Учёные нашли связь между пением китов и теорией относительности Эйнштейна

Учёные из Пенсильванского университета объяснили аномалию, из-за которой системы отслеживания китов иногда фиксировали скорость звука в океане до 3000 м/с. Исследователи связали эффект с интерференцией звуковых волн и показали, что он не нарушает фундаментальные ограничения специальной теории относительности. 

Финвалы издают звуки, которые распространяются под водой на расстояние до 100 километров. С помощью гидрофонов на морском дне специалисты определяют положение животных по разнице во времени поступления сигнала к нескольким датчикам.

При этом расчёты иногда давали значительную погрешность — координаты кита могли отличаться на сотни метров. Программы также показывали необычные значения скорости звука: вместо обычных для морской воды примерно 1500 м/с алгоритмы могли фиксировать около 1000 или 3000 м/с.

Исследователи установили, что проблема возникает, когда кит находится недалеко от поверхности океана. В этом случае звук достигает гидрофона двумя путями: напрямую и после отражения от поверхности воды.

Две волны приходят к датчику с небольшой временной задержкой и накладываются друг на друга. Из-за интерференции положение пика звуковой энергии смещается. Датчик воспринимает этот пик как волну, которая движется с другой скоростью.

Учёные подчеркнули, что речь не идёт о реальном превышении физического предела. Быстрее скорости звука перемещается не сам сигнал с информацией, а форма волны — её пиковая точка.

Похожий эффект известен и в оптике. Изменение формы световой волны может создать впечатление, что она движется быстрее света, однако передача информации при этом не нарушает ограничений специальной теории относительности.

Исследователи считают, что учёт этого эффекта позволит скорректировать работу программ для гидрофонов. Это должно повысить точность определения координат китов и помочь снизить риск их столкновений с судами.