Какой громкой бывает отрыжка?

— Вот и я о том же. У электромобилей есть недостатки, но они не могут причинить столько вреда, не так ли? Нужно только оснастить автомобили аккумуляторами и электродвигателями, и все проблемы будут решены.

В том-то и дело, что не все. Работающие электродвигатели действительно не производят выхлопные газы, что позволяет избежать перечисленных проблем. Но боюсь, что одни лишь аккумуляторы не смогут решить все проблемы.

— Это еще почему?

Прежде всего потому, что автомобили требуют очень много энергии, гораздо больше, чем ваш калькулятор или ноутбук. И если они будут использовать только электричество, то вам потребуются очень мощные аккумуляторы. Но большие, тяжелые аккумуляторы значительно увеличат вес машины, и она не сможет развивать достаточную скорость. Бак бензина содержит намного больше энергии, чем комплект химических аккумуляторов такого же веса. Вот почему у бензиновых автомобилей скорость и дальность пробега намного выше, чем у электрических. Это не только делает электромобили менее мощными, но и означает, что их придется заправлять (заряжать аккумуляторы) намного чаще, чем машины на бензине.

— Ну и что? Просто придется ехать немного медленнее, и эти машины будут не такими мощными. Подумаешь, какие мелочи.

Во-вторых, существует проблема с заправкой. Аккумуляторы нельзя подзаряжать на ходу. Их придется отнести домой и воткнуть в розетку. Для перезарядки всего комплекта может потребоваться несколько часов.

— Значит, надо не забывать ставить их на зарядку на всю ночь. Всего делов-то. Зато никаких выхлопных газов! Никакого глобального потепления!

Насчет выхлопных газов это правда, спору нет. Но аккумуляторы не помогут обойти проблему глобального потепления.

— Но почему?

Подумайте сами, откуда берется энергия для их подзарядки?

— Производится на электростанциях.

Верно. Но им, чтобы произвести электричество, нужно сначала сжечь уголь, газ или нефть. И получается, что в автомобиле вы не сжигаете ископаемое топливо лишь потому, что его уже сожгли для вас где-то в другом месте.

— Но ведь есть и атомные электростанции?

Они не сжигают ископаемое топливо, но зато создают проблему с вредными ядерными отходами. Другими словами, они лучше, но ненамного. И останутся такими до тех пор, пока мы не найдем способ безопасного избавления от ядерных отходов.

— А как насчет силы ветра или солнечной энергии?

Наконец-то у вас появилась толковая мысль. Такое решение было бы идеальным, но на сегодняшний день из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце и вода, мы получаем меньше 6 % от общего количества энергии. Пока такое положение не изменится, мы будем вынуждены жечь ископаемое топливо для получения электричества, и электрические автомобили не станут реально лучше бензиновых. А это значит, что их вряд ли станут покупать даже борцы за чистоту окружающей среды.

Некоторым странам, например Исландии, посчастливилось иметь прямо под ногами громадные ресурсы возобновляемой энергии. Исландия получает из возобновляемых источников больше 99 % энергии, и ее правительство планирует использовать их для производства водородного топлива для транспортных средств. Благодаря этому Исландия может стать первой в мире страной, где все легковые машины, автобусы, пароходы и поезда будут работать на энергии из возобновляемых источников. Однако в большинстве стран бензиновые автомобили просуществуют еще достаточно долго. Во всяком случае до тех пор, пока не начнут истощаться залежи ископаемого топлива. Когда это случится, волей-неволей всем придется искать способы как-то иначе приводить в движение свои машины.

— А до тех пор бензиновые автомобили будут по-прежнему загрязнять окружающую среду?

Да. К сожалению.

— А можем ли мы как-нибудь поправить положение уже сегодня?

Конечно. И хотя мы не можем (или не хотим) немедленно перейти на чисто электрические автомобили, уже существует промежуточный вариант, позволяющий сократить объемы выхлопных газов, используя меньше бензина. Гибридный автомобиль.

— Гибридный автомобиль? Звучит круто. Это как в мультфильме про трансформеров — две машины инопланетян сливаются в одну, сверхмощную…

Ничего похожего. Просто у такого автомобиля два двигателя: бензиновый и электрический. Он может использовать оба, чтобы крутить колеса и заодно преобразовывать движение в энергию, чтобы подзаряжать аккумуляторы. Это означает, что по техническим характеристикам он не уступает бензиновому автомобилю, но сжигает меньше топлива, производит меньше вредных выбросов и наносит меньше ущерба окружающей среде.

— Во-во. Я об этом слышал.

Но все же гибридные автомобили используют бензин, и поэтому их нельзя считать окончательным решением проблемы. Однако они могут послужить важной вехой на пути к созданию еще менее вредных бензиновых автомобилей и помочь нам продержаться, пока мы не сможем навсегда отказаться от ископаемых видов топлива.

— А купить его может каждый?

Да, если у вас есть водительские права и деньги. На рынке уже много гибридных автомобилей, и их популярность все время растет. Но если вы хотите стать настоящим другом окружающей среды, то вам лучше купить что-нибудь другое.

— Например?

Новый велосипед. Никакого бензина, никаких выбросов и не нужно заботиться о подзарядке. Только вы, ваши ноги и свободная дорога. Во всяком случае, отдельная полоса для велосипедистов.

Научные факты: зеленый транспорт

Помимо электромобилей существует много других, экологически чистых альтернатив бензиновым автомобилям. Одни из них уже доступны, в то время как другие пока в стадии разработки. Но им еще далеко до совершенства, и у всех есть свои плюсы и минусы.

Автомобили на природном газе

Плюсы: ездят на природном газе, который горит намного чище, чем бензин (выделяет двуокись углерода, но значительно меньше других загрязняющих веществ, типа оксидов азота).

Минусы: нужно заправлять дома или на специальных газовых заправочных станциях.

Гибридные автомобили

Плюсы: используют двигатель внутреннего сгорания (на бензине) и электромотор (на аккумуляторах), которые подзаряжаются во время движения. Это помогает получать обратно часть энергии и повышает экономичность гибридов по сравнению с бензиновыми машинами.

Минусы: все равно сжигают бензин, выделяя двуокись углерода и загрязняющие вещества (хотя и меньше, чем обычные бензиновые автомобили).

Биодизельные автомобили

Плюсы: используют дизельное топливо, изготовленное из растительных масел, дешевого жира, переработанного животного жира или других источников, часто смешанных с обычным дизельным топливом. Эффективность сгорания у биодизельного топлива намного выше, чем у бензинового, а содержание загрязняющих веществ в выхлопных газах ниже.

Минусы: биодизельное топливо пока еще далеко не везде можно купить. Двуокись углерода и загрязняющие вещества выделяются во время выращивания растений и животных (которые служат источниками масел и жиров).

Автомобили на топливных элементах

Плюсы: работают на топливных элементах, которые создают энергию в ходе взаимодействия водорода с кислородом. Выделяют водяной пар, но никакой двуокиси углерода и вредных загрязняющих веществ.

Минусы: для поддержания реакции используют электричество (и если оно получено из ископаемого топлива, то возникают те же проблемы, что и у электромобилей). Кроме того, в процессе производства водородного топлива тоже используется энергия и выделяется двуокись углерода и загрязняющие вещества.

Велосипеды

Плюсы: приводятся в движение мускулистой энергией, которая не выделяет никаких загрязняющих веществ, кроме запаха пота.

Минусы: хорошо подходят для города, но поездки в другие города и страны занимают слишком много времени. К тому же нежелательно сажать друзей на раму и багажник, чтобы втроем прокатиться по автостраде.

Смогут ли когда-нибудь автомобили управлять собой?

Некоторые уже могут! Во многих автомобилях используются продвинутые технологии управления, позволяющие избегать столкновения с препятствиями и другими машинами. Очень скоро появится новое поколение самоуправляемых автомобилей.

— Машины уже управляют сами собой? Как? Где?

Опытные образцы роботомобилей, созданные в Японии, Германии и США, уже накатали самостоятельно сотни километров, используя радар и специальные дорожные сенсоры для безопасного маневрирования (даже в условиях интенсивного движения транспорта). Более продвинутые самоуправляемые автомобили разрабатываются в Великобритании, чтобы перевозить пассажиров в лондонском аэропорту Хитроу и зрителей на Олимпийских играх 2012 года. В некоторых из них используются новейшие лазерные сенсоры и технологии искусственного интеллекта для распознавания и объезда препятствий. С 2004 года в Америке проводятся финансируемые военными соревнования самоуправляемых автомобилей — DARPA Grand Challenge (гонки «Большого Вызова»). Гонки этих беспилотных роботомобилей, построенных университетскими командами энтузиастов, проводятся на трассах для внедорожников, и победители приносят своим создателям солидные денежные призы.

— Класс! Значит, можно просто залезть на заднее сиденье, расслабиться и приказать машине отвезти тебя, куда ты захочешь?

Не совсем так, но почти. В основном эти самоуправляемые (или автономные) автомобили являются экспериментальными моделями или опытными образцами. И многим из них время от времени все же требуется вмешательство водителя. И хотя в гонках «Большого Вызова» участвовали полностью автономные машины, технология их массового производства все еще находится в стадии разработки. К тому же автомашины без водителей пока еще не готовы дружно выехать на оживленные магистрали.

— А что еще этому мешает?

Дело в том, что достаточно безопасными для использования всеми желающими они будут признаны лишь тогда, когда инженеры и производители машин докажут, что полностью автономный автомобиль способен обеспечить пассажирам, по меньшей мере, такую же безопасность, как живой водитель. А сделать это будет ох как нелегко.

— В том смысле, что машина не должна въехать кому-нибудь в зад или заблудиться?

Вообще-то это самая легкая часть задачи. Сегодня во многих обычных машинах есть навигационные компьютеры, в которых используется глобальная система определения местоположения GPS, позволяющая прокладывать маршруты на дорожной сети. А у многих других есть автомат постоянной скорости, который позволяет водителю не касаться педалей газа и тормоза, чтобы поддерживать заданную скорость. Некоторые машины снабжены даже адаптивными автоматами скорости, которые с помощью радара распознают на дороге движущиеся машины и автоматически изменяют скорость, чтобы сохранять безопасную дистанцию. Так что если сложить все это вместе, то получится автомобиль, который знает, куда ехать, и может самостоятельно увеличивать или снижать скорость без вмешательства человека.

— А как она будет крутить баранку? Откуда такая машина узнает, как нужно ехать по извилистой дороге, чтобы не вылететь в кювет?

Многие современные автомобили оснащены электронным усилителем руля, благодаря которому водителю достаточно лишь чуть-чуть тронуть рулевое колесо, прежде чем он сам повернет его настолько, насколько нужно. А в некоторых машинах есть активная система контроля пересечения линии дорожной разметки, которая автоматически удерживает автомобиль на дороге и нужной полосе.

— Офонареть! И как она работает?

Система использует специальные камеры и сенсоры для слежения за бровкой проезжей части и линиями дорожной разметки. Когда автомобиль отклоняется влево или вправо, датчики это замечают, потому что бровка и линии разметки сдвигаются в противоположную сторону. И тогда они используют электродвигатели усилителя рулевого привода, чтобы плавно повернуть рулевое колесо в другую сторону и удержать машину на полосе и на дороге. Пока что эта система «подталкивания руля» просто не позволяет водителю случайно съехать с полосы. Но отсюда совсем недалеко до того дня, когда машины научатся сами менять полосы движения и поворачивать на перекрестках.

— Значит, если сложить все это вместе…

…то мы, в принципе, получим автомобиль, способный успешно прокладывать маршрут, маневрировать на дорогах и прибавлять газ или снижать скорость, чтобы сохранять безопасную дистанцию между собой и другими машинами. И некоторые автопроизводители уже начинают внедрять эти технологии. Компания «General Motors» выпускает автомобили, оснащенные системой «TrafficAssist», в которой используются лазеры, сенсоры и компьютеры для распознавания дорожных знаков, разметок, поворотов и движущихся машин. Такие модели способны действовать самостоятельно на скоростях до 100 км/ч в условиях любой интенсивности движения, избавляя водителей почти от всех забот на дороге.

— Класс! То, что нужно. А что еще может потребоваться самоуправляемым автомобилям?

Даже при всех этих способностях и функциях автоматики вы вряд ли сможете, сидя на водительском сиденье, отвернуться от дороги и болтать с друзьями, в то время как машина будет сама управлять своим движением. Система «TrafficAssist» предназначена для того, чтобы сделать процесс управления менее напряженным и утомительным, а не для того, чтобы полностью заменить водителя. Кроме того, все еще неясно, насколько хорошо она будет реагировать на опасные ситуации. Человек способен видеть, что делается на дороге далеко впереди, и предвосхищать проблемы, используя творческое мышление и воображение. Если, например, вы заметите на дороге грузовик, виляющий из стороны в сторону, то поймете, что его водитель засыпает за рулем, и станете обгонять его с большей осторожностью, чтобы он в вас не врезался. Компьютерным автопилотам такое пока не под силу. Они просто реагируют на то, что происходит вокруг них в данный момент. И к тому времени, как лазеры и сенсоры заметят вильнувший в вашу сторону грузовик, уворачиваться от него уже будет слишком поздно.

— Жуткое дело! Вы реально нагнали на меня страху.

Учитывая сказанное, следует отметить, что люди, как водители, тоже несовершенны. То, что мы умеем думать наперед и принимать взвешенные решения лучше, чем компьютерные системы, вовсе не означает, что мы всегда это делаем. Людям свойственно в каждый конкретный момент концентрировать внимание на одном участке дороги и игнорировать то, что происходит в остальных местах. Нас может отвлечь болтовня пассажиров, необходимость сменить компакт-диск в проигрывателе или звонок мобильного телефона. Поэтому, когда лет через десять на дорогах в массовом порядке появятся самоуправляемые автомобили, нам придется спросить себя: кто подвергается большей опасности попасть в ДТП, я или компьютер?

— В таком случае я даже не знаю, смогу ли вообще доверить руль компьютеру.

Почему?

— Мой идиотский комп все время зависает!

Будем ли мы когда-нибудь ездить в летающих поездах или автобусах?

Летающие поезда уже есть! Китайцы используют один такой с 2002 года, и на подходе еще несколько поездов, скользящих по воздуху. Но что касается летающих автобусов, то их, пожалуй, придется еще немного подождать…

— Вы серьезно? Настоящие летающие поезда? Которые реально плывут по воздуху?

Да. Они существуют уже несколько десятков лет. Их называют поездами на магнитной подвеске (сокращенно маглев или Maglev; от английского magnetic levitation — магнитная левитация).

— Чудесно! И как они ездят?

С помощью специальных переключаемых, или переменных магнитов, которые поднимают поезд над колеей (обычно однорельсовой), разгоняют и тормозят. Один комплект магнитов установлен на рельсе, а другой прикреплен к самому поезду. Когда магниты активируются последовательно, это не только заставляет поезд подняться на один или два сантиметра над рельсом, но и толкает его вперед или тянет назад вдоль рельса. В результате поезду не нужны колеса (хотя до появления электромагнитной подвески в некоторых поездах колеса использовались для движения на малой скорости). Отсутствие колес и контакта с рельсом означает, что никакие детали поезда не соприкасаются с рельсом, и поэтому трение не замедляет его скорость. Вот почему поезда маглев способны разгоняться до невероятных скоростей, а движение у них настолько плавное, что его трудно почувствовать.

— Но разве магниты не притягивают поезд к рельсу?

Нет, если они расположены и активируются таким образом, чтобы отталкивать друг друга. Вам когда-нибудь доводилось играть с парой магнитов в форме подковы, которые в школах служат пособиями по физике? Если да, то вы знаете, что концы, или полюса, магнита могут либо притягивать, либо отталкивать полюса другого магнита, в зависимости от того, как их приблизить друг к другу. Дело в том, что у каждого магнита есть и положительный и отрицательный полюс (или, если хотите, северный и южный). Попробуйте соединить вместе два одинаковых полюса (например, два «северных» или два «южных»), и они станут отталкивать друг друга. Но если сблизить разные полюса (один «северный» и один «южный»), то они притянутся. Именно это магнитное притяжение и отталкивание используется в поездах маглев для левитации и движения. Сила отталкивания между комплектами магнитов на рельсе и на днище вагонов отрывает поезд от поверхности рельса. В зависимости от конструкции могут использоваться еще два комплекта магнитов, которые удерживают поезд в равновесии и не позволяют ему высоко взлететь.

— Но если все так просто, то почему мы давным-давно не установили магниты на поездах?

Потому что в реальности все не так просто. Прежде всего в поездах маглев не используются постоянные магниты, типа только что описанных нами подков, а точнее, используются не только постоянные магниты. Если разместить их вдоль рельса и под днищем поезда, то рельс оттолкнет поезд и заставит его висеть в воздухе. Чтобы привести поезд в движение, его что-то должно толкать или тянуть, например двигатель и колеса. А это вроде как доводит саму идею до абсурда.

— Так что же тогда используют летающие поезда?

Они используют сверхпроводящие магниты. Простейший электромагнит — это намотанный вокруг металлического или керамического сердечника электрический провод, который при пропускании тока образует переключаемое, переменное магнитное поле. (Следует отметить, что все провода и кабели, по которым проходит электрический ток, окружены магнитными полями, поэтому намотка на сердечник просто концентрирует поле и усиливает магнитный эффект). Такие магниты действуют только тогда, когда через них пропускается электрический ток, и поэтому можно включать и выключать его магнитное поле, включая и выключая ток. Можно также изменить направление тока и поменять местами полюса магнита. Следовательно, с помощью электромагнитов можно притягивать, отталкивать, поднимать вверх, тянуть или толкать другие магниты. В поездах маглев используются мощные электромагниты, в которых применяются сверхпроводящие материалы. Они создают сильное магнитное поле, но весят намного меньше обычных электромагнитов, то есть идеально подходят для того, чтобы поднимать многотонные вагоны с пассажирами и перемещать их с огромной скоростью.

— Но что заставляет поезд двигаться?

Это зависит от типа системы электромагнитной подвески. В одной постоянные магниты располагаются в рельсе, а электромагниты — под поездом. В другой все наоборот, постоянные магниты находятся под днищем поезда, а электромагниты — в рельсе. Но в обоих случаях электромагниты управляются компьютерной системой, которая последовательно включает их и выключает, чтобы создавать волны магнитных полей по пути движения поезда. Переменные магниты тянут поезд (используя магнитное притяжение) и толкают его (используя отталкивание) одновременно. Это позволяет очень быстро разогнать состав. Чтобы замедлить скорость, делается то же самое, только наоборот. Пассажиры поезда ничего этого, разумеется, не замечают. Все происходит так плавно и бесшумно, что ускорение почти не ощущается. И человек не успевает даже заметить, как поезд уже летит со скоростью 480 км/ч.[26]

— Великолепно! И где я могу на таком прокатиться?

На сегодняшний день регулярное движение таких поездов осуществляется только в Китае и Японии. Маглев-трасса в Шанхае, построенная немецкой компанией «Transrapid», работает с 2002 года и перевозит пассажиров от аэропорта до города. Расстояние в 30 км поезд пролетает всего за семь минут с небольшим. Компания «Japan Railways» в настоящее время владеет самым быстрым в мире поездом маглев, который курсирует по экспериментальной 44-километровой линии в префектуре Яманаси, недалеко от знаменитой горы Фудзи. Кроме того, японские железные дороги планируют построить постоянную маглев-трассу между Токио и Осакой, что позволит преодолевать расстояние в 480 км примерно за час. В Европе и США пока нет постоянных маглев-дорог, но в ближайшие десять лет их может появиться довольно много. Компания «SuissMetro» планирует пустить поезда на магнитной подвеске по 100-километровому туннелю, чтобы связать Женеву в Швейцарии с Лионом во Франции. А в Соединенных Штатах планируется проложить маглев-линию между Анахаймом в Калифорнии и Лас-Вегасом в Неваде. Средняя скорость на этой дороге составит около 500 км/ч.

— Надо полагать, что за всеми этими летучими поездами вскоре последуют и летающие автобусы?

К сожалению, их появления нам придется дожидаться немного дольше.

— Это еще почему?

Потому что, в отличие от поездов, автобусы едут по дорогам, а не по рельсам. Им нужно свободно выполнять повороты, менять маршруты и выбирать различные пути между пунктами А и Б. К тому же летающим маглев-автобусам потребуются магнитные дороги и сложные системы контроля за безопасностью движения. Но даже если бы мы смогли справиться с техническими вопросами (что на данный момент просто нереально), затея оказалась бы непозволительно дорогой для бюджета любого города.

— Жалко. Выходит, что и летающих легковушек не будет, да?

Боюсь, что нет. Во всяком случае, с системой магнитной левитации. Однако уже создаются легковые автомобили на воздушной подушке с авиационными реактивными или винтовыми двигателями, так что на рынке сначала, наверное, появятся они. Кстати, некоторые организации (включая NASA) пытаются построить антигравитационные установки, которые должны будут поднимать в воздух транспортные средства, «избавляя их от силы тяжести» вместо того, чтобы преодолевать ее с помощью магнетизма.

— Антигравитация? Неужели это возможно?!

Ну, пока еще никаких успехов нет, и многие физики считают, что ничего из этого не выйдет. Но все же некоторые энтузиасты по-прежнему не теряют оптимизма.

— Подумать только! Вот было бы здорово, правда? Вы мне сообщите, если у них что-то получится?

Конечно. Без проблем. Я прилечу к вам домой на своем новеньком антигравитационном автомобиле и все расскажу.

Наука и жизнь: пять пока еще не построенных летающих транспортных средств, о которых мечтает Гленн

Яглев — то же, что маглев, только похож на шикарный «ягуар».

Чемлев — позволяет поднять в воздух чемодан, чтобы не нужно было его нести.

Коньлев — летающая механическая лошадь.

Метлев — летающая метла с пассажирским сиденьем позади уродливой ведьмы.

Ботлев — пара ботинок маглев, позволяющих летать, не сбивая ноги и не стирая каблуки.

Загадки мозга

При всей обширности наших познаний о своем теле нам еще предстоит очень многое узнать о мозге — уникальном органе, который сделал из обезьяны человека. Мозг наделяет нас способностью думать, учиться, запоминать, воображать, изобретать и делать много чего еще. Он помог людям изменить окружающую среду, создать цивилизацию и добиться доминирующего положения над всеми остальными видами на планете.

Однако многое в устройстве и работе мозга остается для нас тайной. Как мозг формирует ум и личность человека? И почему — интересуется один паренек — у мозгов такой уродливый внешний вид?

Сейчас мы займемся исследованием удивительного мира нашего мозга и по ходу дела дадим ответы на эти и многие другие вопросы.

Но все же на некоторые вопросы я отвечать не стану. Например, на такие:

Вам пришел новый вопрос:

Имя: Джессика

Вопрос: Почему люди такие противные?

Вам пришел новый вопрос:

Имя: Пинки

Вопрос: Почему мои родители (особенно папа) такие странные???

Вам пришел новый вопрос:

Имя: Андреа

Вопрос: Почему мальчишки ведут себя как идиоты, хотя я знаю, что им нравлюсь и что они нравятся мне?

Просто в жизни есть вещи, которые вам лучше всего узнать самим…

Почему у людей мозги умнее, чем у животных?

Дело в том, что в одной части головного мозга у нас на несколько миллиардов клеток больше. Во всем остальном мозги людей и других животных более-менее одинаковы.

— Более-менее одинаковы?! Но разве может человеческий мозг быть почти таким же, как мозг обезьяны? Или даже мыши? Ведь мы намноооого умнее их. Значит, и мозги у нас должны быть совершенно разными…

Отличия действительно есть, но не такие большие, как можно было бы ожидать. Прежде всего следует отметить, что у всех нас — обезьян, мышей и людей — мозги сделаны из одного и того же материала. В основном это нервные клетки (или нейроны), сгруппированные и связанные в сложные сети, а также миллионы глиальных клеток (от греческого глия — клей), которые служат нейронам опорой и защитной оболочкой. У всех нас есть похожие мозговые структуры, такие как спинной мозг и ствол мозга, которые получают сообщения от чувствительных нервов в мышцах, органах и коже. У всех нас в стволе мозга есть участки, которые управляют автоматическими функциями тела, такими как дыхание[27] и кровообращение. У всех нас в основании головного мозга (там, где он соединяется со стволом мозга) есть участки, которые помогают нам учиться ходить, бегать и прыгать. И у всех нас в головном мозге есть один участок, который называется большим мозгом и помогает изучать, запоминать и понимать то, что происходит вокруг.

Однако в ходе эволюции у людей некоторые из этих участков увеличились намного больше, чем у животных, и благодаря этому мы стали в некотором отношении умнее их.