Журнал «Компьютерра» №42 от 15 ноября 2005 года
Шрифт:
Странными, извилистыми путями порою движется научный прогресс. Серьезные проблемы внезапно возникают там, где их, казалось бы, не должно быть, а теория для их объяснения находится уж совсем в неожиданном месте.
Большой конфуз случился на рубеже тысячелетий с новым лондонским пешеходным мостом Millennium Bridge через Темзу. Замечательный мост в центре города шириной 4 и длиной 320 метров был создан в тесном сотрудничестве инженеров и
Но в день открытия 10 июня 2000 года, когда тысячи людей решили прогуляться по мосту, он начал раскачиваться. Сначала слегка, затем все сильнее, и наконец поперечные колебания достигли такой амплитуды, что пешеходы были вынуждены балансировать как на скользком льду. Конечно, «клинок света» пришлось немедленно закрыть.
Явление было необычным. Еще в школьном курсе физики описывается, что идущие в ногу войска способны раскачать и обрушить неверно построенный мост. Но пешеходы, конечно, гуляли не в ногу, да и колебания моста происходили не в вертикальной, а в горизонтальной плоскости, достигая амплитуды в семь сантиметров.
Были проведены специальные исследования, и инженерное решение проблемы нашлось достаточно быстро. Millennium Bridge оснастили демпферами, гасящими колебания, и дополнительными массами, отодвигающими резонансные частоты моста от характерной частоты шагов. Это обошлось еще в 9 млн. долларов, и в 2002 году мост был благополучно открыт. О конфузе тысячелетия написаны десятки статей. Но ясного понимания того, как толпе людей, чьи шаги воздействуют на мост совершенно случайно, удается вызвать опасные колебания моста, все же не было. И как избежать подобных конфузов в будущем?
Решение проблемы нашлось спустя пять лет и недавно было опубликовано в журнале Nature. Оказывается, в математической биологии уже есть простые модели, описывающие синхронизацию в системах из независимых осцилляторов вроде нейронов или светлячков в тропическом лесу. Модель учитывает как случайное слабое воздействие каждого пешехода на мост, так и обратное влияние моста на пешеходов. Они неотделимы друг от друга. Грубо говоря, когда мост начинает раскачиваться, это заставляет пешеходов для поддержания равновесия подстраивать шаги в такт с колебаниями. И достаточно большая разрозненная толпа постепенно начинает идти в ногу, причем на резонансной частоте моста, что еще больше усиливает колебания. С этим пороговым явлением самоорганизации можно бороться путем выбора достаточного демпфирования и приемлемых собственных частот колебаний сооружения. Ученым удалось вывести простые формулы, пригодные для инженерных оценок.
Как бы то ни было, а «мосту тысячелетия», призванному символизировать высшие достижения инженерной мысли, все же удалось, пусть и благодаря конфузу, вписать новые страницы в учебники инженеров XXI века.
– Г.А.
Удивительное устройство удалось изготовить в Уотсоновском исследовательском центре корпорации IBM. Выращенный на обычном кремниевом чипе переключаемый фотонный кристалл способен в триста раз замедлить свет и предназначен для оптических маршрутизаторов и «быстрой» оптической памяти будущего.
За последнее десятилетие уже несколько научных групп продемонстрировали, что распространение светового импульса может быть сильно замедленно
И лишь теперь специалистам IBM удалось создать замедлитель света, пригодный для массового производства. Он представляет собой изготовленную с помощью обычной фотолитографии кремниевую пластину толщиной 0,22, длиной 250 и шириной 3 микрона. В этой пластине в шахматном порядке вытравлены отверстия диаметром 109 нанометров с шагом 437 нанометров. В результате получился оптический волновод - фотонный кристалл, хорошо пропускающий свет в области полутора микрон - на длинах волн дальней оптоволоконной связи. На чипе рядом с кристаллом расположен микронагреватель. При нагреве показатель преломления кремния слегка меняется, а свойства кристалла таковы, что это приводит к уменьшению групповой скорости света в три сотни раз. Переключение происходит за 100 наносекунд и требует от нагревателя всего два милливатта.
Новое устройство, в принципе, уже сегодня можно использовать для синхронизации потоков данных, замедляя один из них. К сожалению, скорость переключения в 10 мегагерц пока еще слишком мала для современных оптических сетей. Да и требуемая точность изготовления кристалла в 1 нанометр находится на грани возможного. Однако первые успехи весьма обнадеживают и дальнейшее развитие технологии уже может рассчитывать на коммерческий успех.
– Г.А.
Новую информацию о центре нашей галактики удалось добыть группе китайских и американских радиоастрономов. Они утверждают, что там сосредоточена масса в сто тысяч раз большая, чем предполагалось на основе предыдущих наблюдений. Это сильный аргумент в защиту гипотезы о наличии в центре Млечного пути сверхмассивной черной дыры.
Согласно современной астрономической вере, которая, впрочем, подтверждается некоторыми расчетами, в центре каждой галактики расположена сверхтяжелая черная дыра. Однако до сих пор никому не удавалось получить сколько-нибудь надежных доказательств этой гипотезы. Вот почему необычайно компактный радиоисточник Sagittarius A*, открытый в созвездии Стрельца еще в 1974 году, постоянно привлекает внимание астрономов. Он хороший кандидат в центры нашего Млечного пути, а поскольку центр родной галактики гораздо ближе остальных, то и шансов разобраться с ним как следует намного больше.
Пять лет назад астрономы подвели итоги наблюдений с помощью сети из десяти связанных между собой быстрыми цифровыми каналами радиотелескопов, которые образуют массив Very Large Baseline Array. Эти телескопы разбросаны по всей территории США (включая острова) и расстояние между ними достигает восьми тысяч километров. Тогда наблюдения велись на длине волны 7 мм и позволили заключить, что размеры радиоисточника не превышают двух астрономических единиц (1 а. е. = расстоянию от Земли до Солнца).