Жвирблиса.
Долгое время считали, что природные периодические процессы, вроде бы не
имеющие каких-либо внешних источников модуляции, носят чисто случайный
характер и могут быть определены при помощи понятия "белого шума", то есть
обладают равномерным частотным спектром.
Обычно белый шум, как и любые колебательные процессы, характеризуется так
называемым спектром мощности, представляющим собой график распределения
амплитуды, пропорциональной мощности колебаний, по частоте. Очевидно, что
спектр мощности белого шума выглядит как прямая линия, параллельная оси
частот, говорящая о том, что в белом шуме колебания любой частоты имеют
одинаковую мощность или равновероятны.
С точки зрения теории информации не имеет никакого значения физический
характер колебательного процесса, определяемого как белый шум - к нему
предъявляется лишь одно требование - он должен иметь чисто случайный
характер.
Простейшим из обычно приводимых примеров такого рода процессов является
процедура выбрасывания игральных костей, в которой, при достаточно
многократном повторении демонстрируется ряд чисел, имитирующих белый шум в
самом идеальном виде - в итоге мы получаем равномерный "спектр мощностей",
выраженный в данном случае как равенство чисел всех выброшенных комбинаций
очков.
Эпидемии и землетрясения, изменения погоды и концентрации питательных
веществ в живой клетке - процессы, кажущиеся нам случайными, должны были бы,
как кажется, быть примером распространенности белого шума в природе.
Исследования же показали совершенно другую картину.
Странности начались при прецизионных измерениях теплового белого шума в
электронных приборах. Известно, что в любой электронной схеме помимо
полезного сигнала, имеет место собственный шум, вызываемый тепловым
хаотическим движением атомов и молекул в элементах схемы. Поскольку при
усилении крайне слабых, сравнимых по уровню с собственными шумами, сигналов
становится невозможным выделить на выходе усиленный сигнал, были предприняты
значительные усилия по изучению теплового белого шума элементов электронных
систем. В ходе таких экспериментов было установлено, что спектр мощности
собственных шумов представляет собой не прямую, параллельную оси частот, а
гиперболы разного вида, показывающие, что интенсивность шума тем больше, чем
меньше его частота.
О некоторых интересных особенностях, обнаруженных при таких исследованиях,
рассказывает М. Герценштейн: "Возьмем кусочек полупроводника, либо очень
тонкую металлическую проволоку или пленку. Внутри этих образцов что-то
происходит, в результате чего их сопротивление медленно меняется то в одну,
то в другую сторону - флуктуирует. Что именно происходит, мы не знаем, но
эти флуктуации можно обнаружить, если через образец пропустить ток.
Чувствительность измерений тока чрезвычайно велика: они позволяют наблюдать
флуктуации сопротивления, происходящие в девятом-десятом знаке после
запятой, если среднее сопротивление образца принять за единицу.
Опыт показывает, что мощность фликкер-шума оказывается обратно
пропорциональной частоте. Это значит, что медленные изменения свойств
образца оказываются более вероятными, чем быстрые, и эта зависимость
остается верной для очень низких частот, вплоть до миллионных долей герца,
что соответствует периодам длительностью до десятков суток.
И сразу возникает вопрос: почему медленные? Медленный процесс - это большая
инерция, хорошая память. Такая инерционность понятна, если речь идет о
каком-либо астрофизическом явлении, то есть явлении, происходящем в системах
огромных размеров.
Но что происходит в маленьком образце? Откуда у него инерция, память, если
все протекающие в нем процессы, связанные с движением носителей заряда,
измеряются долями секунды? Аналогия с игральными костями подсказывает нам,
что для того, чтобы получить с их помощью картину, сооветствующую
фликкер-шуму, мы должны осуществить некоторый отбор получаемых результатов -
модуляцию. Тем самым мы можем утверждать, что фликкер-шум является
отражением процессов, которые нельзя характеризовать как чисто случайные.
Исследования электронных приборов были лишь частью целой лавины открытий
проявлении фликкер-шума как общей характеристики самых разнообразных
периодических природных процессов. Колебания поверхности Земли и Солнца,
вариации магнитного поля и колебания температуры и давления земной
атмосферы, различные биофизические и биохимические процессы, вариации
электромагнитного излучения Солнца и интенсивности космических лучей - все
это примеры периодических процессов, имеющих характер фликкер-шума. Музыка
также представляет собой одну из разновидностей фликкер-шума, и здесь крайне
важно отметить поразительное сходство спектров природных фликкер-шумов с
частотными характеристиками музыкальных произведений.
Несколько лет назад сотрудники одной из американских астрономических
обсерваторий провели компьютерную обработку некоторых волновых процессов,
имеющих место на Солнце, с целью трансформации их в звуковые частоты. В
результате этой работы была записана и выпущена в продажу грампластинка под
названием "Музыка Солнца". Я слышал эту запись: звучание Солнца напоминает
величественную органную музыку с ее полифоническим богатством, ее могучими
басовыми аккордами, ее великолепием и сочностью созвучий.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211