Помоги проекту - поделись книгой:
Внутри земной коры тоже есть несколько слоев с породами различной плотности и химического состава. Причем в глубине недр расплавленная порода постоянно движется. Перетекая между верхней мантией и переходной зоной на глубине около 400 км, она постепенно меняет свою структуру — расплавляется при движении вниз и отвердевает, подходя к поверхности Земли. Однако на глубине порядка 670 км, на границе между переходной зоной и нижней мантией, ситуация иная. Там в расплавленной породе наблюдается резкий фазовый переход — плотная вязкая порода вверху и более раскаленная мягкая порода внизу. А коль скоро граница имеет ярко выраженную природу, то для перемещения материала из одного слоя в другой нужно значительное количество энергии. Даже жар, поступающий из глубины нижней мантии, задерживается на границе между двумя слоями.
При перегреве же нижней мантии переходная зона теряет стабильность. В результате ей труднее удерживать давящую на нее сверху массу. В конце концов, наступает критический момент, когда в наиболее слабых точках переходной зоны образуются прорывы. А через них из верхней мантии в жидкую магму устремляются холодные и более плотные породы.
Вещество набирает скорость и прошивает пограничный слой насквозь. Оно проникает через нижнюю мантию, как брошенный в воду камень, утверждает Машетель. Потом оно обволакивает ядро, вытесняет более горячий материал, образуя направленные вверх всплески. Всего за 10 млн. лет — а для геологии это мгновения — к центру Земли способен сместиться огромный обломок породы размером с Луну…
И такое смещение может иметь примерно те же последствия, как и удар крупного астероида по внешней части земной оболочки. Планета получит ускорение, подобно фигуристу, который при вращении прижимает руки к телу…
Цифрами обозначено: 1 — кора; 2 — верхняя мантия; 3 — переходная зона; 4 — оторвавшийся кусок.
Итак, вращение нашей планеты не столь уж стабильно, как это полагали еще недавно. К каким выводам приводит это открытие?
По мнению исследователей, неравномерность вращения, смещение жидких масс внутри планеты приводит не только к изменениям длительности суток, но и к покачиваниям оси вращения планеты (этот феномен называется нутацией) и изменениям геомагнитного поля Земли. Магнитные полюса «гуляют» по поверхности планеты и время от времени даже меняются местами — Южный полюс перемещается на север и наоборот. Это не только может сбить с толку перелетных птиц, привыкших руководствоваться в полете показаниями имеющегося в их организме природного «компаса».
Как мы уже писали (см. «ЮТ» № 3 за 2003 г.), в момент переполюсовки естественное магнитное поле перестанет защищать нас от космического излучения, а это чревато излишним облучением. Нарушится также работа систем связи, компьютеров и другого электронного оборудования. Возможно также усиление сейсмической активности планеты…
В общем, низвержение лавины в недрах Земли сулит нам мало приятного. Одно лишь успокаивает: явление это достаточно редкое. Так что пару миллионов лет, чтобы принять меры, в запасе у нас еще есть.
НОВОСТИ НАУКИ
…И полетим на зависть птицам?
Теорией гравитации заведующий лабораторией сейсмометрии Института физики Земли РАН, кандидат физико-математических наук Анатолий Васильевич Рыков занялся почти случайно. В 1989 году к нему в лабораторию зашел один из коллег и стал взахлеб рассказывать о том, какие исследования по этой части ведутся на Западе. Тема заинтересовала ученого, и после знакомства с научной литературой, размышлений у него сложилась своя картина.
— Как известно, основоположником исследований гравитации считается Исаак Ньютон, — рассказал Анатолий Васильевич. — Однако, сформулировав знаменитый закон всемирного тяготения, он не ответил на вопрос: какова же природа самой гравитации? Почему она заставляет одно тело притягиваться к другому?
Говорят, что в предисловии к переизданию трудов Ньютона его издатель позволил себе, чтобы хоть как-то объяснить суть явления, написать, что «гравитация есть свойство всех материальных тел». Чем страшно рассердил ученого. В сердцах тот заметил, что, может быть, за гравитацию отвечают не сами тела, а та среда, в которой происходит их взаимодействие…
Больше к теме тяготения исследователь не возвращался.
— Этот пробел потом не раз пытались восполнить другие исследователи. Так, скажем, французский преподаватель физики Пьер Лессаж, чтобы хоть как-то объяснить своим ученикам, каким же образом тяготение передается от одного тела к другому, в конце XIX века предположил, что это происходит с помощью неких крошечных частиц.
— Да, такое предположение вызвало новый виток интереса к теории «мирового эфира». В 30-е годы XX века французский теоретик Поль Дирак высказал предположение, что частицы Лессажа составляют суть вакуума. Он развил целую теорию, согласно которой вакуум на самом деле не пустота, как считают многие, а некий континуум частиц, заряды которых компенсируют друг друга, и потому мы не можем заметить их с помощью своих приборов. В науке даже появилось такое понятие «море Дирака», состоящее из этих самых невидимых и неведомых частиц.
— Однако и с «морем Дирака» со временем произошло примерно то же, что и со «вселенским эфиром». «Раз вакуум ничем себя не обнаруживает, будем считать, что его не существует», — решили теоретики. Тем более что выкладки Альберта Эйнштейна и его последователей позволили объяснить все, что происходит во Вселенной, и без помощи «непустой пустоты». И о вакууме не то чтобы забыли, но интерес к исследованиям его свойств резко упал. У науки нашлось немало других, более существенных, проблем, на которые и были отвлечены лучшие научные силы.
Сейчас, судя по всему, наблюдается очередной виток интереса к старой теме. Так, несколько лет назад в печати прошла волна публикаций о работах Евгения Подклетнова и его коллег, а затем серия опровержений результатов его исследований.
— Эти сообщения еще больше раззадорили меня и моих коллег. И мы решили разобраться в физике подобных процессов. А там, если получится, и в сути самого тяготения. Для начала мы попытались представить себе, как может выглядеть «непустая пустота» вакуума. Почему составляющие его частицы не обнаруживаются нашими приборами?
Представьте себе некую структурную решетку. Примерно такую же, как кристаллическая решетка твердого тела. С одной лишь разницей: составляющие ее частицы имеют энергию, но не имеют массы. Такое в микромире вполне возможно. Взять, например, фотон: долгое время считалось, что он не имеет массы покоя, хотя сама по себе частица света вполне реальна — мы видим потоки фотонов даже невооруженным глазом.
Или вот вам другой пример. Известно, что при некоторых условиях гамма-кванты (так иногда называют фотоны с большой частотой и энергией) превращаются в электроны и позитроны. Но откуда у фотонов — частиц, не имеющих ни массы, ни заряда, — вдруг находятся и массы, и заряды для образования положительно заряженного протона и отрицательно заряженного фотона?
Причем, как утверждают специалисты по физике элементарных частиц, ни закон сохранения зарядов Фарадея, ни закон сохранения энергии не нарушаются. Значит, и заряды, и массы умеют «маскироваться», каким-то образом компенсируя друг друга. Причем настолько хитро, что наша аппаратура их «маскировку» уже не распознает…
— Иначе, связанные заряды вакуума могут «паковаться» в какую-то структуру, похожую на очень прочную кристаллическую решетку…
— Да, ее электрическая упругость, судя по расчетам, примерно в миллион раз выше упругости платины! С одной стороны, такая упругость обеспечивает решетке немалую прочность. С другой — возможность для распространения электромагнитного возмущения по крайней мере со скоростью света.
Такой подход объясняет хотя бы, почему гравитация, как показали недавние эксперименты, распространяется именно с такой быстротой.
— Ну а как же все-таки осуществляется гравитационное взаимодействие между массивными телами?
— Да примерно так же, как распространяются звуковые волны в воздухе. Те частицы, что образуют решетку вакуума (некоторые исследователи называют их гравитонами), при воздействии на них массивного тела приходят в движение примерно так же, как колеблются частицы воздуха при ударе колокола. Эти колебания передаются от одной частицы к другой, пока не дойдут до следующего, имеющего массу тела.
Скорость передачи взаимодействия не зависит от самих тел, а определяется характеристиками среды между ними.
И вот почему. Известно, что скорость распространения звуковых колебаний в воздухе не зависит от источника звука, но определяется характеристиками атмосферы в данном месте — давлением, температурой… При этом долгое время считалось, что никакое материальное тело не способно двигаться со сверхзвуковой скоростью. Но потом выяснилось, что это не так — просто аппараты, развивающие сверхзвуковую скорость, должны быть устроены несколько иначе, чем дозвуковые; нужна дополнительная мощность, чтобы преодолеть сверхзвуковой барьер…
— Иными словами, вы допускаете, что в принципе можно создать и аппараты, способные преодолеть световой барьер?
— Да, получается так. И таково лишь одно из следствий математических выкладок. Есть и другие. Сама по себе гравитация возникает благодаря наличию слабого избыточного заряда кристаллической решетки (разность величин зарядов «+» и «-»), который методом индукции Фарадея притягивает все тела друг к другу. Имеющая заряд одного знака структура вакуума создает силы отталкивания, проявление которых астрофизики и наблюдают ныне в виде расширения Вселенной.
— Анатолий Васильевич, можно ли объяснить то, о чем вы рассказали, более наглядно?
— Извольте… Еще древнегреческий мудрец Фаллес заметил: если потереть янтарь тканью, то он начинает притягивать кусочки бумаги. Кулон затем разобрался в сути явления: разноименные электрические заряды притягиваются друг к другу. А одноименные — отталкиваются. Подобным образом, наверное, когда-нибудь можно будет управлять гравитационными массами. А значит, откроются принципиальные пути к построению гравилетов, освоению антигравитации.
— А при помощи каких полей, по-вашему, удобнее всего управлять гравитацией?
— Электрические подходят меньше, чем магнитные. Напряженность электростатики тут будет такая, что произойдет пробой воздуха, как при молнии. А вот магнитные поля такого действия на атмосферу не оказывают…
— Проводились ли какие-нибудь эксперименты, которые так или иначе могут подтвердить приведенные рассуждения?
— Недавно ко мне заглядывали двое молодых исследователей из Института высоких температур РАН В.Рощин и С. Годин. Они рассказали о созданной ими экспериментальной установке — магнитно-гравитационном конвертере — и серии проведенных экспериментов. Оказалось, что с помощью магнитных полей удается уменьшить влияние гравитационного поля на предметы. Причем уменьшение веса отмечается немалое — до 35 %!
…Я изложил здесь далеко не все соображения А.В. Рыкова по поводу гравитации, а лишь то, что наиболее просто для понимания. Сама же по себе «гипотеза о природе гравитации», как она называется официально, гораздо глубже и шире. Вот, к примеру, передо мной лежит подаренный автором оттиск его статьи в научном журнале «Физическая мысль России», где его мысли выражены не только словами, но и емкими строчками физических уравнений.
Рыков вообще предпочитает формулы словесной болтовне. Но лично у меня не хватило физико-математической подготовки, чтобы понять суть выкладок до конца, да еще потом и перевести все это на общепринятый язык. Единственное, чем могу утешить и себя и вас, так упоминанием о том, что даже сам Эйнштейн перестал понимать многое в собственной теории относительности, после того как над ней поработали теоретики.
P.S. Желающие глубже познакомиться с теорией А.В.Рыкова могут прочитать о ней как в печати («Физическая мысль России», № 1 за 2001 г., стр. 59–63), так и на сайте самого автора: http://www.h-t.ru/ac/rav.
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Микромир и… домино
Молетроника — это новая область вычислительной техники, которая использует в качестве микрочипов отдельные молекулы. А натолкнули исследователей на мысль о таком их использовании, как ни странно… костяшки домино.
Если выстроить костяшки вертикально друг за другом слегка толкнуть крайнюю, она собьет соседку, та — следующую…
Во многих странах существуют клубы любителей фигур из костяшек домино. Лучшие из них участвуют в соревнованиях и телешоу, где демонстрируют свое искусство. Рекорд по этой части, недавно занесенный в Книгу рекордов Гиннесса, гласит, что самая длительная «цепная реакция» охватила… более 8 млн. камней!
Впрочем, подобные затеи так, наверное, бы остались развлечением, если бы конструкторам фирмы IBM не пришло в голову использовать «принцип домино» для разработки новых компьютерных систем. Только в данном случае роль камней домино решили поручить молекулам, которые исследователи тоже выстроили в цепочки. Изменение в одной молекуле приводит к цепочке перемен в соседних. А это, в конце концов, дает возможность выполнять определенные логические операции.
Чтобы понять, какие именно вычисления можно производить подобным образом, ученые используют сканирующий тоннельный микроскоп — изобретение немецкого физика Герда Бенинга, за которое в 1986 году он был удостоен Нобелевской премии.
В общих чертах этот инструмент действует следующим образом. Намагниченная игла микроскопа приближается почти вплотную к поверхности носителя и по желанию исследователя позволяет перемещать с места на место отдельные молекулы. Говоря совсем уж попросту, игла микроскопа действует подобно электромагниту на подъемном кране, ведущем погрузку металлоконструкций. Перемещаемая деталь удерживается магнитом до тех пор, пока на него подают электрический ток. Перемещая таким образом отдельные молекулы, можно выстраивать их на подложке в определенные структуры.
Хрестоматийный пример: сотрудники фирмы IBM таким способом выложили из 555 молекул окиси углерода на медной подложке название своей фирмы. Такая методика позволяет получать некие структуры, которые можно использовать для долговременного запоминания информации. Однако Андреасу Хайриху и его коллегам по фирме этого показалось недостаточно. Ведь сами по себе молекулы и атомы представляют собой достаточно сложные структуры. Кроме того, атомы обладают еще и некоторыми другими характеристиками, например, спином, характеризующим момент вращения того или иного атома.
Здесь можно снова прибегнуть к аналогии с костяшками домино. У них есть всего две возможности — они либо стоят, либо лежат. Так же и с молекулами окиси углерода — они могут находиться либо в одном положении, либо в другом, иметь либо один спин, либо другой.
Одно из положений мы можем обозначить как «0», другое — как «1». И таким образом получить как бы молекулярный триггер — элементарную ячейку логической схемы. А исследователи уж знают, как из таких триггеров, по каким правилам и схемам можно построить логические ячейки — скажем, «И», «ИЛИ».
При этом расстояния между ячейками составляют всего-навсего четверть нанометра. Такая теснота приводит к тому, что изменение положения в одной ячейке может привести к изменению положения в другой. То есть, если подать сигнал на один триггер, то по его срабатывании может сработать соседний. По логической схеме пойдет некая волна, заставляя ячейки «падать» подобно костяшкам домино.
Схема сработает, перейдет из одного положения в другое, произведя какие-то операции. Что, как говорится, и требовалось доказать.
Причем, когда физики выстроили из молекул 6 основных логических ячеек, а из них собрали некое молекулярное вычислительное устройство, его размеры составили всего 12x17 нанометров! Для сравнения скажем, что в сегодняшних компьютерах один микротранзистор занимает площадь размерами 2x2000 нанометров.
Недостаток новой технологии — ученые вынуждены всякий раз выстраивать структуры от молекулы к молекуле, подобно тому как приходится поднимать костяшки домино после того, как они были повалены в результате «цепной реакции». Делают это опять-таки при помощи туннельного микроскопа, операция довольно хлопотна и занимает немало времени.
Так что конкурировать по быстродействию с современными компьютерами «нанодомино» пока не в состоянии и речь идет не о готовом вычислительном устройстве, а лишь о его прототипе.
Однако экспериментаторы довольны и тем, что их опыты доказывают принципиальную возможность осуществления вычислительных операций на молекулярно-атомарном уровне. Кроме того, подобные устройства уже сейчас можно использовать в качестве долговременных хранителей информации.
Выложенную определенным образом молекулярную поверхность можно уподобить не только типографской странице, испещренной буквами, но и поверхности виниловой грампластинки. Когда по ней скользит игла проигрывателя, с пластинки снимается звуковая информация. Из проигрывателя слышится мелодия, песня или речь исполнителя.
Когда игла туннельного микроскопа скользит по неровностям молекулярного слоя носителя, эффект считывания информации примерно такой же.
В общем, исследователи пока играют с молекулами, выстраивая из них все новые и новые фигуры, подобно тому как это делают любители из костяшек домино. Но нанодомино обещает поднять на новый качественный уровень устройства хранения и переработки информации.
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ВУЛКАНЫ НА ДНЕ. Важное научное открытие было сделано в ходе 49-дневной международной экспедиции, в которой участвовали эксперты из ФРГ, Франции, Канады, Новой Зеландии и государства Тонга. С помощью специальной аппаратуры, установленной на борту немецкого научного судна «Зонне», они исследовали район между архипелагом Тонга и Новой Зеландией. И на глубине 1,8 км обнаружили более двух десятков гигантских вулканов. Многие из них поднимаются над морским дном более чем на один километр. А отдельные вулканы имеют кратеры диаметром около двух километров и глубиной один километр. То есть по размерам они сопоставимы с такими крупными вулканами, как Везувий или Стромболи.
Как отмечают специалисты, столь высокая концентрация действующих вулканов в одном регионе планеты — явление чрезвычайно редкое. Это открытие представляет особую важность для жителей расположенного поблизости архипелага Тонга. Ведь в случае сильного извержения здесь может образоваться мощная волна, которая способна опустошить многие острова.
ПУТЕШЕСТВИЕ К ЦЕНТРУ ЗЕМЛИ. Японские ученые собираются первыми в мире вскрыть кратер вулкана, чтобы взять образцы магмы для анализа. Объектом исследований, по словам профессора Сэцуя Наката из сейсмологического института при Токийском университете, станет жерло вулкана Ундзэн в префектуре Нагасаки. Именно в него исследователи намерены опустить специальную термостойкую капсулу с аппаратурой через специально пробуренную скважину. Для охлаждения оборудования будет использоваться вода, которая, по словам экспертов, также поможет предотвратить выброс вулканических газов в ходе операции.
Цель проекта — понять механизм образования продуктов извержения, которые заметно отличаются друг от друга в разных вулканах.
КОМПЬЮТЕРНАЯ СЛЕЖКА. Итальянские инженеры разработали новую систему слежения за движениями обитателей Международной космической станции (МКС). Укрепленные на костюмах обитателей станции микродатчики позволяют отслеживать все их перемещения. Таким образом, со временем накапливаются сведения, где астронавты с космонавтами бывают чаще всего, какие модули станции стоило бы расширить. Такая система, полагают специалисты, поможет рациональнее использовать пространство МКС в будущем.
И СОВЫ СООБРАЖАЮТ. Биологи давно заметили, что совы практически не ухают в дождливые ночи. Почему? Специальные исследования показали, что птицы весьма хорошо осведомлены о законах распространения звука в воздухе. В сухую погоду уханье одной совы другие могут услышать на площади в 120 гектаров. Дождь же сокращает «зону уверенного приема» до 2 гектаров. Вот совы в ходе эволюции и уяснили: пока идет дождь, им лучше помолчать.
С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА
«Бог, шагающий на крыльях…»
Часто приходится слышать, будто современные криптографы с помощью компьютеров способны расшифровать любые тексты. Но, как известно, нет правил без исключений. Похоже, «Диск из Феста» как раз и есть такой случай. Ведь попытки расшифровать надписи на нем длятся уже без малого сто лет…
Поделиться книгой: