Szumi morze. Szumią liście. Szum w radio. Szum w telewizorze. Szumi mi w głowie. Szumów wokół nas od metra. Szum może nas usypiać, ale szum może nasz też budzić. Bo szumy bywają różne.
Warto posłuchać:
Szum różowy („flicker”, „1/f”)
Szum czerwony („Brownian”)
Szumią układy półprzewodnikowe. Szumią tranzystory. Elektronicy chcą się szumu pozbyć. Fizyk z otwartą głową zanim szumu się pozbędzie, szumowi się przyjrzy. I tak zrobił mój moskiewski kolega A. G. Parkhomov. Jako fizyk doświadczalnik z tranzystorami miał do czynienia na co dzień. Wiedział, że szumią. Szczególnie te pierwsze, niedoskonałe. Jak ten
Tranzystor wyrzucić? A może zbadać?
Więc zabrał się do rejestracji szumu. Wstawił tranzystor w obwód, wprowadził niezależne zasilanie, zatroszczył się o monitorowanie temperatury zewnętrznej, podłączył do urządzenia zapisującego. I mierzył szum jednego tranzystora przez kilka lat. Raz szumiał bardziej, raz mniej. Poziom i kształt szumu podlegał fluktuacjom. Normalne – powie statystyk. Ale fizyk? Co dla statystyka normalne, dla fizyka normalnie podejrzane.
Szum tranzystora P701A w ciągu trzech dób (góra) i czterech lat. Strzałka pokazuje położenie dolnego fragmentu w całym zapisie. Widać jakby samopodobieństwo: fragment ma wygląd podobny do całości.
Hmmm.... No jest szum. Ale czy z tego szumu można wyłowić jakiś sygnał? A jeśli tak, to jak? A jeśli tak, to jaki?
Poddać szum analizie Fouriera! Poddał. I co? A no nic. Amplituda okazała się w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. To szum typu 1/f. Czym mniejsza częstotliwość składowej harmonicznej, tym większa amplituda.
Parkhomov zapragnął tego szumu posłuchać. Przyrządy-przyrządami, analiza analizą, a ucho-uchem. Problem jednak w tym, że charakterystyczne częstotliwości były znacznie poniżej 1 Hz. A ucho ludzkie tego nie słyszy. Przerobił więc nasz fizyk magnetofon tak, by mógł przyspieszyć odczyt 10,000 razy. Wtedy mógł swój szumiący tranzystor usłyszeć. Zapis z tygodnia przesłuchał w minuty. I co usłyszał?
Jak pisze, usłyszał coś w rodzaju szumu z palącego się ogniska, gdzie płomienie od czasu do czasu aż wyją, palące się drzewo trzeszczy, syczy parująca woda.
W tranzystorze i w płomieniu ogniska jest coś podobnego. I nie są to fizyczne procesy jako takie. Te są całkowicie różne. Jest jednak coś podobnego w ich strukturze. Co to takiego?
To jedno pytanie. Pytanie drugie – powracająca melodia: czy w tym szumie jest jakiś sygnał? Czy jest w nim informacja? A jeśli tak, to informacja o czym?
Żaden KBN czy NSF nie dałby pieniędzy na tak mętnie postawione pytania. Uczony w takich przypadkach zdany jest na samego siebie. Idzie za swoją intuicją, skądkolwiek by się ona nie brała.
Ale o tym już w przyszłej notce.
Komentarze