Текст книги "Юный техник, 2006 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Корабль-дрель готовится сделать первый укол

Впервые в истории науки ученые намерены пробурить земную кору до самой мантии. Именно для этого в Японии спроектировано и построено уникальное специализированное судно – корабль-дрель Chikyu («Земля»), водоизмещением 57 500 тонн и стоимостью 535 миллионов долларов. Какие открытия ожидают исследователи от его применения?

Глубинные недра Земли давно привлекают внимание ученых разных стран. Непревзойденным мировым достижением, занесенным в Книгу рекордов Гиннесса, сегодня остается скважина глубиной 12 262 метра. Ее бурение было начато в 1970 году на Кольском полуострове, неподалеку от города Заполярного, буровой установкой «Уралмаш-15000» и специальным технологическим инструментом. Однако на 13-м километре исследователи были вынуждены остановиться, так и не пробуравив земную кору, поскольку по существу потеряли управление над инструментом, и скважина пошла не вглубь, а в сторону.

Тогда международная бригада исследователей решила провести очередное глубинное бурение на океанском дне, где толщина земной коры намного тоньше, чем на материке. Руководят этой программой Япония и США, участвуют Китай и 12 стран Европейского союза. Новое судно Chikyu, созданное для этой цели, намного превосходит возможности своего предшественника – корабля Joides Resolution, который бурил дно в районе острова Ванкувер (Тихий океан) несколько лет тому назад. Однако тогда исследователям так и не удалось пробиться сквозь земную кору.

Корабль Chikyuоснащен сверхмощным сверлом, способным просверлить Землю на глубину почти 7 км – именно на такой глубине, по расчетам ученых, земная кора граничит с расплавленной мантией.

В начале 2006 года корабль вышел в море и добрался до точки, выбранной в качестве исходного пункта для первого эксперимента. Это место находится в 600 км к юго-западу от Токио, в зоне так называемой субдукции, где одна литосферная плита уходит под другую.

Как сообщил журналистам представитель японского Центра глубинного исследования Земли Дзюн Фукутоми, проходка 7-километровой скважины займет около года. И все это время судно должно покоиться строго на одном месте, отслеживая свое положение с помощью системы GPS и сети акустических датчиков, установленных на дне.

Судно Chikyuпомимо использования техники, применяемой при подводном нефтегазовом бурении, оснащено целым рядом новейших устройств, которые обеспечат полную устойчивость научно-исследовательского корабля во время вибрации работающих буров и морской качки. Кроме того, предусмотрена специальная защита на случай, если во время бурения из скважины внезапно забьет нефтяной или газовый фонтан.

Ученые надеются, что вместе с собранными образцами мантии и земной коры они получат в свои руки микроорганизмы периода рождения Земли. Поднятые же из глубин кусочки «тела» нашей планеты позволят многое узнать и о том, какой была в прошлом окружающая ее среда, составить научно обоснованный климатический прогноз на будущее, а также, возможно, прояснят тайну возникновения жизни на нашей планете. Важнейшей задачей станет изучение тектонической плиты у побережья Японии, на которую ныне приходится четверть всех происходящих в мире землетрясений, и составление сейсмологического календаря на ближайшие десятилетия.

Схема бурения.

На схеме показаны отдельные узлы и устройства уникального корабля-бурильщика. Цифрами обозначены:

_{1– бурильная установка, способная вести работу до глубины 10 км; 2– динамическая система позиционирования, способная долгое время удерживать корабль в одной точке, несмотря на морское волнение;  3– труба большого диаметра соединяет судно с буровой скважиной, обеспечивая перекачивание обработанной породы и гашение вибраций, возникающих при бурении; 4– устройство для герметизации скважины от выброса нефти или раскаленной породы; 5– сверлильный бур с алмазными коронками.}

Инициаторы проекта, конечно, надеются на его успех. Однако кое-кто из экспертов, помня о предпринятых ранее попытках глубоководного бурения, опасается, что и эта окажется безуспешной. «Наша живая планета всегда сопротивлялась подобному вмешательству, – говорят они. – Подобные эксперименты очень опасны. Мантия Земли предельно энергонасыщенна, и результатом бурения может стать рукотворный вулкан, последствия извержения которого могут оказаться непредсказуемы»… И ту защиту, которая предусмотрена на случай выброса нефти или горячей породы, они считают недостаточной.

С. СЛАВИН

Кстати…

ЖИВАЯ ЗЕМЛЯ?!

Вспомните, что случилось, когда профессор Челленджер попытался разбудить Землю! Она восприняла проникновение его бура, как многие из нас воспринимают укол. Низкий рев пронесся над просторами, и буровую вышку смело, словно ураганом.

Так, по словам Конан Дойла, оправдалась концепция, согласно которой планета наша «представляет живой организм, обладающий кровеносной системой, дыхательными путями и нервной системой…».

Конечно, сейчас никто всерьез не ждет, что в результате сверхглубокого укола сквозь «кожу» нашей планеты бур зацепит ее за живое, как то произошло в фантастическом рассказе «Когда земля вскрикнет». Тем не менее, долгое время вообще мало кто думал, что научно-фантастический рассказ известного всем Конан Дойла надо воспринимать как своего рода пророчество. Даже после того, как В.И.Вернадский опубликовал свое учение о биосфере, многие продолжали воспринимать пашу планету не более чем огромную горную глыбу, но отнюдь не как живое существо.

Лишь, в 1972 году нашелся смельчак, который во всеуслышанье объявил, что список известных науке животных надо непременно дополнить. Свое почетное место в нем – наряду с бабочками, шмелями и зайцами должна занять и сама Земля! Да, вся огромная наша планета со всем, что на ней и в ней есть, была объявлена живым существом, резвящимся не в горах и лесах, а в бескрайней космической пустыне.

«Земля, гласило новое откровение, является матерью всего живого, что питает, защищает и пестует бессчетных своих отпрысков. Мы все – ее дети и потому братья друг другу».

Более того, все части Земли автор этой идеи уподобил органам живого тела. В этом умозрительно оживающем существе, классифицированном как Гея (так он переименовал Землю, дав ей имя греческой богини), роль сердца играет раскаленное земное ядро. Желудком Геи являются ее океаны, скелетом твердые горные породы, легкими – рыхлая почва. Вулканы, столь досаждающие людям, превратились в вены, по которым, как кровь, снует лава. Атмосфера защищает Гею от внешних воздействий, как нас – кожа.

Мы, люди, тоже стали частью этого планетарного симбиоза камня и плоти, слившего воедино любое дыхание и всякую твердь. Человечество – мозг этого громадного биогеологического организма. Впрочем, мозг этот, к сожалению, имеет разум беспечный и недальновидный; ныне он губит мать Землю и вместе с ней самое себя.

«Впервые я подумал об этом, – писал автор данной гипотезы, британский геолог и геохимик Джеймс Лавлок, – когда занимался поиском жизни на других планетах».

Естественно, Д.Лавлок поначалу был попросту высмеян так называемыми серьезными учеными. Тридцать лет назад его идея действительно казалось странной и ненаучной. Но времена меняются, и новое поколение «серьезных ученых» занимается рассуждениями на тему «Проблема гипотетического существования Геи как единого планетарного организма».

Так что, быть может, первый выход в море корабля-дрели может все же обернуться и совсем уж неожиданными открытиями?..

Д.Лавлоксчитает: Земля – живое существо.

КСТАТИ…
Вход в другие измерения в Антарктиде?

Для того чтобы, доказать существование иных измерений, ученые решили поставить два эксперимента, которые можно смело назвать грандиозными.

Один из них готовится в Антарктиде. Здесь под ледяной толщей установлены датчики, с помощью которых ученые хотят доказать как справедливость теории cyперструн, так и то, что другие измерения все-таки существуют.

На рисунке показана примерная схема детектора нейтрино в Антарктиде. Цифрами обозначены:

_{1– датчики на поверхности льда; 2– замороженные в ледовой толще 80 соединительных кабелей, в каждом из которых расположены 60 фотодетекторов; 3– ледяная глыба объемом 1 куб. км, с основанием, находящимся на глубине 1400 м, призвана отсекать посторонние сигналы; 4– высокоэнергетические нейтрино без труда пронижут ледовую толщу и вызовут внутри льда голубоватое свечение; 5– фото детекторы, которые должны обнаружить излучение.}

«Дополнительные измерения необычайно малы – гораздо меньше размеров атома, – говорят ученые. – Иначе бы мы уже их нашли». И потому они пытаются обнаружить дополнительные измерения по косвенным признакам, так сказать, по их следам. Если они и в самом деле существуют, то они должны порождать целую плеяду частиц очень большой массы – так называемых частиц Калуцы – Клейна, которые образуются при переходе волновых полей элементарных частиц в другие измерения.

Опираясь на эти предположения, Константин Матчев из Университета штата Флорида в Гейнсвиле и его коллеги Синь Чиа Ченг из Университета штата Чикаго и Джонатан Фенг из Университета штата Калифорния в Ирвине утверждают: приборы, предназначенные для изучения событий в глубинах космоса, помогут обнаружить признаки этих необычных частиц и на Земле.

Один из таких приборов – нейтринный телескоп AMANDA (от английского Antarctic Muon and Neutrino Detector Array– Антарктический датчик мюонов и нейтрино) – состоит из цепочек приемников, размещенных во льдах Антарктиды на глубине более одного километра. Он регистрирует космические нейтрино частицы без заряда и массы.

Частицы Калуцы – Клейна должны порождать высокоэнергетические нейтрино, взаимодействуя с античастицами, уверены Матчев и его коллеги. Дело в том, что, по идее, масса частиц Калуцы – Клейна в 1000 раз больше массы протона. Значит, энергия испускаемых этими частицами нейтрино должна быть примерно в 1 млн. раз больше, чем у нейтрино, которые вылетают из недр Солнца. Потому, если теория суперструн верна и дополнительные измерения существуют, то телескоп AMANDA и его усовершенствованная модификация ICECUBE должны зарегистрировать потоки высокоэнергетических нейтрино, исходящие из центра Галактики, Солнца или из ядра Земли.

Второй эксперимент по обнаружению дополнительных измерений разрабатывается в самом центре Европы, в знаменитом Европейском центре ядерных исследований (CERN) в Женеве. Здесь в 2007 году должен вступить в строй мощный ускоритель Large Hadron Collider.

По материалам журнала New Scientist

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Рассыпчатая Вселенная

Все мы время от времени смотрим на часы, не зная, что такое время. Мы знаем свой собственный вес, по при этом абсолютно не представляем себе, что такое гравитация. И пока мы не разберемся, как «устроены», из чего состоят эти физические величины, и не найдем их взаимосвязь, – а физики уверены, что она существует, – нам не удастся до конца понять тот мир, в котором мы живем.

Главная же сложность – квантовая механика, считают сегодня физики, способна описать все устройство мира. Но что это может быть за мир, в котором нет места едва ли не главнейшим понятиям физики – времени и силе тяжести? А ввести их в уравнения квантовой механики так же невозможно, как принять аналоговый сигнал на цифровой телевизор. Ведь в квантовой механике нет понятия «больше» или «меньше», она оперирует, как понятно из названия, квантами, долями чего-либо. А потому мы пока не знаем, как устроены черные дыры, что такое темная материя, почему произошел Большой взрыв, да и был ли он вообще.

Очередную попытку понять «что есть что» предпринял недавно американский физик-теоретик, профессор Ли Смолин, известный своими оригинальными теориями, суждениями и моделями. Несколько лет назад он, напомним, предпринял попытку создать модель Вселенной с помощью стальных колечек, на которых обычно вешают ковры и портьеры. Получившаяся «кольчуга», похоже, натолкнула его на новую мысль. Вот что он пишет в статье, опубликованной журналом Scientific American.

Кванты космоса

Древние греки считали, что жизнь человека представляет собой волшебную нить, которую прядут античные богини. Оборвалась нить, закончилась и жизнь…

Те же античные философы полагали, что такая нить, как и любая иная материя, может состоять из крошечных волокон, а те, в свою очередь, из частиц, которые они называли атомами. Точно так же Смолин полагает, что существуют некоторые атомы пространства-времени. И все изменения в природе происходят крошечными скачками, или, как говорят ученые, квантованы.

Вспомним, вода в океан падает отдельными каплями дождя. А если мы возьмем одну каплю, то при помощи современной аппаратуры сможем убедиться, что и она, эта капелька, состоит из отдельных «кирпичиков» – молекул Н ₂О. Да и вообще, согласно теории Смолина и его коллег со странным названием «петлевая квантовая гравитация» (ПКГ), получается, что пространство и время состоят из неких дискретных частей-кусочков – своеобразных пазлов.

Теоретики плетут «петли»

Повторим еще раз: ранее при расчетах предполагалось, что геометрия пространства непрерывна независимо от того, насколько детально мы исследуем ее. Но точно так же, повторим, люди рассматривали вещество до открытия молекул и атомов. Теперь мы знаем: дробить крупинку вещества бесконечно нельзя – когда вещества остается меньше молекулы, оно теряет свои свойства. И современные исследователи решили отказаться от концепции непрерывного пространства, предположив, что оно все-таки дискретно.

Теоретики разработали математический язык, который позволил провести нужные вычисления. К их восторгу, расчеты показали, что пространство действительно квантовано. Так были заложены основы теории петлевой квантовой гравитации.

Кстати, сам термин «петлевая» был введен из-за того, что в некоторых вычислениях использовались модели маленьких петель, выделенные в пространстве-времени. Теперь, согласно этой теории, пространство подобно атомам: числа, получаемые при измерении объема, образуют дискретный набор, то есть объем изменяется отдельными порциями. Время тоже дискретно. Оно не течет, как река, а как бы сыплется отдельными песчинками песочных часов. Величина этих «песчинок» примерно равна времени Планка, или 10 ^-43с.

Практика теории

Итак, появилась еще одна гипотеза. Но сколь она жизнеспособна? Хорошей проверкой для петлевой квантовой гравитации оказалась одна из давнишних загадок о термодинамике черных дыр, и в особенности об их энтропии – то есть рассеивании ими энергии.

Оказалось, что, несмотря на распространенное мнение, будто черные дыры никогда ничего не отдают обратно (что в дыру попало, то навек пропало), в 1970 году физик Якоб Бекенштейн вывел: энтропия черной дыры пропорциональна ее поверхности. А затем это подтвердил Стивен Хокинг, сказав, что в некоторых условиях черные дыры способны даже излучать энергию.

«Анализируя энтропию соответствующих квантовых состояний, мы получаем в точности предсказание Бекенштейна, – пишет Ли Смолин. – С таким же успехом наша теория не только воспроизводит предсказание Хокинга об излучении черной дыры, но и позволяет описать его тонкую структуру»…

Тем не менее, теоретики сознают, что любая экспериментальная проверка теории петлевой квантовой гравитации сопряжена с колоссальными техническими трудностями. Характерные эффекты, описываемые ПКГ, становятся существенными только в масштабе длины Планка. А это на 16 порядков меньше, чем можно исследовать на самых современных ускорителях.

Впрочем, теория петлевой квантовой гравитации уже сегодня заставила исследователей по-новому взглянуть на происхождение Вселенной. В соответствии с общей теорией относительности, в истории мироздания был самый первый, нулевой момент времени – именно тогда произошел Большой взрыв. Однако это предположение не согласуется с квантовой физикой. Расчеты же, проведенные Мартином Боджовальдом на основании теории ПКГ, показывают: Большой взрыв фактически был Большим отскоком, так как до него Вселенная уже существовала, но почему-то быстро сжималась до некой критической величины. И нам с вами, возможно, посчастливится узнать, что происходило до Большого взрыва.

Публикацию подготовил С. НИКОЛАЕВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

НЕ ВЕРЬТЕ ТВ!Исследователи Великобритании решили выяснить, почему современным тинейджерам перестали нравиться ученые. Они не поленились опросить 11 000 учеников в возрасте от 11 до 15 лет и выяснили следующее. В глазах 70 % опрошенных типичный ученый – это престарелый чудак, который плохо одет и невпопад отвечает на вопросы окружающих. Таким обычно рисует ученого мужа современное телевидение и кино. При этом как-то совершенно забылось, что на самом деле большинство замечательных открытий и изобретений в истории человечества сделано людьми моложе тридцати лет. Причем значительная их часть – девушки и молодые женщины.

РАНЬШЕ ЧЕРЕП БЫЛ БОЛЬШЕ.Такое сенсационное открытие сделал американский профессор Спенсер Ларсен. Обмерив несколько сот черепов из раскопок, он пришел к заключению, что за последние 10 тысяч лет люди потеряли около трети объема своей головы; при этом соответственно сократилась и площадь лица.

«Раньше нашим пращурам приходилось обходиться простой и грубой пищей, для пережевывания которой требовались мощные челюсти и большие зубы, – утверждает ученый. – И тогда так называемые зубы мудрости были у всех, а сейчас они вырастают лишь у половины населения планеты»…

С улучшением питания произошло уменьшение челюстей и подбородка, что и привело к сокращению общего объема головы. К счастью, эти изменения не коснулись теменной части черепа; объем мозга, напротив, у людей постепенно растет.

НУ, ПОЧЕМУ ТЫ ТАКОЙ ЛЕНИВЫЙ?! Теперь на этот весьма распространенный вопрос есть научный ответ. И даже в трех вариантах. Так, британские ученые пришли к заключению, что желание ничего не делать возникает у человека в результате недостатка мелатонина в его организме. Восполнить его можно с помощью солнечных ванн.

А вот французы пришли к заключению, что ленью можно… заразиться, словно гриппом! Ими открыт особый вирус, который в тяжелых случаях приводит к так называемому синдрому хронической усталости, когда человеку даже с кровати встать тяжело, не говоря уж о какой-то деятельности. Наконец, наши российские специалисты полагают, что лень – это естественная защита организма от перегрузки. Если вам что-то очень уж не хочется делать, то и не делайте, советуют они. По крайней мере, сейчас, сию минуту. Сначала отдохните, а уж потом – за дело!

ПОЧЕМУ ПУЗЫРИТСЯ ВСЕЛЕННАЯ?Огромный пузырь из галактического водорода обнаружен американскими астрономами в 20 тысячах световых лет от Земли. По своим размерам он в миллион раз превышает Солнечную систему. Ученые предполагают, что образовался пузырь в результате нескольких взрывов сверхновых звезд, но не могут понять, по каким причинам произошли сами эти взрывы…

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Олимпийские крыши

С 9 июня по 9 июля, как известно, в ФРГ пройдет очередной чемпионат мира по футболу. Для этих соревнований в 12 городах Германии были отстроены заново или кардинально модернизированы 12 стадионов.

Здесь мы расскажем о некоторых из них.

Главная «изюминка» каждого стадиона – особая крыша. Во всей дюжине не найти и двух одинаковых. Так, например, в Ганновере поле и 44 652 зрителя защитит от дождя свободно лежащая шатровая конструкция с прозрачной пленкой. Стадион в Нюрнберге получил жесткую 8-угольную крышу и новые осветительные мачты. А ромбовидная оболочка мюнхенского стадиона свободно пропускает свет и очень красиво выглядит в сумерки.

Система несущей конструкции в Штутгарте базируется на принципе лежащего колеса со спицами. Франкфуртский же стадион не случайно называют «крупнейшим кабриолетом мира». Новейшая шатровая конструкция может открываться и закрываться в считаные минуты.

Но наиболее интересна, пожалуй, конструкция стадиона в Гельзенкирхене. Здесь «Арена ауф Шальке» приняла первых болельщиков еще летом 2002 года. И теперь в распоряжении спортсменов и болельщиков оказался самый современный и оригинальный стадион на 53 804 зрителя. Спортивная арена стоимостью около 180 млн. евро вобрала в себя самые последние достижения технической мысли. Стеклянная раздвижная крыша позволяет трансформировать ее в гигантский крытый концертный зал, в котором, помимо спортивных состязаний, проходят выступления популярных исполнителей.

Чудом современной техники можно назвать и установленный на стадионе самый большой в мире видеомонитор площадью 35 кв. м., который позволяет сидящим на дальних трибунах зрителям «приблизиться» к месту событий и но смотреть повтор наиболее острых эпизодов игры.

Но главная достопримечательность проекта – зеленый газон с натуральной травой. А поскольку внутри стадиона траве недостает воздуха и солнечного света, то газон хранят… под открытым небом. Лишь за несколько часов до начала матча поле вкатывают под крышу стадиона.

Так теперь выглядят стадионы в Нюрнберге, Штутгарте, Мюнхене, Ганновере и Гельзенкирхене (сверху вниз).

Подвижная зеленая лужайка покоится на 400 бетонных блоках весом 28 тонн каждый. Конструкция общим весом 11,8 тыс. тонн с помощью мощных гидравлических устройств перемещается по 16 рельсовым путям. А на улице, где «загорала» травка, на время матча освобождается место под автомобильную парковку. Кстати, этот рецепт оздоровления газона неплохо было бы перенять и нам. Ведь не секрет, что Лужники крупнейший стадион страны – из-за ошибок в проектировании не имеет нормального зеленого газона, и футболисты вынуждены играть на искусственном покрытии. А если учесть, что правила FIFA запрещают проводить на таком покрытии сколько-нибудь ответственные матчи, то получается, что самый большой стадион страны превратился по сути в тренировочный манеж.

С. ВЕТРОВ

Кстати

ПРОЧНЫЙ И ТОЧНЫЙ…

Для очередного чемпионата фирма Adidas приготовила и новый мяч. Впервые новый мяч состоит из 14 панелей сложной формы – 6 «пропеллеров» и 8 «турбин (см. рис.).

«Такая форма панелей появилась в результате специальных разработок, – пояснил дизайнер мяча Скотт Томлинсон, – что позволило уменьшить количество угловых стыков, повысило прочность мяча. А специальное прозрачное покрытие улучшило его аэродинамику и точность ударов».

В последний момент создатели мяча по указанию FIFA отказались от заключения в оболочку мяча специального микрочипа, который бы давал возможность точно сказать, пересек мяч линию ворот или нет. Эта новинка, наверное, будет опробовала на следующем чемпионате. Во всяком случае, применение электроники в соревнованиях юниоров себя вполне оправдало. Судейские ошибки сократились до минимума.

Схема устройства полого мяча. Цифрами обозначены:

_{1 – прозрачный слой; 2– детали новой формы позволили уменьшить количество швов; 3– каркас высокой прочности; 4– технология склейки делает мяч водонепроницаемым.}