Текст книги "Юный техник, 2009 № 03"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ПАТЕНТЫ ОТОВСЮДУ
Энергия «ниоткуда», или почти вечные источники и двигатели

Мы уже рассказывали (см., например, «ЮТ» № 8 и 10 за 2008 г.) о том, какими хитроумными или, напротив, неожиданно простыми способами современные изобретатели научились получать энергию почти что ниоткуда. Как оказалось, мы перечислили далеко не все способы. Вот какие интересные факты собрал по нашей просьбе патентовед Алексей ДРОЗДОВ.

Небесные электростанции

Разработчики во главе с известным нидерландским физиком и астронавтом Ваббо Окелсом, профессором Политехнического университета Делфта, предложили использовать для генерации электроэнергии кайты, поднятые на большую высоту.

Кайтами, как известно, называются особые воздушные змеи типа «летающее крыло». Обычно спортсмены используют их как некое тяговое устройство, чтобы скользить по воде или по снегу на досках для серфинга.

Нидерландские же ученые нашли кайту еще одну работу. Недавно они продемонстрировали оригинальную энергетическую установку, запустив кайт площадью 10 кв. м, который вырабатывал в полете 10 кВт энергии, что вполне достаточно для обеспечения электричеством жителей десятка коттеджей.

В следующий раз они обещают запустить в небо уже 50-киловаттную конструкцию, названную Laddermill(«Лестница-мельница»). Ну а конечной своей целью ученые видят создание целой системы из множества кайтов, способной вырабатывать до 100 МВт.

В полете такой «энергокайт» использует силу ветра, чтобы автоматически подниматься и опускаться, приводя в движение струны, натянутые между ним и расположенным на земле генератором. Произведенная таким образом энергия, по подсчетам авторов, вдвое ниже, чем у стандартных ветряных турбин.

Еще одно преимущество кайтов – возможность забираться на большую высоту. Башни современных ветряков имеют высоту не более 80 м; их энергоустановки работают при средней скорости ветра около 5 м/с. Между тем, на высоте порядка 800 м она уже превышает 8 м/с. А поскольку эффективность использования силы ветра пропорциональна кубу его скорости, по отдаче кайты, парящие на этой высоте, могут значительно превосходить наземные ветряки. Вдобавок на больших высотах ветер дует практически постоянно и с одной и той же скоростью.

За счет разницы температур

В декабре 2007 года ученые из Океанографического института Вудс Холл под руководством Дейва Фратантони спустили на воду у Виргинских островов прототип термального глайдера, который курсирует между островами Сент-Томас и Санта-Крус по сей день, пройдя уже тысячи миль. В отличие от обычных, перемещающихся с помощью гребного винта плавсредств, этот корабль движется благодаря изменению своей плавучести – он то погружается в глубины, то поднимается на поверхность. Подъем обеспечивают его крылья, а горизонтальные перемещения – вертикальный хвостовой «плавник» и руль. Управление судном осуществляется с берега с использованием системы GPS.

Термальный глайдер потому так называется, что черпает энергию для своего движения из разницы температур и плотностей океанической воды на разной глубине.

Собственная плавучесть глайдера близка к нулю. Поэтому, когда он находится близ поверхности, теплая вода разогревает особый воск в трубках. Этот воск расширяется, превращая таким образом тепловую энергию и механическую, которая выталкивает воду, находящуюся в особом резервуаре внутри корабля, через сопло наружу. Получив таким образом реактивный импульс, глайдер погружается в глубину, где температура воды ниже, а ее плотность больше. Воск застывает, и глайдер, имеющий чуть меньший удельный вес, чем окружающая среда, поднимается к поверхности. И все начинается сначала.

«Нынешняя экспедиция – это тест-драйв, позволяющий выяснить недостатки и преимущества подобной конструкции, – говорят ученые. – Кроме того, она имеет и исследовательскую цель, поскольку судно-робот попутно собирает данные о вращении потоков воды в воронках, которыми изобилует море у Виргинских островов»…

Термальные глайдеры готовят к плаванью.

Гравитационное электричество

Говорят, этот уникальный торшер под названием Gravia, для работы которого не нужны ни электрическая сеть, ни аккумуляторные батареи, вскоре появится в продаже. Светится Graviaза счет действия гравитационных сил, что позволяет лампе работать в любом месте и в любое время.

Конструкцию торшера придумал выпускник Вирджинского политехнического института Клэй Моултон. Основные элементы Gravia– это генератор и стержень, по которому в вертикальном направлении перемещается довольно массивный груз. Для того чтобы «включить» лампу, нужно просто поднять «гирю» вверх, после чего в дело вступает сила тяжести. Медленно перемещаясь по стержню, груз раскручивает ротор генератора, питающего десяток экономичных светодиодов.

Внешне торшер напоминает цилиндр высотой около 1,2 м, боковые стенки которого выполнены из прозрачного акрила. Благодаря такой «уловке» удалось добиться свечения практически всей поверхности лампы, а не только той ее части, в которой размещены светодиоды. Причем по мере эксплуатации лампы акрил будет стареть и превращаться в своеобразный «фильтр», блокирующий часть спектра, соответствующую синему цвету. В результате свет лампы будет становиться все более естественным, близким к солнечному свету.

Graviaспособна выдавать световой поток в 600–800 люмен в течение 4 часов. То есть интенсивность освещения примерно такая, какую дает обычная лампа накаливания мощностью 40 Вт. После этого нужно будет снова поднять груз в верхнее положение.

Моултон утверждает, что срок службы механизма Graviaоколо 10 лет при практически круглосуточной работе.

Гравитационная лампа.

Ток при трении

Интересную статью опубликовали недавно ученые из Технологического института Джорджии в Атланте. В работе описывается ткань, нити которой способны вырабатывать электричество. Если из такой ткани сшить одежду, то надевший ее человек при движении превратится в своего рода электрогенератор, способный подзаряжать аккумулятор мобильника, плеера и другой электроники.

Суть явления такова. Наногенератор использует уникальные свойства оксида цинка, который одновременно является полупроводником и пьезоэлектриком. Из оксида цинка вокруг обычных кевларовых нитей ученые научились выращивать густую «шубу» из нановолокон диаметром 50 – 200 нм и длиной 3–4 мкм. После этого достаточно ворсинки другой нити покрыть тонким слоем золота, сплести ее с первой, подсоединить к их концам проводники – и наногенератор готов.

Контакт между золотым покрытием ворсинок одной нити и ворсинками из оксида цинка другой образует диод, пропускающий ток только в одном направлении. А когда вплетенная в ткань пара нитей трется друг о друга, ворсинки изгибаются и на них, благодаря пьезоэффекту в оксиде цинка, образуются электрические заряды, которые через диод попадают во внешнюю цепь. Одна ворсинка способна выдать до 45 мВ напряжения, но суммарное напряжение многих миллионов ворсинок может достигнуть нескольких вольт, необходимых для питания мобильных устройств. По расчетам, один квадратный метр такой ткани сможет вырабатывать до 80 мВт.

Впрочем, пока эксперименты проводились лишь с парой нитей длиной всего несколько миллиметров. И над тем, как обеспечить надежные электрические соединения тысяч таких нитей в ткани, исследователям еще предстоит поломать голову.

Другая проблема заключается в том, что оксид цинка боится сырости и вряд ли выдержит стирку. Так что одежду или придется делать одноразовой, или придумать какую-то гидрозащиту нановолокон.

Теперь и при трении получают ток.

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Зазеркалье существует!

К такому неожиданному выводу пришла недавно международная группа ученых, в которую вошли американские физики Дзундао Ли и Чженьмин Янг, а также российские академики Лев Окунь, Игорь Кобзарев и Исаак Померанчук.

Отправной же точкой для исследований послужило вот что…

Странная Вселенная

Мы имеем представление о строении всего лишь 5 % Вселенной – того, что видим невооруженным или вооруженным приборами глазом. Остальные же 95 % полны неизвестности. Из них, как оказалось, примерно 70 % от полной массы Вселенной приходятся на так называемую темную энергию и еще 25 % – на темную материю.

Что это такое? У ученых пока есть лишь несколько предположений. Суть одного из них, в частности, состоит в том, что темная материя – это нечто вроде зеркального мира или Зазеркалья.

Концепция Зазеркалья на сегодняшний день такова.

Поначалу теоретики полагали, что по законам симметрии, кроме материи, в мире может существовать и антиматерия. В начале XX века английским теоретиком Полем Дираком была теоретически предсказана первая античастица – позитрон. А в 1932 году ее существование подтвердил эксперимент – американский астрофизик К.Д. Андерсон обнаружил позитроны в составе космических лучей. По своим основным характеристикам – величине, массе и т. д. – позитрон тождественен электрону, только электрический заряд имеет не отрицательный, а положительный. При взаимодействии электрона с позитроном или иной частицы с античастицей происходит взрывная реакция аннигиляции, при которой вся материя переходит в излучение.

Работами нобелевских лауреатов по физике за 2008 год Йоичиро Намбу, Макото Кобаяси и Тосихидэ Маскавы, а также их коллег было показано, что при рождении нашей Вселенной закон симметрии был несколько нарушен, в результате чего в нашем мире оказалось материи больше, чем антиматерии (подробности см. в «ЮТ» № 1 за 2008 г.).

Однако, кроме частиц и античастиц, согласно последним представлениям ученых, в мире существуют и зеркальные частицы иного рода. Посмотрите на себя в зеркало. Отражение в нем очень похоже на вас. Но есть и различия: пробор на голове не слева, а справа, и причесывается ваш антипод не правой, а левой рукой… Возможно, аналогичные зеркальные частицы, которые чуть-чуть, но отличаются от привычных нам частиц, существуют и в природе, предполагают некоторые исследователи. Во всяком случае, такой вывод можно сделать из закона суперсимметрии. Вот эти самые зеркальные частицы, а также состоящие из них небесные тела и составляют основную массу темной материи.

Согласно этой гипотезе, зеркальные частицы практически не взаимодействуют с обычными. А потому во Вселенной вполне могут существовать зеркальные атомы, электроны, протоны, фотоны – все виды зеркальных частиц. Могут быть также зеркальные галактики, звезды, планеты… И там тоже существует, вероятно, своя разумная жизнь.

Обмен информацией между двумя мирами – нашим и зеркальным ему – может осуществляться лишь с помощью сил гравитации, полагают ученые. Примерно так же, как в нашем мире связь на дальних расстояниях ведется с помощью радиоволн, так и информационный контакт между двумя мирами может поддерживаться с помощью гравитационных волн. И чтобы узнать, существуют ли такие волны, предсказанные теорией, на самом деле, в нашем мире уже запущены первые гравитационно-волновые телескопы.

Неизвестные частицы

Кроме того, в Зазеркалье могут, наверное, существовать и такие элементарные частицы, которых мы в нашем мире пока не обнаружили. Первый намек на их существование ученые уже получили. Так, весной 2008 года были опубликованы результаты многолетних исследований, проведенных на нейтринных телескопах в Альпах, где вырыты пещеры, в которых стоят датчики. Горная толща в полтора километра загораживает их от проникновения космического излучения, и лишь самые энергичные частицы, типа нейтрино, которые способны пронизать насквозь даже весь земной шар, регистрируются подобными установками.

Так вот, одна из установок, которая носит несколько экзотическое название «Дама», уже 7 лет периодически регистрирует следы проникновения в подземный бункер неких частиц совершенно особого рода. Они меняют темп своего появления с периодом ровно в год. И когда физики сопоставили сезоны их появления с вращением Земли вокруг Солнца, то обнаружилось нечто поразительное.

Как известно, Солнце вращается вокруг центра галактики, а Земля вокруг Солнца. Но вот на что обратили внимание исследователи: в тот момент, когда направление движения Земли вокруг Солнца и направление движения нашего светила вокруг центра галактики совпадают, в пещере регистрируется наибольшее количество частиц. А когда векторы движения направлены в противоположные стороны, частиц в пещере обнаруживается лишь минимум.

С чем это связано, толком опять-таки пока никто не знает. Есть лишь некоторые предположения. Так согласно одному из них именно в моменты совпадения направления движений Солнца и нашей планеты ворота в Зазеркалье приоткрываются шире. А сами обнаруженные частицы, по мнению некоторых весьма авторитетных ученых, в частности академика Н.С. Кардашева, являются ядрами атомов зеркального мира.

Впрочем, не исключен и вариант, что следы в подземельях Альп оставили и просто еще неизвестные нам элементарные частицы не зеркального, а нашего мира. Ученые надеются, что обнаружить их в земных условиях поможет большой андронный суперколлайдер, который недавно был запущен там же, на границе Швейцарии и Франции.

И это еще не все…

Параллельные миры

По современным понятиям, кроме нашей Вселенной, имеющей три пространственных измерения плюс временную составляющую, должны существовать вселенные с иными числом измерений. И если их, этих измерений, больше четырех, то мы, по идее, можем заметить их существование при условии, если они отбрасывают некую тень на наш четырехмерный мир.

Как это может выглядеть, можно понять при помощи следующей аналогии. Человек, как известно, существо – трехмерное, а если еще учесть, что все мы меняемся еще и со временем, то четырех мерное. А вот тень, отбрасываемая человеком в солнечный день, плоская, всего лишь двумерная. И какие-нибудь двумерные существа смогут судить о нашем существовании лишь по этой самой тени. И если солнце зайдет за тучу, то они могут подумать, что исчезли мы сами…

Так и во многомерном мире. Мимо нас могут носиться космолеты иных цивилизаций, а мы, что называется, их в упор не замечаем. Или воспринимаем их как НЛО, когда они отбрасывают «тень» на наш мир…

Еще одна возможность незаметного сосуществования других миров вместе с нашим – иные их размеры. Ведь люди долго не подозревали, что вокруг них существует еще огромное сообщество микробов и вирусов, потому что не было микроскопов и иных инструментов для их обнаружения. Потом, с помощью ускорителей, мы обнаружили еще и существование мира элементарных частиц. Но конец ли это линейке деления?..

Во всяком случае, еще в начале XX века два наших выдающихся теоретика А.А. Фридман и А.А. Марков предположили, что вполне могут существовать целые вселенные микроскопических по нашим понятиям размеров.

А поэт В. Брюсов выразил эту мысль так:

 
Быть может, эти электроны —
Миры, где пять материков,
Искусство, знанья, воины, троны
И память сорока веков…
 

Незаметно для нас и течение жизни в ином временном диапазоне, чем наш. Скажем, в состоянии ли мы заметить какие-то изменения в мире, где тысяча лет то же, что для нас тысячная доля секунды?..

Как полагают многие серьезные ученые, все эти многочисленные локальные миры, составляющие Большую Вселенную, должны быть каким-то образом взаимосвязаны между собой. Вот самый простой и наглядный способ представить себе эту взаимосвязь. На каждой странице книги описан какой-то свой, особый мир. Но его обитатели понятия не имеют, что написано на противоположной стороне того же листа. Между тем все листы связаны между собой общим корешком.

В общем случае, многомерные вселенные, согласно гипотезе, связаны друг с другом так называемыми топологическими туннелями. Иначе их еще называют «кротовыми норами» или «мостами Эйнштейна – Розена», поскольку их существование предсказывали Альберт Эйнштейн и его ученик Натан Розен.

С точки зрения наблюдателя, горловина такого туннеля не что иное, как некий объект, притягивающий к себе материю из окружающего пространства сильным гравитационным полем. Черная дыра как раз и есть такой объект: она втягивает в себя все, что ни окажется поблизости, даже свет. Ну, а коль есть вход, то должен быть и выход. Иначе куда девается вся поглощенная материя? И вполне может оказаться, что выход этот расположен даже не в другой галактике, а в иной вселенной.

«Собственно, речь идет в каждом случае, как я думаю, о двух туннелях с двумя горловинами, которые обеспечивают перемещение в прямом и обратном направлении из нашей Вселенной в другую ее часть или в другую вселенную, – говорит по этом поводу академик Н.С. Кардашев. – Система «кротовых нор» может использоваться в Большой Вселенной как Интернет, как метро, как машина времени, которые позволяют организовать связь и контакты между цивилизациями любого уровня».

Недавно Николай Кардашев вместе с профессором Игорем Новиковым экспериментально подтвердили возможность входа в «кротовые норы», так сказать, в лабораторных условиях. Ну, а как теперь добраться до «моста Эйнштейна – Розена» в природе?..

В поиск внеземных цивилизаций необходимо включить специальные работы с целью обнаружения входов в эти космические туннели и усилить исследования возможных источников излучения из окрестностей «нор», полагают наши ученые. И ныне они пытаются обнаружить хотя бы один вход в «кротовую нору». Есть подозрение, что самые массивные черные дыры – в миллиарды раз большие нашего светила – и являются входами в другие вселенные…

Кто ищет, тот всегда найдет?..

Осталось «всего лишь» отыскать эти самые черные дыры. Этим ученые как раз и занимаются, создавая новое поколение чрезвычайно мощных телескопов. Так, по согласованию между правительствами России и Узбекистана строится уникальный наземный радиотелескоп диаметром 70 м. Он предназначен, в частности, для поиска внеземных цивилизаций SETI (аббревиатура Search for Extraterrestrial Intelligence).

Телескоп будет находиться на Туркестанском хребте, на высокогорном плато Суффа. Это в Северном полушарии. А в Южном найдено замечательное место в Чили, в пустыне Атакама, где на высоте 5 км над уровнем моря строится еще один огромный радиотелескоп.

Идет работа и по проекту «РадиоАстрон». Космическая обсерватории с антенной диаметром 10 м предназначена для исследования объектов Вселенной в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн. Причем обсерватория сможет работать и синхронно с наземными установками, что позволит создать радиотелескоп, виртуальная антенна которого будет много больше диаметра Земли.

Эти инструменты позволят нам не только отыскать черные дыры, но и помогут в поисках планетных систем, находящихся в нашей Вселенной. То, что уже сейчас обнаружено около 300 планетных систем и некоторые из них похожи на нашу, а также выявляются космические объекты, где температура и химический состав напоминают земные, – все это позволяет надеяться на скорую возможность обнаружения следов внеземного разума.

Причем нам особенно интересны миры у звезд, возраст которых значительно больше возраста нашего Солнца. Ведь если на подобных планетах есть цивилизации, то очевидно, что они старше нашей, а значит, и больше знают и умеют, имеют большие возможности для установления контакта.

Таким образом, теоретические разработки астрофизиков и практические шаги по созданию новых все более совершенных астрономических инструментов дают возможность полагать, что в XXI столетии мы вступаем в новую эру поиска следов иных цивилизаций.

И кто знает, быть может, уже завтра будут получены первые реальные доказательства того, что мы в Большой Вселенной не одни.

Максим ЯБЛОКОВ

У СОРОКИ НА XBOCTЕ

ЧТО ОБЕЩАЮТ «РАЗВЕДЧИКИ БУДУЩЕГО»? Как мы будем питаться, одеваться, жить через 10, 15, 20 лет? Предугадать это стараются «агентства стиля», сотрудники которых стремятся уловить, предвосхитить и спрогнозировать будущие веяния моды.

Все четыре компании, которые занимаются прогнозированием моды, находятся в Париже, но их сотрудники постоянно колесят по всему миру и повсюду наблюдают за манерами, привычками стремящихся к новому молодых людей. Фиксируя их стремления, «разведчики будущего» стараются выявить основные тенденции развития моды.

Вернувшись в Париж, они обобщают собранные впечатления. В итоге каждый год агентства издают 13 томов отчетов, в которых описывается, какими будут через несколько лет самые популярные цвета и материалы, косметика и аксессуары, мода и дизайн. Прогнозы сотрудников агентств сопровождаются комментариями социологов и философов, которые обосновывают все это со своих позиций.

Что же обещают нам предсказатели моды? Если верить им, то излюбленным местом в квартире вскоре станет ванная комната, в одежде будет заметно влияние легенд и сказок, компьютер окончательно вытеснит из быта телевизор, а «экологическим» вскоре будет считаться синий – цвет воды и неба; он заменит нынешний зеленый.

Что же касается питания, то вполне возможно, что в будущем мы будем есть, например, джем из помидоров и мороженое «яичница с беконом». Такие блюда создает серьезная наука – молекулярная кулинария, родоначальником которой считается французский химик Эрве Тис, руководитель лаборатории в Сорбонне. Здесь изучают продукты на уровне молекул, определяют температуру приготовления с точностью до десятой доли градуса, а порции – до грамма.

Молекулярные повара уже открыли немало секретов правильного приготовления пищи. Скажем, они предлагают готовить мясо при температуре не выше 75 °C, тогда как традиционная кухня советует сильно его обжаривать, чтобы сохранился сок. Правда, приготовление при пониженной температуре требует нескольких часов, но утверждают, что результат того стоит, поскольку мясо тогда сохраняет максимум питательных веществ, полезных для организма.

СООБРАЗИТЕЛЬНЫЕ СЛОНЫ. Африканские слоны еще раз продемонстрировали людям, что их сообразительность достойна похвалы. Съемочной группе ВВС, снимавшей фильм в пустыне Намиб, на территории Намибии, удалось запечатлеть удивительные кадры.

Съемочная группа стала свидетелем того, как группа слонов, после посещения ранним утром водопоя в пустыне, направилась в горы на поиски еды. На самой вершине горного хребта в полдень жара достигла 45 градусов по Цельсию. И тогда выяснилось, что слоны не просто напились у водоема, а еще и набрали воду в запас. Когда стало жарко, они принялись экономно поливать себя из хоботов, а потом подставляли влажные участки кожи ветру, эффективно охлаждая тело.