарда лет назад: тогда слились две чёрные дыры массой примерно 29 и 36 солнечных масс.

«Даже самые мощные космические события создают сигнал, который чрезвычайно трудно зарегистрировать. Чтобы обнаружить гравитационные волны, нужны приборы невероятной точности», — пояснил спикер.

Такими приборами стали детекторы LIGO: это интерферометры, построенные на принципе интерферометра Майкельсона. Слушатели узнали, как создавали эти установки и какие инженерные решения позволили заметить мельчайшие изменения. Спикер назвал российских и советских учёных, которые заложили основы гравитационно-волновой астрономии: Владислава Пустовойта, Михаила Герценштейна, Якова Зельдовича, Владимира Липунова, Владимира Брагинского и Валерия Митрофанова. В 2017 году Нобелевскую премию по физике за вклад в создание детектора LIGO и наблюдение гравитационных волн получили Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бэриш.

Валериан Юров, доцент ОНК «Институт высоких технологий», старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования сложных и нелинейных систем, кандидат физико-математических наук, PhD, показал, как волновые процессы проявляются в музыке. На примере колебаний струны он объяснил, что такое основная частота и гармоники, как длина, натяжение и плотность струны влияют на её звучание и почему фортепиано и гитара звучат по-разному даже на одной ноте. Разговор затронул музыкальные интервалы (октаву, квинту и кварту), а затем перешёл от классических представлений о колебаниях к квантовой механике.

«Тот же принцип, который определяет колебания струны, работает и в квантовой механике. Граничные условия приводят к появлению разрешённых энергетических уровней электрона», — отметил Валериан Юров.

Константин Судоплатов, старший преподаватель ОНК «Институт медицины и наук о жизни» БФУ, перевёл разговор к свету и зрению.

«Свет — электромагнитная волна, и первой её встречает сетчатка. В ней работают фоторецепторы: палочки и колбочки. Под действием света в них меняется молекула ретиналя, и клетка запускает нервный сигнал» — объяснил эксперт. Дальше сигнал идёт в мозг, где собирается изображение. Так же складывается цвет: спикер разобрал аддитивное смешение света и субтрактивное смешение красок.

«Объём появляется благодаря двум глазам. Каждый видит картинку со своей точки, а мозг сравнивает их и достраивает глубину» — продолжил Константин Судоплатов. Он привёл примеры: по таблицам Рабкина проверяют цветоразличение, а стереограммы, последовательный образ и иллюзия вращающихся дисков показывают, как мозг достраивает увиденное.

Второй день фестиваля, 11 октября, начался с интеллектуальной игры «Адреналин: Точка и линия», которую провела руководитель ИЦАЭ Калининграда Юлия Серищева. Участники искали связи между наукой и искусством. Вопросы охватывали оптику, геометрию, математику, физику и космос. Команды разбирались, как художник и изобретатель Вячеслав Колейчук создавал объёмные оптические эффекты с помощью светостереографии, почему работа Франциско Инфанте «Душа кристалла» предвосхищает понятие фрактала и как научные представления об устройстве атома перекликаются с развитием абстрактного искусства.

Завершила фестиваль лекция «Звук недр». Её прочитал Александр Буторин, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геофизики Института наук о Земле, геофизик и ведущий эксперт научно-технического центра ПАО «Газпром нефть». Он объяснил, как волны помогают изучать то, что невозможно увидеть напрямую. На границе сред с разными свойствами часть энергии отражается, и по отражённому сигналу специалисты судят о скрытых объектах. Так работают сонар, ультразвуковая диагностика и сейсморазведка. По сейсмическим данным геофизики восстанавливают строение подземных слоёв, находят разломы и выбирают места для бурения.

«Любой цифровой сигнал, будь то изображение или видео, можно преобразовать в звук. Для этого существуют специальные методы, которые позволяют исследовать данные через слух», — подчеркнул Александр Буторин.

Этот приём называется сонификацией. Сейсмическая трасса фиксирует амплитуду сигнала во времени, и после специальной обработки эти колебания можно услышать. Способ преобразования меняет звучание. Масштаб задачи показывает один расчёт: чтобы прослушать всю съёмку при минимальной плотности данных, понадобилось бы почти восемь лет.

«Лекция помогла нам по-новому посмотреть на мироздание и задуматься о том, как всё связано между собой. Детям очень понравилось, а вопросы сына оказались настолько интересными, что спикеры отдали ему приз за лучший вопрос. Теперь будем вместе читать, узнавать новое и продолжать развиваться», — поделилась участница фестиваля Светлана.