Возмущённая среда обитания

Иллюстрации: Наталья Дюкова
// С какими волнами, полями и излучениями повседневно сталкивается человек
Олег Фея, Алексей Торгашёв

Герой повести Стивена Кинга «Баллада о гибкой пуле», свихнувшийся писатель, считал, что в его пишущей машинке живёт эльф, который помогает ему сочинять, но боится электромагнитного излучения. Чтобы обезопасить эльфа, герой вынес из дома все приборы, заделал монтажной пеной проводку, обклеил фольгой окна и потолок. Но не помогло. Потому что от излучения невозможно спрятаться. Где бы на Земле или в космосе вы ни были, излучение настигнет вас. И даже шапочка из фольги не поможет. При этом не все излучения электромагнитные: например, гравитация не имеет отношения к электромагнитным полям, но её гипотетические волны называют излучением. В общем, вопрос терминологии. 

Гравитационные волны

Всё, что движется с ускорением, излучает гравитационные волны. Планеты, электроны, люди и коты, двигаясь, изменяют метрику пространства-времени. Это придумал Эйнштейн в общей теории относительности, а практически это означает следующее: прыгает кот на стол, и от него со скоростью света во все стороны расходятся волны в поле тяготения. То есть все предметы, которые до того кот притягивал с одной силой, станут притягиваться к нему с несколько иной силой. Волна катится по Вселенной, и можно представить, что и кота уже миллионы лет не существует, а где-нибудь в другой галактике внеземная кошка почувствует притяжение или отталкивание. Впрочем, гравитация — очень слабое взаимодействие по сравнению с другими силами природы. Например, два электрона гравитируют в 1042 раз слабее, чем отталкиваются за счёт заряда.

Гравитационные волны до сих пор не обнаружили, но пытаются: с помощью гигантских установок типа LIGO ловят волны от событий космического масштаба, например взрывов сверхновых. В 2015 году чувствительность LIGO повысят в 10 раз.

Видимый солнечный свет: λ (длина волны) = 400-700 нм

Солнце излучает электромагнитные волны практически всех длин. Однако более всего излучается видимого света с пиком в жёлто-зелёной части спектра. Благодаря солнечной радиации мы можем загорать — на клетки кожи действует интенсивное ультрафиолетовое излучение, невидимое глазу. Третья важная компонента — тепловое излучение.

Оптическое излучение Солнца питает жизнь на нашей планете — как раз эти фотоны улавливают системы фотосинтеза растений.

В ясный солнечный день освещённость на Земле достигает 100 тыс. люкс. Для сравнения: в ясный солнечный день на Плутоне освещенность примерно 60 люкс, что, впрочем, вполне комфортно для чтения.

Реликтовое излучение Большого взрыва: λ = 1,9 мм

Когда мы смотрим на звёзды, то видим прошлое. Так как свет, достигший наших глаз, был испущен звёздами годы назад. Однако как далеко в прошлое можно заглянуть? Оказывается, до нас долетает излучение, оставшееся после Большого взрыва.

Тогда, при рождении, Вселенная представляла собой раскалённую плазму, и её частицы постоянно обменивались фотонами — излучали и поглощали. Потом Вселенная расширялась, пространства становилось больше, и не все фотоны поглощались. Часть из них, не столкнувшись ни с чем, продолжила лететь сквозь пустоту в виде реликтового излучения. Фотоны постепенно остывали, их нынешняя температура — всего 2,7 кельвина.

Так вот, эти фотоны, дошедшие до нас сквозь 13,7 миллиарда лет, — обычное электромагнитное излучение микроволновой части спектра с длиной волны 1,9 мм. То есть это миллиметровые радиоволны. Собственно, реликтовое излучение и обнаружили в 1965 году как помехи на астрономической радиоантенне. Не волнуйтесь: для здоровья в наше время и в нашей части Вселенной это излучение совершенно безопасно.

Космические лучи: E (энергия частиц) = 106 – 1021 эВ

Земля бомбардируется прилетающими из космоса частицами высоких энергий. На 90% это протоны, остальное — ядра гелия и некоторых более тяжёлых элементов, около 1% — электроны. Вся эта смесь рождается, например, при взрывах звёзд, столкновениях галактик, вспышках на Солнце. До уровня моря долетает лишь 0,05% первичных космических лучей, остальное задерживает магнитное поле Земли и атмосфера. Каждая частица, влетающая в атмосферу, вызывает так называемый широкий атмосферный ливень — поток электронов, позитронов, мюонов, фотонов, протонов. До нас эти ливни добираются ослабевшими и безопасными.

Радиационный фон: α-, β- и γ-излучение

Вокруг и внутри нас всё понемногу фонит. Воздух, земля, стены зданий, бумага, на которой отпечатан наш журнал, — всё-всё понемногу испускает ионизирующее излучение. Состоит оно из частиц, фотонов высоких энергий, электронов. Когда всё это добро сталкивается с атомами, то атомы теряют или захватывают электроны, превращаясь в ионы. Понятно, сильно ионизированный организм жить не будет, поэтому в больших дозах ионизирующие излучения опасны для человека —  в быту это называется облучением. А само количество таких излучений называют радиационным фоном. Для Москвы обычный фон — 12–20 микрорентген в час.

Испускают ионизирующее излучение радиоактивные элементы, которые есть везде. Скажем, в атмосфере Земли одномоментно содержится 80 тонн радиоактивного углерода 14С. Образуется он столкновениях нейтронов космических лучей с атомами азота воздуха. Потом включается в круговорот углерода через фотосинтез. После смерти растения или животного новый 14С в организме не появляется, а старый распадается с известной скоростью. Поэтому по количеству нераспавшегося радиоуглерода легко датировать возраст ископаемых останков.

Второй источник радиоактивности — примеси урана, тория, радия, калия-40 и прочих нестабильных элементов в горных породах. Больше всего этих элементов в некоторых гранитах. Например, фон гранитных набережных Санкт-Петербурга или же станций метро в три раза сильнее, чем в среднем по стране.

А самое неприятное для обычного человека вещество — газ радон: именно вдыхая его, мы получаем больше половины всего облучения в жизни. Этот газ, один из продуктов распада урана, просачивается из глубин сквозь почву и накапливается в подвалах, низинах, у пола первых этажей. Распадается он альфа-распадом, выбрасывая ядро атома гелия.

Радиоволны: λ ≥ 1 мм 

В 1887 году их открыл Генрих Герц, и с тех пор единица измерения частоты волн носит его имя. Радиоволны мы не видим, но они повсюду: солнечные, атмосферные, галактические, внегалактические… А в 1895 году инженер Гульельмо Маркони передал радиосигнал на расстояние в 1,5 километра, и Земля взорвалась техногенным радиоэфиром, отчего мы до сих пор полагаем, что нас заметят инопланетяне. Сейчас техногенное радиоизлучение Земли — радары, радиовещание, телевидение, интернет — многократно превышает естественный фон.

Самый близкий источник, который всегда с нами, — мобильный телефон, использующий волны дециметровой длины. Первый советский мобильник назывался «носимым автоматическим дуплексным переносным радиотелефоном ЛК-1» и весил 3 килограмма, имея радиус действия 20–30 километров. Вопрос, является ли излучение мобильника вредным для здоровья, остается открытым. Большинство ученых склоняются к тому, что даже если вред и есть, то минимальный.

Микроволновые печи: λ = 12,25 см

Внутри микроволновки находится генератор радиоволн сверхвысокочастотного диапазона. Излучение печи индуцирует электрический ток в заряженных молекулах воды. Пищу греет именно вода, которая всегда есть даже в самом сухом продукте. Значение имеет мощность. Не советуем совать голову в микроволновку: мозг вскипит.

СВЧ-излучение применяется в Wi-Fi, Bluetooth, в мобильных телефонах.

Инфракрасное излучение: λ = 750 нм — 1 мм

Всё, что нагрето, светится. Атомы нагретого тела отдают энергию и излучают тепловые фотоны. То есть это тоже электромагнитное излучение, спектр которого лежит между видимым красным светом и микроволновыми радиоволнами. Мы его не видим, но чувствуем кожей как тепло. Так, например, мы чувствуем на расстоянии тепло радиатора отопительной батареи или лампы накаливания.

Электростатическое поле

Когда-то на компьютерные мониторы надевали защитные экраны, чтобы уберечь пользователя от электростатического поля: на поверхности лучевой трубки монитора накапливался электрический заряд. А неподвижный заряд и есть по определению источник электростатического поля. Кстати, излучением его называть неверно, хотя многие так делают. В нынешние суровые времена плоских телевизоров и жидкокристаллических дисплеев электростатику проще обнаружить на одежде: если синтетика бьётся током, значит, она накопила заряд. Поле вокруг такой заряженной одежды, разумеется, есть.

Сверхдлинные радиоволны: λ > 10 км

Длина электромагнитной волны, вообще говоря, предела не имеет. Радиоволны могут быть и в десятки тысяч километров длиной. Во всяком случае удается регистрировать волну так называемого шумановского резонанса: при ударе молнии возникают волны разных частот, в том числе и сверхдлинные, которые могут отражаться от атмосферы и приходить обратно в ту же точку. Длина такой волны — около 40 тысяч километров. Менее длинные волны, тоже образовавшиеся в результате молний, могут вызывать интересные эффекты: есть атмосферики — волны длиной десятки километров, путешествующие вдоль магнитных линий Земли.

Военные пробовали применять сверхдлинные волны для связи с подводными лодками.

Излучение промышленной частоты: λ = 6000 км

Линии электропередачи, электротранспорт, бытовая электропроводка, электроприборы (стиральные машины, холодильники, пылесосы, электроплиты, фены и так далее) работают на частоте переменного тока в 50 герц. Это соответствует колебаниям электромагнитного поля с длиной волны в 6000 км. Излучение в этих случаях тоже происходит, а длинные ЛЭП даже могут работать как антенны. Но здесь важнее интенсивность самого поля. Строго научно до сих пор не показано, как влияет оно на организм человека, но есть наблюдения, что мощные поля вызывают головные боли и общее ухудшение самочувствия.

Излучение тела человека: λ = 30 000 км

Человек излучает в нескольких диапазонах. Во-первых, если он живой, то светится инфракрасным светом. Во-вторых, его естественное биополе, зависящее от токов в клетках, — слабенькое электромагнитное поле сверхдлинного диапазона. Если, допустим, принять частоту альфа-ритма мозга за 10 герц, то длина волны получится 30 000 км.

В-третьих, в нас хватает радиоактивных элементов. Основные — это калий-40 и углерод-14. Поскольку весь калий-40, который есть на планете, образовался ещё до возникновения Солнечной системы, то и в нас он такой же древний. А вот углерод-14 может быть любого возраста: он постоянно накапливается в атмосфере под действием космических лучей. Благодаря радиоактивному распаду мы ещё немножко излучаем и нейтрино, и в рентгеновском диапазоне, и совсем чуть-чуть позитронов. Но сами себе мы обычно не опасны.

Когерентное излучение лазеров

Лазерная указка, лазеры в принтерах, DVD-проигрывателях — те места, где чаще всего можно встретить когерентное излучение. Здесь важна не длина волны, а то, что все фотоны, которые лазер испускает, находятся в одной фазе волны и одинаково поляризованы (то есть их электромагнитные поля совпадают по направлению).

Звуковое излучение

Производя выстрелы, артиллеристы открывают рты — эта предосторожность нужна, чтобы не повредить барабанные перепонки. Звуковые волны могут распространяться только в веществе, поэтому в космическом пространстве, как известно, звуков нет. Единица звукового давления — децибел. Например, 30 децибел — это тиканье настенных часов, а 120 дБ — болевой порог звука: отбойный молоток, близкий раскат грома или же музыкальный инструмент чемпионата мира по футболу в ЮАР — дудящая в метре от уха вувузела.

Нейтрино

Элементарные частицы нейтрино возникают при ядерных реакциях. Каждую секунду через каждый сантиметр нашего тела проходят примерно 60 миллиардов нейтрино, излучённых Солнцем. Это одно из самых обыденных излучений, с которыми мы сталкиваемся. Вернее, не сталкиваемся — нейтрино очень плохо взаимодействуют с атомами обычного вещества. Мы для них прозрачны. Они для нас безвредны.

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №4 (6) за апрель 2015 г.

Подписаться на «Кота Шрёдингера»