Текст книги "Чердак. Только физика, только хардкор!"

Автор книги: Дмитрий Побединский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 12 страниц)

6.9. Как именно убивает радиация?

Товарищи! Давайте вспомним школьные занятия по ОБЖ. Там было м-м-м… что-то про ядерные взрывы, про аварии, первая помощь… Эх, согласитесь, полезная информация, учитывая происшествия Чернобыля, Фукусимы… И пусть мы уже не помним деталей, одно мы усвоили ясно – радиация опасна, и порой даже смертельно!

Но вот интересно, а как именно действует и убивает радиация? Ну то есть, к примеру, пуля-дура и штык-молодец делают дырку в теле. Яд запускает химические реакции по угнетению внутренних органов. Вирусы, бактерии – вообще чужеродные организмы, причиняющие вред телу. Но вот радиация? Каков механизм ее воздействия на человека?

Для начала вспомним, что такое радиация. Вообразим, что мы уменьшимся до размеров в 10000 раз меньше атома! Мы увидим, откуда появляются основные виды радиации – из ядер атомов! Как мы знаем, ядра состоят из протонов и нейтронов. У некоторых элементов их сочетание может быть, мягко говоря, не совсем удачным, отчего ядро нестабильно. В нем есть лишняя энергия, от которой оно норовит избавиться.

И есть несколько способов:

1. Выкинуть небольшой кусочек (два протона, два нейтрона). Это альфа-частица. Ну как выплюнуть, скорость их – десятки тысяч километров в секунду!

2. В ядре нейтрон может превратиться в протон, и наоборот. В результате из ядра вылетает бета-частица – электрон или антиэлектрон (такой же электрон, только положительный). Скорость вылета бешеная, вплоть до скорости света.

3. Ядро может просто выплюнуть лишнюю энергию в виде электромагнитной волны, наподобие света, ультрафиолета или рентгена. Это гамма-частица. Движется она со скоростью света.

Это, пожалуй, самые аутентичные виды радиации. Ядра могут излучать нейтроны, протоны, разваливаться на куски. Также частицы могут прилетать из космоса, появляться в ускорителях и других приборах. Но, несмотря на различия в происхождении и структуре, действуют все эти излучения на организм одинаково! Самое главное, что это поток частиц с огромной скоростью и энергией.

Воздействие радиации на человека похоже на снежный ком. Все начинается с малого, но потом последствия изменений растут и растут, пока не приведут к необратимым последствиям. Так что можно выделить несколько стадий.

1. Атомарный уровень. Итак, частицы радиации летят быстрее любых пуль! Настолько быстро, что выбивают электроны из атомов. Электрон отрицательно заряжен, соответственно при его потере атом становится положительным ионом. Вот и все! Вот все, что делает радиация! Из-за этого ее еще называют ионизирующим излучением.

2. Молекулярный уровень. Но потом свободный электрон и ионизированный атом практически сразу участвуют в сложной цепи реакций, в которых могут появляться очень химически активные молекулы, как так называемые «свободные радикалы». Ну вот, например, человек на 80 % состоит из воды. Под воздействием радиации молекула распадается на два радикала H и ОН. Уже становится опаснее, ведь лишние непонятные молекулы в клетке – явно не к добру…

3. Клеточный уровень. Эти свободные радикалы активно вступают в реакцию с важными, биологическими молекулами: ДНК, белками, жирами, ферментами. Молекулы повреждаются, из них часто образуются токсины. В итоге нарушается функционирование клетки в целом, обмен веществ, и через какое-то время она погибает. Но даже если она сильная духом, богатырь, и держится до последнего, все равно обречена! Ведь ДНК нарушена, гены мутировали, и теряется возможность нормального деления клетки. И это, пожалуй, самое опасное в радиации.

4. Уровень организма. При большой дозе излучения пострадавших клеток может быть настолько много, что отказывают целые органы и системы в организме. Наиболее подвержены радиации ткани, где идет активное деление клеток: костный мозг, который вырабатывает кровь, слизистая желудка, которая разъедается кислотой и вынуждена регенерироваться, и так далее. Кстати, раковые клетки тоже активно делятся, один из способов лечения – облучение. Радиоактивный препарат помещают как можно ближе к раковой опухоли и облучают ее сильной дозой.

Так что, подводя итог, можно сказать – радиация действует на организм на самом малом масштабе структур человеческого тела. Это как будто вы штурмуете крепостную стену. Только обстреливаете ее не большими ядрами, а маленькими, маленькими пульками. Эти пульки приносят ничтожный урон, и повреждения легко залатать. Однако если пулек очень-очень много, то и повреждения будут заделываться абы как.

В итоге стена станет хрупкой и рано или поздно развалится.

Но вот скрыться от радиации никогда не получится. Она преследует нас повсюду, ведь атомы любого вещества имеют радиоактивные изотопы! Изотопы – это вещества, у которых одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов в ядре. Вот из-за дисбаланса по составу ядра могут быть нестабильными. Все вокруг нас чуть-чуть радиоактивно: ноутбуки, тетради, яблоки, бананы, да даже сами люди. В человеке, например, каждую секунду происходит около 8000 радиоактивных распадов!

Другое дело – интенсивность излучения. Само по себе излучение обычных предметов слабое и безвредное. В процессе эволюции мы успешно приспособились к такому фоновому излучению и опасности оно не представляет. Фоновая радиация вполне могла быть движителем эволюции. Возможно, именно благодаря этому гены мутировали таким образом, что получились мы с вами такие вот классные!

Так как же защититься от излишней дозы? У радиации нет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Единственное наше оружие – знание! Так что, как говорится, Praemonitus – praemunitus – предупрежден, значит вооружен.

7. Техника

7.1. Как обмануть сканер в аэропорту?

Думаю, все уже привыкли, что на страже порядка в аэропортах работают суперсовременные сканеры тела, которые могут увидеть все, что находится под вашей одеждой. Однако в 2012 году американец Джон Корбетт, автор блога «Выньте Администрацию Транспортной Безопасности из наших штанов», просто взорвал интернет своим видео. На нем он проносит в кармане через такой сканер металлическую коробочку, в которой легко могли поместиться наркотики, оружие или, например, контрабанда польской бижутерии!

Так что современные технологии еще можно обвести вокруг пальца. Но интересно, как это можно сделать? Сразу скажем, что эти наблюдения основываются только на принципе действия аппаратуры, никогда не проверялись на практике и имеют чисто умозрительный характер.

Итак, сканеры бывают для багажа и тела.

Давайте сначала обсудим первые.

Багажные сканеры

Такие приборы называют интроскопами. Они используют рентгеновское излучение, которое являются теми же электромагнитными волнами, что и свет, только в тысячи раз мельче, и от этого злее, агрессивней и энергичней. Некоторые материалы практически беспрепятственно пропускают это излучение, некоторые чуть задерживают. Так мы можем увидеть контуры объектов разной плотности.

Надо сразу сказать: не пытайтесь обмануть такой сканер, придавая незаконному грузу безобидные очертания. Дело в том, что ослабление излучения происходит при взаимодействии с электронами в атомах. А их количество варьируется в зависимости от элемента, поэтому интроскопы могут определить не только контуры и плотность материала, но и его приблизительный химический состав. Различные элементы подкрашиваются разными цветами, поэтому на изображении хорошо различимы органика, взрывчатка, наркотики, пластик, металл. Так что если вы провозите пластмассовый пистолет, то вас никто останавливать не будет. Но если вы попробуете замаскировать, например, пластид под шоколадку, это сразу заметят.

Слабое место интроскопов – геометрические особенности сканирования. Оно происходит в одной плоскости при движении багажа по ленте. Так что предметы, параллельные этой плоскости, будет сложно распознать. Но в последних моделях сканирование производится в нескольких плоскостях, и этот фокус сейчас уже почти нигде не проходит. Так что, если уж вы решились на такое, распиливайте все на мелкие кусочки, в надежде на то, что оператор их не заметит.

Металлоискатели

Что касается суперсовременных сканеров тела человека, прежде чем до них добраться, вы должны пройти через рамку металлодетектора. И вот его обмануть не так-то просто. Или?..

В таких рамках создается переменное магнитное поле, и из-за него абсолютно во всех металлах возникают слабые электрические токи. Поэтому предметы сами становятся источниками магнитного поля, которое и улавливает детектор. Магнитное поле нельзя ничем экранировать, оно проникает сквозь любые вещества, кроме сверхпроводников. Они обладают нулевым сопротивлением, и в них поле не проникает, так что металл, закутанный в сверхпроводник, будет невидим для металлодетектора. Единственная проблема – такое состояние достигается при очень низких температурах, не выше –140 ℃. Так что, если хотите обмануть металлодетектор, будьте добры, захватите с собой баллон жидкого азота для охлаждения.

Сканеры на обратном рассеянии

Ну и наконец, о сканерах для человека. Их существует два типа. Первый – основанный на обратном отражении рентгеновского излучения.

Да-да, именно так. Все-таки дозу радиации в аэропорту вы можете схлопотать. Однако не переживайте, мощность этого рентгена очень-очень слабенькая. В дальнейшем полете на высоте 10 000 метров вы получите дозу в сотни раз большую.

Основаны эти сканеры на том, что рентгеновское излучение может не только пронизывать тела насквозь, но и отражаться. Этот эффект называют комптоновским рассеянием, и происходит он на свободных электронах. Но разве в нашем теле они свободные?

Дело в том, что в легких атомах нашей кожи электроны слабо притягиваются к ядру, поэтому их отчасти можно назвать свободными, от них отражаются рентгеновские лучи. А вот от металлов отражение слабое, так как ядра сильней притягивают электроны. Если зарегистрировать отраженное излучение, то кожа будет выглядеть светлой, а металл и остальное пространство будет черным, ведь оттуда не приходит отраженное излучение. Поэтому все металлические предметы, расположенные в боковых карманах, будут сливаться с фоном и их невозможно обнаружить. Так что, если вас не попросят повернуться боком к сканеру, у вас есть все шансы пронести что-нибудь металлическое незамеченным. Именно это и сделал Джон Корбетт.

Микроволновые сканеры

Второй тип сканеров – микроволновые. Они представляют собой две рамки, которые вращаются вокруг вас. В них расположены излучатели миллиметровых волн, наподобие радиоволн мобильных телефонов, wi-fi. Частота этих волн подобрана так, что они беспрепятственно проходят через одежду, но отражаются от поверхности кожи и металлических предметов.

Сканер формирует трехмерное изображение поверхности тела человека. Однако нужно понимать, что оно одноцветное. Такой сканер не видит особых отличий между металлом, неметаллом, кожей и прочей органикой. Так что замаскировать какой-то запрещенный объект, пожалуй, не составляет труда. Лишь бы маскировка была по форме человеческого тела и хорошо отражала миллиметровые волны.

Этические соображения

После введения таких сканеров многие, мягко говоря, удивились. Действительно, это прямо находка для извращенцев, потому что человек действительно виден голым на изображениях. Так что в современных моделях сканеров настоящее изображение обрабатывается программно, а оператор видит только лишь рисунок человечка. Если программа обнаруживает угрозу, она подсвечивает ее в соответствующем месте на картинке.

В заключение скажем, что, хотя некоторые типы сканеров можно обмануть, безопасность в аэропорту обеспечивается целым комплексом мер – видеокамеры, кинологи, психологи, которые наблюдают за поведением пассажиров. Так что обманывать придется не только сканер.

7.2. Следят ли за нами по GPS?

Во всех фильмах про шпионов у спецслужб есть суперспособность – они могут буквально за секунды найти любого человека на планете, где бы он ни находился. В самых крутых фильмах этого человека в режиме реального времени можно увидеть со спутника.

Конечно, это все фильмы, байки… Ну а вдруг нет? Следят ли за нами спецслужбы, и если да, то как это делают?

Устройство GPS

Сразу скажем: использовать для этого только навигационные системы не получится. Дело в том, что спутники не принимают никаких сигналов. Они словно меланхоличные маяки вращаются в пустыне космоса вокруг Земли и безропотно отправляют на Землю сигналы, а навигатор так же послушно их принимает. Навигатор не отправляет ничего в космос, поэтому найти так человека просто невозможно.

Но как тогда работает эта система? В ее основе лежит бесхитростный принцип. Представьте себе, что вы находитесь на огромной шахматной доске с завязанными глазами. Вам нужно определить ваши координаты. Вы знаете, что в двух углах доски стоят звуковые генераторы, которые издают сигнал каждую секунду, а на руках у вас часы, которые вибрируют тоже каждую секунду. Вибрации часов и звук генераторов синхронизированы. Но вы же знаете, что звук движется с определенной скоростью и приходит к вам с отставанием. Так что по задержке сигнала вы сможете определить сначала расстояние до одного источника. Тогда ваше местоположение будет точно на окружности определенного радиуса от источника. Потом вычислите расстояние до другого источника, и на пересечении окружностей и будет ваше место.

Таким же образом работает любая навигационная система. Только это происходит в трехмерном пространстве, вместо звуковых используются радиоволны, и передатчики для синхронизации используют атомные часы. В остальном все очень похоже. Это по-прежнему определение расстояний до спутников и нахождение себя на пересечении теперь уже сфер, а не окружностей.

Как видите, проследить за кем-то по GPS просто невозможно. Другое дело сотовые сети. Как раз они настроены на взаимную передачу информации, поэтому с легкостью пересылают координаты абонента куда следует и не следует.

Геостационарная орбита

Хорошо, скажете вы. Если я не буду пользоваться мобильным телефоном, могу ли я надеяться на то, что меня невозможно будет засечь из космоса? В принципе да, но… не хочется врать, но опасения по этому поводу уже есть. То есть сюжеты из фильмов, когда перемещения преступника отслеживают со спутника в режиме реального времени – не такие уж и сказки.

Сейчас уже практически вся поверхность Земли сфотографирована спутниками вдоль и поперек, и места свободного не осталось. Но нужно понимать, что все это спутники на низкой околоземной орбите, ведь нам же нужно достаточно хорошее пространственное разрешение. Но вот период вращения спутника зависит от высоты, и как бы мы ни старались, низко над Землей мы спутник не повесим. Например, на высоте 500 км период обращения около двух часов. То есть спутник не сможет следить в режиме реального времени, он скорее скроется за горизонтом.

Чтобы спутник висел над поверхностью, единственно возможный вариант – поместить его на геостационарную орбиту. Она находится на высоте 36000 км над Землей (это в три раза больше диаметра Земли, на секундочку) и в плоскости экватора. Там период обращения – ровно сутки, так что спутники движутся синхронно с Землей, поэтому получается, что они словно зависают над поверхностью.

На данный момент геостационарная орбита – пожалуй, самая востребованная, она просто утыкана тьмой спутников связи, вещания, коммуникаций и т. д. Например, все спутниковые тарелки телевидения направлены именно на геостационарные спутники, а так как они находятся в плоскости экватора, то получается, в России все тарелки смотрят практически на юг. Так что, если вы заблудились в городе и вам нужно сориентироваться по сторонам света, не ищите мох на деревьях, просто посмотрите на тарелки!

Уже есть проекты запустить на такую орбиту спутники, представляющие из себя огромные телескопы, с диаметром зеркала больше, чем у Хаббла. Это позволит получать изображение с разрешением 3 метра в режиме онлайн. Конечно, отдельных людей пока видно не будет, но автомобили и прочие виды транспорта уже никак не смогут скрыться от такой слежки.

Но и тут Россия выделилась. Это одна из самых северных стран, поэтому из плоскости экватора у нас все будет видно под углом и система будет работать не в полной мере. Так что, скорее всего, будут развиваться уже существующие методы: камеры наблюдения на улицах, GPS-трекинг, слежение по мобильнику и так далее.

Будет ли так? Будет ли большой брат всюду следить за нами? Или уже следит? Сложно сказать. Единственная защита от этого – знания. Быть в курсе развития современных технологий и геополитической ситуации – хорошее средство не застать вас врасплох.

7.3. Как устроено 3D в кинотеатре?

Современные фильмы невозможно представить без эффекта 3D. Как же работает эта технология, насколько она сложна? Для начала стоит разобраться, как человек видит трехмерную картинку. В этом нам поможет подушка.

Объемное изображение

Когда вы ложитесь спать, посмотрите левым глазом на край подушки, потом правым. Вы заметите, что она скачет! Связано это с тем, что глаза у нас находятся на небольшом расстоянии, поэтому взаимное расположение близких и дальних объектов для левого и правого глаза отличается. Получается, каждый глаз видит разную картинку, по этой разнице мозг определяет расстояние до объектов и создает объем.

3D-фильмы снимают двумя камерами. Затем проецируют сразу два изображения на экран. Одно для левого глаза, другое для правого. Сложность только в том, как же их разделить, ведь без очков вы реально будете видеть двоящуюся картинку. Сейчас практически везде для этого используют так называемые поляризаторы.

Поляризаторы

Дело в том, что они очень необычно взаимодействуют со светом. Ведь свет – это электромагнитная волна, а раз это волна, в ней происходят колебания. И они могут происходить по вертикали, или горизонтали, или вообще как-то под наклоном, в любой плоскости. Грубо говоря, световой луч – это не как тонкая макаронина, а как плоская лапша, плоскость которой может быть повернута как угодно.

Свет, испускаемый Солнцем, лампой, пламенем, состоит из лучей, плоскость колебаний которых направлена как угодно. Но поляризатор пропускает только, например, лучи с вертикальной плоскостью колебаний. Это словно фильтр, образная решетка, через которую проходит только половина света. После него свет поляризован вертикально. Самое интересное начинается, если мы возьмем второй поляризатор. Если он тоже пропускает волны с вертикальными колебаниями, то ничего особенного, поляризованный свет будет спокойно проходить через него. Но стоит его повернуть на 90 градусов, и он задержит весь свет, ведь теперь он пропускает горизонтальные волны, которых не осталось после первого поляризатора.

Схема в кино

Это и используется в кинотеатре. Картинка для левого глаза, например, поляризована вертикально, для правого – горизонтально. Делается это просто: перед объективами устанавливаются соответствующие поляризаторы. И стекла в очках сделаны из поляризаторов, поэтому пропускают только лучи своей картинки и задерживают лучи не своей. Поэтому каждый глаз и видит разное изображение, а не их смесь (любую из двух картинок можно взять). И если эти картинки сняты двумя камерами, получается иллюзия объема. Сейчас есть и более сложные схемы, с круговой поляризацией, но по сути принцип тот же.

Мониторы

Поляризаторы – это удивительная вещь. ЖК-мониторы, дисплеи часов, калькуляторов, тамагочи без них никак не обходятся. Ведь экран устроен как сэндвич: два поляризатора, между которыми находятся пиксели с жидкими кристаллами. Допустим, оба поляризатора пропускают свет одной плоскости поляризации. Есть моменты, когда кристаллы беспрепятственно пропускают свет, поэтому он проходит через оба поляризатора и пиксель прозрачный. А есть моменты, когда жидкие кристаллы поворачивают плоскость поляризации на 90 градусов, поэтому, пройдя через один поляризатор, через другой он уже не проходит, пиксель темный. Регулировать степень поворота и, соответственно, прозрачность пикселя можно напряжением на нем. Остается сделать сзади подсветку, тогда у нас и появится диапазон яркостей от светлого до темного.

Внутренние напряжения

Свет поворачивают не только жидкие кристаллы, но и другие вещества – пластик, стекло, полиэтилен. Достаточно скрестить два поляризатора так, чтобы свет не проходил через них, а потом между ними поместить этот предмет. Тогда свет поворачивается и проходит сквозь этот сэндвич. Дело в том, что когда этот предмет изготавливают, отливают из расплавленной вязкой массы, она застывает так, что внутри нее остаются какие-то напряжения, застывшие деформации. И именно от степени этих напряжений зависит, насколько сильно повернется свет. То есть по сути мы видим внутреннюю структуру вещества, которую невозможно увидеть невооруженным взглядом. Цвета радуги появляются из-за того, что степень поворота зависит еще и от частоты света.

Отраженный свет всегда поляризован!

И есть еще одно интересное незамысловатое применение поляризаторов. Это просто солнцезащитные очки. Оказывается, отраженный свет всегда поляризован. Степень поляризации зависит от угла падения, но это не принципиально. Так вот, поляризационные солнцезащитные очки, помимо того, что затемняют всю картинку, еще и отфильтровывают блики, которые сильно поляризованы. Обратите внимание на поверхность воды, лобовые стекла машин, асфальт. Они становятся относительно темнее через поляризатор. Этим пользуются и фотографы. У многих из них есть в арсенале такой прием: ведь, убрав блики, можно добиться определенной чистоты картинки или нового эффекта.