Тёмная ночь. Всё остановилось, будто замерло и ждёт своего часа для пробуждения. Лишь высокие облака, гонимые ветром, плывут по небосводу, олицетворяя непрерывность этого мира. Но такой уж ли он непрерывный каким кажется?
Разобраться в этом нам поможет один занятный палиндром, а точнее число 55. Именно такой порядковый номер цезия. Как вы уже могли догадаться, речь пойдёт об атомных часах. Дело в том, что уже очень давно (более половины века) международная система единиц, известная нам всем как система СИ, установила значение одной секунды времени, как определённое количество периодов электро-магнитного излучения, выделяемого при переходе между двумя сверхтонкими уровнями атома цезия. Если упростить, то суть заключается в том, что изменяя уровень, электрон испускает электро-магнитное излучение, которое и фиксируется. Он делает это очень быстро, для понимания порядка чисел, одна секунда - это около девяти с лишним миллиардов периодов.
Цезий - этакий эталон оценки времени. Точность таких часов такая, что погрешность в одну секунду может быть достигнута только через 70 миллионов лет непрерывной работы. Именно поэтому с помощью этого процесса реализовывается спутниковая навигация, автопилоты, системы глобального позиционирования и т.д.
Справедливо будет отметить, что дискретность измерения вовсе не означает дискретность измеряемого объекта. Тем более, что имеется информация об усовершенствованных методах измерения, использующих алюминий (угадайте порядковый номер). Результативность новых методов повышает точность на порядки. К примеру, погрешность в одну секунду достигается уже не за 70 миллионов лет, а за 3 миллиарда лет. Но даже если точность будет очень высокой, всегда будет оставаться “маленький” шаг, выходящий за рамки возможностей чувствительности измерительного прибора или метода измерения. Допустим, со временем что-то прояснилось. Как быть с материей, пространством?
А теперь разоблачение века) Все помнят этот учебник физики с изображенным на нём атомом. Ядро и вращающиеся по каким-то орбитам электроны. Тут придётся вспомнить Резерфорда, ведь именно он предложил эту модель атома. Но было это в десятых годах двадцатого века, и эта модель не находила подтверждения. Только через двадцать лет учёным удалось получить более точную информацию. Дело в том, что электроны вовсе не вращаются вокруг ядра по орбитам, у них вообще нет орбит, и тем более каких-то траекторий движения. Они просто появляются в определённом “диапазоне”, образуя электронное облако. Участок с наибольшей вероятностью появления электрона называется орбиталью.
Как мы видим, на субатомном уровне частицы демонстрируют дискретную природу. Никаких плавных линий, никаких орбит. Некоторым способностям позавидовал бы даже Гудини. Появиться, исчезнуть, да ещё и так быстро. Никто не знает где ты появишься вновь, куда исчезнешь, а самое главное, никто не догадывается как ты это вообще делаешь?
Немного отвлечёмся, и вспомним основы аналого-цифрового преобразования. Пройдёмся крайне сжато, иначе все нюансы займут очень много времени. Суть заключается в том, что аналоговый (непрерывный) сигнал представляется в виде дискретного, и для этого проходит три основных этапа преобразования. Первым из них является дискретизация, представление аналогового сигнала в виде совокупности его значений, разбитых с определенным интервалом (обратное значение которого является частотой дискретизации). Вторым этапом является квантование, которое предполагает соотношение каждого отдельного значения сигнала определённому уровню шкалы квантования (присваиваем какое-то число из заданного набора). И наконец-то кодирование, что есть представление уровня каждого отдельного значения сигнала в кодированном виде.
Так как мы имеем последовательность чисел, с заранее ограниченными значениями, то представить можем в любом удобном для нас виде, к примеру в двоичной системе счисления. После передачи такого сигнала, его необходимо “собрать” обратно. Для этого используется те же самые этапы в обратной последовательности, но с определёнными условиями. К примеру, для того чтобы собрать дискретизированный сигнал необходимо, чтобы частота дискретизации в два раза (как минимум) превышала ширину полосы частот исходного сигнала. Данное условие определяется теоремой Котельникова, и в случае его невыполнения исходный сигнал просто нельзя будет восстановить.
Это всё увлекательно, но для чего эта информация? Какое отношение она имеет к нашему вопросу? И тут настало время для ночного треша. Всё дело в том, что значительным преимуществом дискретного сигнала перед аналоговым является повышенная помехоустойчивость при его передаче. Ведь намного проще сравнить значение сигнала в заданный момент времени с заранее определенным множеством, чем пытаться передать его точные значения. А если это множество ограничено всего двумя значениями, к примеру единицей и нулём?
Интересно, на каком этапе масштабирования нашего мира он превращается из дискретного в тот, который мы наблюдаем? А что если дело в нас? Скажем прямо, наблюдатель из нас весьма скверный. И дело не только в чувствительности наших органов, но и в восприятии полученной информации. Если бы мы и могли разглядеть атом, то он показался бы нам “смазанным” пятном, или... Есть ли у нашего мира на этом уровне своя “теорема Котельникова”, регламентирующая основные условия для корректной “сборки”?
Но вот он и настал, этот час. Час пробуждения. За окном чистое небо, а в голове всё больше вопросов. Судя по ним, ретроспективная рационализация весьма не плохо скрасила ход наших мыслей)) Формально ночь уже закончилась, поэтому мне остаётся пожелать вам доброго утра и удачного дня. А каким он будет не так уж и важно, в отличие от того, каким мы его запомним.