В. Жвирблис

В сентябре 1982 года в Вильнюсском государственном университете состоялась III Всесоюзная конференция "Флуктуационные явления в физических системах", в которой приняло участие около ста ученых страны.

Флуктуации - непредсказуемые самопроизвольные изменения свойств физических систем - в последнее время все больше привлекает внимание исследователей как в практическом, так и в теоретическом планах. Практиков интересует, можно ли избавиться от флуктуаций, мешающих работе точных радиоэлектронных приборов, теоретиков - почему возникают флуктуации, какие в них есть общие и различные черты. Публикуемая статья рассказывает об одной из проблем, связанных с исследованиями флуктуаций в физических системах.

В одном известном водевиле есть забавный эпизод. Команде местных пожарных пришлось изображать на сцене толпу. А чтобы толпа неразборчиво гудела, статисты должны были быстро-быстро вразнобой повторять одну и туже фразу: "Что говорить, когда говорить нечего". Но вот настал нужный момент, и бравые молодцы, вытянувшись во фрунт, дружно рявкнули хором: "Что - говорить - когда - говорить - нечего!" Конечно, вместо шума на сцене - шум в зрительном зале:

Впрочем, достаточно ли ясно мы представляем, что такое шум? Когда разговариваем, пусть даже и очень громко, мы не считаем шумом свою речь и речь собеседника, не считаем и музыку, которую с удовольствием слушаем в концертном зале. Но полуночная перебранка соседей за стеной или включенный этажом выше магнитофон - это, по нашему убеждению уже шум.

Пойдем дальше. Речь собеседника не кажется шумом только в том случае, если тот говорит на знакомом языке, речь иностранца представляется нам бессмысленным набором звуков. Шумом, какофонией кажется неподготовленному слушателю музыка композитора-новатора; вместе с тем в этой музыке можно найти и гармонию, и глубокий смысл. Опытный врач различает в шумах сердца оттенки, позволяющие ему судить о здоровье пациента; астрофизик черпает из радиошума небесных источников ценную научную информацию:

Значит, шум - это все, что не несет для нас никакой информации или мешает таковую воспринимать. А что такое ценная для нас информация, зависит уже от конкретных обстоятельств.

Какого цвета звук

Не раз и не два предпринимались попытки найти объективную связь между звуком и цветом. Тщетно: строгой закономерности такого рода обнаружить не удалось, хотя у некоторых людей (среди них известнее всего композитор Скрябин) те или иные чистые музыкальные тона - звуковые колебания постоянной частоты, имеющие строго синусоидальную форму, - четко ассоциируется с определенными цветовыми ощущениями. Но эти ассоциации, как правило, сугубо индивидуальны.

Однако два типа звуков все же возможно - и однозначно - сопоставить с двумя цветами, если только допустимо так называть черное и белое. Действительно, черный "цвет" - это отсутствие всякого света и всякого цвета; абсолютная тишина, которой можно добиться, сведя на нет интенсивность любых звуков, - вот точный звуковой эквивалент черноты, нулевой яркости чего бы то ни было. А какой звук можно сопоставить с белым "цветом"? Вспомним, когда вечером заканчивается телепередача и экран подергивается ровной светлой сеткой, из динамика телевизора начинает доноситься равномерное бесцветное шипение. Если записать такой белый шум ("белый шум" - не образное словосочетание, а строгий научный термин) на магнитофон и прокручивать пленку с различной скоростью, то никаких различий мы не сможем заметить. Белый шум всегда одинаков, как всегда одинакова абсолютная тишина.

Белый "цвет" представляет собой равномерную смесь электромагнитных колебаний всех возможных частот (разумеется в пределах видимого диапазона); в белом шуме равномерно представлены все частоты звуковых колебаний( в пределах слышимого диапазона). Но, строго говоря, ограниченные возможности нашего слухового анализатора не имеют никакого отношения к природе истинного белого шума: теоретически в нем должны быть представлены с равной вероятностью все частоты - от бесконечно малой до бесконечно большой. Или, что то же самое, колебания со всеми мыслимыми частотами должны иметь равную мощность, переносить в единицу времени одну и туже энергию, прямо пропорциональную квадрату амплитуды - размаха колебаний. Поэтому распределение мощности колебаний по частотам называется спектром мощности; в частности, спектр мощности белого шума представляет собой прямую, на которой отложены значения частот.

Спектр мощности - очень широкое понятие, так как можно говорить об условной мощности любых колебаний, не только звуковых или электромагнитных. Колебаний земной поверхности, давления воздуха, концентрации питательных веществ в живой клетке, численности популяции или плотности автомобильного потока. И даже колебаний настроения, если бы настроение можно было измерять: