Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 22 страниц)

Обет безбрачия

Феромон – это химическое вещество, выделяемое одним организмом и стимулирующее специфическую ответную реакцию другого. Это своеобразный язык запахов, и такие общественные насекомые, как муравьи, всю жизнь живут по феромонной подсказке своих сородичей. У многих существ (насекомых, мышей, крыс) брачные ритуалы начинаются с выделения особого феромона, привлекающего особей противоположного пола. Здесь-то Дедал и усмотрел основу для реализации своего губительного замысла. Биологи фирмы КОШМАР разрабатывают новые приманки для крыс и мышей, содержащие вещества, которые подавляют синтез феромонов или изменяют их структуру, так что несчастные грызуны теряют запахи, привлекающие их друг к другу. Ничто более не будет пробуждать их брачные инстинкты, и они будут обречены на вымирание.

Химическая сторона дела здесь довольно проста. Согласно одной из теорий, запах вещества связан с определенными частотами молекулярных колебаний. А эти частоты зависят от масс атомов, составляющих молекулу. Поэтому замена некоторых атомов на другие изотопы того же элемента (химически идентичные, но обладающие иной атомной массой) приведет к сдвигу частоты молекулярных колебаний и соответственно к изменению запаха вещества. Сообщалось, что в одной из американских лабораторий ядерных исследований живет «тяжелый пес» – его поят тяжелой водой и кормят «тяжелой» пищей, так что весь обычный водород в его организме замещен тяжелым изотопом водорода – дейтерием. Дедал хотел бы поинтересоваться у американцев, привлекает ли запах этого пса нормальных собак. Если нет, то можно было бы выпустить «тяжелое» печенье и кормить им собак в период течки – это избавило бы их от преследования со стороны дворовых псов. Аналогично действовало бы изотопное средство против грызунов. Если же изотопное замещение не дает желаемых результатов, то придется разработать более сложный химический метод дезактивации феромонов.

Некоторые биологи фирмы КОШМАР полагают, что проще (и гуманнее) было бы добиться того, чтобы измененный запах оказался привлекательным для особей другого вида и тем самым стимулировал бы непродуктивное межвидовое скрещивание. Хорошо, что «химия отношений» у человека гораздо сложнее, чем, скажем, у грызунов, – иначе фирма КОШМАР со свойственной ей безудержной активностью взялась бы за разрешение проблемы перенаселения на земном шаре.

New Scientist, February 26, 1976

Из записной книжки Дедала

Хорошее изложение теории, объясняющей запах молекулярными колебаниями, можно найти в статье Р. Райта и Дж. Бранда (Nature, 239, 1972, р. 225–226). Авторы выделили феромон опасности у красных муравьев и методом ИК-спектроскопии измерили частоты его молекулярных колебаний. Затем они подобрали другие вещества, также вызывающие тревогу среди муравьев, и обнаружили, что наиболее эффективными оказались те из них, у которых частоты молекулярных колебаний приходились на те же области спектра, т.е. 330 см^-1, 433 см^-1, 484 ± 5 см^-1; 1 см^-1 = 30 ГГц.

К сожалению, замещение водорода дейтерием в этих органических молекулах, хотя и легко осуществимо, но, по всей видимости, мало скажется на столь низких частотах. Более надежный, но и более сложный в химическом отношении способ проверки нашей гипотезы состоял бы в замене обычного углерода С¹² на С¹³ (что понизило бы частоту соответствующих молекулярных колебаний на 4%) или на С¹⁴ (что привело бы к понижению частоты на 8%, но сделало бы феромон весьма радиоактивным).

Неизотопный метод дезактивации феромонов. Вероятно, феромоны, стимулирующие брачные инстинкты, гораздо более специфичны, чем муравьиные феромоны тревоги, так что даже близкие им по химическому составу вещества не производят соответствующего эффекта. Если, например, две линии мышей эволюционируют в различные виды, то на каком-то этапе эволюции скрещивание между ними начинает давать нежизнеспособные особи. На этом этапе возникают мощные стимулы, которые приводят к выработке сильно различающихся брачных ритуалов, что предотвращает непродуктивное скрещивание. Если феромоны действительно играют важную роль в скрещивании, то следовало бы ожидать, что та или иная из эволюционирующих линий на этом этапе должна изменить свой феромонный «призывный код».

Чем более специфичен феромон данной линии, тем меньше он нуждается в изменении. Теперь у двух расходящихся линий будут различные, но очень близкие по составу феромоны, и каждый вид сохранит способность производить феромоны, свойственные другому виду. Поэтому есть надежда, что относительно слабое химическое вмешательство может привести к возобновлению производства прежних феромонов и тем самым стимулировать непродуктивное межвидовое скрещивание.

Гремит музыка боевая…

Со смешанным чувством Дедал вспоминает свою неудавшуюся попытку сорвать унылый вечер органной музыки, подбросив кусок сухого льда в воздушные мехи органа. Диверсия основывалась на том простом соображении, что более тяжелый, чем воздух, углекислый газ, попадая в органные трубы, изменял бы высоту их звучания на незначительную, но меняющуюся величину, так что звучание инструмента стало бы похожим на завывание испорченного пружинного граммофона. В дальнейшем, размышляя над своей неудавшейся эскападой, Дедал решил поставить этот принцип на службу Евтерпе (музе мелодии). Прежде всего он усмотрел здесь способ расширить диапазон человеческого голоса. Оперная дива, стоящая перед нотным пюпитром, в котором замаскирован миниатюрный газопровод, могла бы, вдыхая соответствующую газовую смесь, свободно переходить от глубочайших басов к фальцету. Дыхательные смеси на основе гелия и фреонов безвредны для человека, а их плотности изменяются в широком интервале. Однако из-за случайного сквозняка певица рискует пустить досадного «петуха», поэтому Дедал предпочел заняться конструированием музыкальных инструментов. Изобретенный им «пикнофон» внешне напоминает флейту, к которой от нескольких газовых баллонов протянуты шланги, оканчивающиеся тромбонными клапанами. Большое разнообразие используемых газов откроет для исполнителя широкий выбор тональностей и тембров звучания.

Еще более привлекательна идея соединить музыкальный инструмент с газовым хроматографом – прибором, разделяющим газы путем пропускания смеси сквозь трубку с сухим поглотителем. Пикнофон, подсоединенный к выходу газового хроматографа, будет проигрывать различные мелодии в зависимости от последовательности выходящих из хроматографа газов. Возможности этого замечательного аналога старинной музыкальной шкатулки зависят только от изобретательности химиков. Какая-нибудь фирма «Газовая гармония» могла бы выпускать баллончики с этикетками «Голубой Дунай», «Янки-дудл», «Родина, милая родина», что даст возможность прослушивать любимые мелодии на бытовых хроматопикнофонах.

New Scientist, April 18, 1968

Комментарий Дедала

Идея создания хроматопикнофона оказалась не такой новой, как я предполагал. Газовые хроматографы, регистрирующие изменение тона ультразвукового свистка, помещенного у выходного отверстия, были описаны еще в 60-х годах. Однако мои предложения по части музыкальных инструментов не остались без внимания. В 70-е годы по крайней мере на одном концерте был использован гелий для создания у солиста искусственного фальцета. В 1980 г. Д. Давенпорт и др. (Chemical Technology, Dec. 1980, р, 774) описали пикнофон и указали, в какой последовательности нужно пропускать газы для исполнения звуков стандартной музыкальной гаммы.

Оправившись от приступа смеха, вызванного сообщением американского диктора об «истэрическом» заявлении президента, Дедал почувствовал необходимость создания машины, которая переводила бы не с одного языка на другой, а играла бы роль переводчика между разными диалектами одного и того же языка. Даже эта сравнительно простая задача предполагает использование микрофонов, сложных электронных схем, осуществляющих разложение звуков на гармонические составляющие, требует применения линий задержки – в общем всего комплекса средств современной электроники. Дедал, однако, вспоминает, как странно звучит наш собственный голос в магнитофонной записи по сравнению с тем, как мы воспринимаем его «естественное» звучание. Дедал полагает, что различные варианты английского произношения отличаются друг от друга в основном тембром и длительностью отдельных звуков. Поэтому Дедал решил сконструировать чисто акустический преобразователь диалектов. Это устройство представляет собой комбинацию звуководов и резонансных полостей, в которых различные частотные составляющие исходного звука по-разному усиливаются, реверберируют или обрезаются. Для нелинейных преобразований применяются язычковые вибраторы, генерирующие дополнительные гармоники, и пневматические логические элементы и усилители, питающиеся от отдельного компрессора. Упорно экспериментируя, мы придем в конце концов к созданию весьма совершенного «лингафона». Помимо входного и выходного рупоров он будет иметь множество клапанов, резонаторов и коленчатых труб, с помощью которых его можно будет настраивать на требуемую пару диалектов.

Лингафон

«Лингафон» станет идеальным средством для двустороннего общения: голос шотландца, говорящего в один рупор, будет выходить из другого, допустим, с техасским акцентом; соответственно будет работать прибор и в обратную сторону. Наконец-то австралиец сможет свободно говорить с пакистанцем, а валлиец с жителем Ямайки. Возможно, «лингафон» позволит даже расшифровать тот непонятный гортанный язык, на котором обычно объявляют остановки в пригородных поездах.

New Scientist, October 10, 1968

Глобальные «землетрясения»

Не существует ли опасность создания так называемого геофизического «оружия» ([4], 163–164, 246)? Если, допустим, все жители КНР разом подпрыгнут, то не произойдет ли землетрясение? Однако, как показывают приближенные расчеты, даже хорошо согласованный прыжок 900 млн. человек эквивалентен взрыву всего лишь 10 т тротила, так что подобный проект едва ли работоспособен. Но, положим, прыжки совершаются не одновременно, а со строго определенной задержкой. Тогда мы получим картину, в точности противоположную той, которая наблюдается при регистрации системой сейсмографов ядерного взрыва. Обычно фронт ударной волны распространяется в земной коре с конечной скоростью, так что сейсмографы регистрируют его в различное время. Представим теперь, что в заранее определенное время каждый сейсмограф излучает импульс. Тогда импульсы от всех сейсмографов образуют ударную волну, сходящуюся в той точке, где должна была бы взорваться бомба. Дедал приходит таким образом к выводу, что китайцы посредством строго скоординированных прыжков могут «подвести» десятитонную «бомбу» под любую точку земной поверхности.

В западном варианте такого «оружия», по-видимому, придется использовать миллионы бетонных блоков, подвешенных по всей территории США и сбрасываемых по команде центрального компьютера, оснащенного сверхточными атомными часами. Дедал рукоплещет «гению» стратегической мысли. Оружию, распределенному на столь большой площади, не страшна потеря большого числа отдельных его элементов. Это оружие также идеально приспособлено для тайных диверсий, и Дедал подозревает, что недавние загадочные крушения арочных мостов – результат сейсмического заговора, направленного на дискредитацию западной техники.

New Scientist, May 17, 1973

Размышляя недавно над формой Земли, Дедал пришел к выводу, что звук должен распространяться вдоль ее круглой поверхности, как в известной «галерее шепотов» ([4], с. 16–17, 171). Любой звук, исходящий из какой-то точки, должен обогнуть Землю и прийти в диаметрально противоположную точку земного шара. Мы не слышим разговоров, происходящих в Новой Зеландии, только потому, что атмосфера простирается на довольно значительную высоту. Звук, исходящий из точки у поверхности Земли, распространяется в виде сферической волны не только во все стороны вдоль поверхности, но и вверх, – поэтому волновой фронт не сходится точно в диаметрально противоположной точке планеты. Но если на всю высоту атмосферы установить вертикальный, длинный и тонкий громкоговоритель, излучающий звук радиально по всей своей длине, то этот звук можно будет принимать на аналогичный по конструкции микрофон, поставленный в диаметрально противоположной точке Земли. Звук придет в эту точку всего через 16 ч, причем подслушивание переговоров исключено: повсюду, за исключением областей вблизи громкоговорителя и микрофона, энергия звуковых колебаний распределена в очень большом объеме воздуха, так что зарегистрировать ее просто невозможно. Для проверки своей идеи Дедал придумал впечатляющий опыт. Привяжем высотный аэростат за длинный бикфордов шнур, воспламеняющийся мгновенно. Как только мы запалим шнур, он взорвётся сразу по всей своей длине и в атмосфере начнет распространяться ударная волна, которая через 16 ч произведет в диаметрально противоположной точке земного шара громовой удар, а возможно, и кое-что пострашнее. Подобный метод диверсии особенно опасен для высотных объектов: телевизионных мачт и башен, небоскребов и т. д. К счастью, вряд ли когда-нибудь удастся изобрести водородную бомбу в палец толщиной и несколько километров длиной. Дедал размышляет также над созданием длинной вакуумной бомбы. Взрыв длинной вакуумной бомбы, вертикально расположенной в атмосфере, создаст волну разрежения, которая, обогнув земной шар со всех сторон, создаст вакуумную область в диаметрально противоположной точке Земли. Попавшие в эту область здания взорвутся изнутри, а вода испарится. Причину столь необычного явления, возможно, будут искать в той термодинамически невероятной случайности, когда молекулы воздуха разом покидают занимаемый ими объем.

New Scientist, October 21, 1976

Лазер-ваятель

Всю неделю Дедал размышляет о новых принципах формовки пластических масс. Многие пластмассы получают из жидкости (мономера), полимеризующейся в твердое состояние под действием ультрафиолетового излучения или даже видимого света. Таким образом, луч лазера, проходя через сосуд с жидким мономером, должен оставлять на своем пути полимеризованную нить. В отделе химической физики фирмы КОШМАР экспериментируют со сложными системами зеркал, расставленных вокруг сосуда с жидким мономером. Многократно отражаясь между зеркалами, луч лазера огибает весь сосуд, где в результате получается хитросплетение полимеризованных волокон. Меняя положение зеркал, можно получить все что угодно – от салфетки для протирания очков до вязаного жилета; при этом не требуется никаких движущихся механических частей. Этот остроумный процесс подвластен неограниченному совершенствованию: например, перемещая луч лазера, можно изготавливать пластмассовые листы и трубы самой сложной формы. Специалисты по ядерной физике фирмы КОШМАР разрабатывают «пластиковую камеру» (по аналогии с пузырьковой камерой для регистрации элементарных частиц), в которой частицы высокой энергии (намного превосходящей энергию УФ-излучения) оставляют след в виде тонкой полимерной линии. Таким образом, исследователь получает не просто фотографию, а трехмерную модель взаимодействия частиц.

Но Дедал неутомимо развивает и совершенствует свое творение. Он подбирает реакции полимеризации, идущие в две стадии, причем катализатором для каждой стадии служит свет определенной длины волны. Тогда полимеризация жидкости в сосуде будет происходить в точке скрещивания лучей двух лазеров с соответствующими длинами волн. Перемещая точку пересечения лучей внутри сосуда, можно получать твердые объекты самой замысловатой формы – даже с самопересекающимися частями, которые нельзя отформовать традиционными способами отливки или штамповки. Тяжелые и дорогостоящие стальные формы отзываются ненужными, и конструкторы получают возможность осуществлять в «лазерной ванне» любые творческие капризы. Использование программно-числового управления позволяет получать нужное количество абсолютно одинаковых предметов – от свитеров, вывязываемых бегущей точкой пересечения лазерных лучей, до садовых скульптур, монолитно полимеризуемых путем сканирования лазерным лучом по всему объему. Этот бесшумный, исключительно гибкий процесс массового производства разнообразных изделий позволяет даже создавать «смешанные» конструкции, – например, опустив пару линз в ванну с мономером и «нарастив» на них оправу, можно изготовить очки. Вообще, весь процесс весьма напоминает рисование веселых объемных «дудлов». Жаль только, что эту процедуру придется проделать в темноте или при специально подобранном монохроматическом освещении, так как под действием света вещество в сосуде быстро затвердевает.

New Scientist, October 3, 1974

Фирма КОШМАР получает предупреждение о нарушении патентного законодательства

Вскоре после опубликования изложенной идеи на страницах журнала фирма КОШМАР получила копию искового заявления. Заявление исходило от Уина Келли Суэйнсона и калифорнийской компании «Формиграфик Энджин» и обращало наше внимание на одни пункт британского патента № 1 240 043, выданного 18 августа 1971 г. г-ну Суэйнсону:

ПУНКТ 2. Метод изготовления трехмерных объектов, состоящий в направлении в объем чувствительной к излучению среды по меньшей мере двух различных пучков излучения, пересечение которых определяет активную зону, причем упомянутая среда включает активные системы, порознь чувствительные к каждому типу излучения таким образом, что возбуждение каждой из них в отдельности не ведет к формированию объекта, тогда как совместное их возбуждение способно оказывать такое действие, и в передвижении пучков излучения внутри упомянутого объема таким образом, что активная зона, перемещаясь внутри объема, формирует внутри материала зону, подвергнутую действию излучения и имеющую вид желаемого объекта, которая сама по себе или после надлежащей обработки дает перманентный объект или его слепок.

Далее в исковом заявлении утверждалось, что «с момента выдачи упомянутого британского патента ответчик рекламировал использование предметов или продуктов, отвечающих описанию и заявкам настоящего британского патента, что является нарушением прав держателя патента». Устрашившись судебного разбирательства, фирма КОШМАР отказалась от своих притязаний и принесла извинения.

Г-н Суэйнсон любезно приложил к письму фотографии объектов, изготовленных описанным образом, а позднее сообщили о дальнейшем развитии своей идеи. К 1978 г. фирма «ОМТЕК Репликейшн» получила американский патент № 4 078 229 на процесс, использующий программно-числовое управление и очень схожий с тем, который предлагал Дедал.

(С разрешения фирмы «ОМТЕК Репликейшн»)

Радиоактивная левитация

Уже сейчас становится ясно, что одна из главнейших проблем ядерной технологии – уничтожение радиоактивных отходов. Эти невероятно опасные вещества стоят особняком в ряду прочих отбросов современного производства: они не подвергаются вторичной переработке и нуждаются в надежной изоляции на столетия, пока их радиоактивность не снизится до приемлемого уровня. Не так давно – вполне в духе фирмы КОШМАР – было выдвинуто предложение направлять радиоактивные отходы в глубь Земли, используя нисходящие конвекционные потоки в мантии планеты. Теперь Дедал предлагает иной и едва ли более технологичный способ расправляться с радиоактивным «мусором» – выбрасывать его в космическое пространство. Для этой цели Дедал изобретает радиоактивную ракету. Многие тяжелые радиоактивные ядра при распаде испускают альфа-частицу, испытывая при этом значительную отдачу. Если бы все альфа-частицы испускались в одном направлении, можно было бы получить постоянную тягу.

Вначале Дедал хотел поместить радиоактивное вещество в магнитное поле, чтобы все ядра ориентировались одинаково, но затем решил, что гораздо проще будет установить экран, позволяющий альфа-частицам вылетать только в одном направлении. По его расчетам, радиоактивное вещество с периодом полураспада меньше суток способно преодолеть земное притяжение! Вещества с более коротким периодом полураспада смогут поднять груз, превышающий их собственный вес. Поэтому специалисты по ядерным реакторам фирмы КОШМАР пытаются установить такой режим работы реактора, который обеспечивал бы получение короткоживущих изотопов в количестве, достаточном, чтобы они могли потянуть за собой все отходы. Масса каждой отдельной ракеты может исчисляться килограммами или даже граммами – расчет не накладывает никаких ограничений на абсолютную массу вещества; эти ракеты будут бесшумно взмывать вверх, унося от реактора свой страшный груз. Чтобы придать проекту законченность, Дедал предлагает направлять эти ракеты иа Солнце. Испускаемые ракетой альфа-частицы, поглощаясь в воздухе, создадут яркий шлейф, но не достигнут поверхности Земли. К сожалению, подобный проект едва ли пригоден для наземного транспорта.

New Scientist, January 7, 1971

Из записной книжки Дедала

Пусть мы имеем М кг радиоактивного изотопа с молярной массой А. Тогда в образце содержится N = MN_A/A атомов, где N_А – число Авогадро. Если период полураспада составляет τ_1/2 с, то число распадов на один атом в 1 с равно ln 2/τ_1/2, а для всей массы М число распадов в секунду составляет n = N×ln2/τ_1/2 = ln2×MN_A/Aτ_1/2.

При каждом распаде вылетает альфа-частица с массой m и энергией Е = mv²/2, импульс которой равен mv = (2Em)^1/2. Путем простого экранирования образца мы можем направить примерно 1/6 импульса вниз, около 1/3 импульса рассеется радиально в стороны, а составляющая импулы а, направленная вверх, будет равна нулю (рис. 1).

Результирующая тяга равна (точка сверху обозначает дифференцирование по времени):

Под действием этой силы масса М получает ускорение:

Учитывая, что N_A = 6,02×10²³ моль^-1, а масса альфа-частицы m = 6,67×10^-27 кг, получим

где k = 8,0×10⁹ кг^1/2/моль.

Альфа-частицы имеют обычно энергию порядка 1 МэВ (1,6×10¹³ Дж). Чтобы наш изотоп взлетел, его ускорение а должно быть больше g. Возьмем какой-нибудь «энергичный» изотоп, например ²⁵⁰Fm: тогда А = 0,250 кг/моль, τ_1/2 = 1800 с, Е = 7,43 МэВ, получаем а = 19 м/с²; для ²⁴⁸Es (А = 0,248 кг/моль, τ_1/2 = 1500 с, Е = 6,87 МэВ) получаем а = 23 м/с². Похоже, что правильно подобранный изотоп не только поднимет собственный вес, но и унесет с собой такое же или даже большее количество других отходов.

Если подать на экран положительный электрический потенциал в несколько MB, чтобы все положительно заряженные частицы (а не 1/6 их числа) отражались от экрана вниз, можно увеличить тягу еще в 6 раз.

Управление полетом. Наиболее очевидное решение – устроить на экране подвижные закрылки, которые перехватывают часть бокового излучения, изменяя тем самым направление результирующего импульса (рис. 2).

Для уменьшения веса аппарата бортовое оборудование следует свести к минимуму и управлять им с Земли. Какой формы должен быть экран, чтобы он прн минимальной массе наиболее эффективно задерживал излучение? Края плоской пластины можно сделать тоньше, поскольку частицы будут пересекать ее под углом (рис. 3).

Можно изготовить защитную оболочку логарифмического профиля, чтобы все альфа-частицы падали на нее под тупым углом (рис. 4).

Дополнительное достоинство такой оболочки состоит в том, что при движении в земной атмосфере дополнительное экранирование будет обеспечивать находящийся в ней воздух.

Выбор траектории. В отличие от обычных ракет радиоактивная ракета создает тягу в течение продолжительного времени, но эта тяга экспоненциально убывает со временем. Однако по мере удаления ракеты от Земли сила земного притяжения уменьшается пропорционально квадрату расстояния, так что потребность в тяге также снижается. Возникает задача найти такое соотношение между этими двумя факторами, при котором ракета сможет уйти в космическое пространство. Например, для изотопа с периодом полураспада 1,5 ч начальная тяга должна превышать начальный вес всего на 7,6%; тогда ракета преодолеет земное притяжение и достигнет в космосе скорости, равной почти 30 км/с.

Комментарий Дедала

Примерно через год после опубликования этой заметки Джеймс Шлезинджер, председатель Комиссии по атомной энергии США, вполне серьезно предложил избавляться от радиоактивных отходов, запуская их при помощи ракет на Солнце. Он ограничивался использованием обычных химических ракет, не подозревая, что отходы могут сами создавать реактивную тягу. Редактор журнала New Scientist, не зная, что эта идея родилась в его собственном издании, высоким стилем раскритиковал проект, назвав его «грудой радиоактивного мусора» (New Scientist, Febr. 10, 1972, p. 307). Но идея не пропала втуне. В 1977 г. Р. Николз писал об этом в редакцию журнала Nature (269, р. 556), а 10 января 1980 г. New Scientist опубликовал сообщение происходившей в Сан-Франциско конференции Американской ассоциации по научному прогрессу, на которой С. Розен высказался в пользу уничтожения ядерных отходов с помощью ракет. Пожалуй, настало время изобретать свинцовый зонтик!