Журнал "Компьютерра" №723

Журнал Компьютерра

Такое строение нашей планеты было установлено на основе анализа сейсмических волн, порождаемых землетрясениями. Известно, что скорость распространения колебаний сильно зависит от среды. Зная скорость и направление распространения колебаний, можно сказать, в каком месте они идут через твердое вещество, а в каком - через жидкое. Этот метод получил название сейсмотомографии.

В последнее время данные о сейсмических колебаниях обрабатывают суперкомпьютеры, которые сыграли важную роль в становлении новой науки - геодинамики, изучающей эволюцию Земли как единого целого и вобравшей в себя многое из накопленного разными разделами геофизики и геохимии.

Несмотря на очевидные успехи, в геодинамике еще огромное количество нерешенных вопросов. Например, экспериментально известно,

что сейсмические волны движутся сквозь внутреннее ядро с различной скоростью в зависимости от направления: быстрее в направлении, параллельном оси вращения Земли, и заметно медленнее в направлении, параллельном экватору. Если учесть высокую температуру и давление в центре Земли, то таких различий наблюдаться не должно, так как в этих условиях железо, из которого состоит внутреннее ядро, должно иметь плотнейшую гексагональную кристаллическую упаковку, не дающую анизотропии в свойствах. По утверждению шведов, этот факт пока не нашел объяснения в рамках существующих геодинамических теорий. Предположение о гексагональной упаковке железа в ядре сегодня является общепринятым.

Пытаясь разгадать эту загадку, ученые прибегли к компьютерному моделированию. Одним из методов теории функционала плотности была смоделирована структура решетки из нескольких миллионов атомов железа в условиях существования земного ядра, а затем получена теоретическая модель прохождения волн через виртуальное ядро.

Теория функционала плотности - это одно из квантово-химических приближений, позволяющих моделировать электронную, молекулярную структуры и другие свойства как отдельных молекул (от простейших до белковых), так и кристаллических решеток. По результатам моделирования можно объяснять и прогнозировать свойства вещества. В 1998 году создатель теории функционала плотности Уолтер Кон (Walter Kohn), вместе с Джоном Поплом (John Pople), был удостоен Нобелевской премии по химии "за разработку компьютерных вычислительных методов квантовой химии и за развитие метода функционала плотности".

Оказалось, что экспериментальные наблюдения могут быть объяснены, если допустить, что железо ядра уложено в объемноцентрированную кубическую решетку, а не в гексагональную, как считается сегодня. Объемноцентрированная решетка образована кубами, в вершинах которых находятся атомы железа, и еще один атом железа расположен в центре куба. Эти кубические ячейки расположены так, что диагонали кубов параллельны оси вращения Земли. Такая ориентация и обуславливает различную скорость прохождения сейсмических волн через ядро. По словам одного из исследователей, Бёрье Йохансена (Bцrje Johansson), существование железа в объемноцентрированной форме - пока единственное объяснение наблюдаемой аномалии. Если будут получены окончательные доказательства в пользу другой кристаллической формы вещества ядра, это повлечет пересмотр большей части геодинамической картины Земли, потому что иная кристаллическая форма железа имеет иные теплофизические и магнитные характеристики, а значит, и механизмы теплообмена, зарождения плюмов, поведения магнитного поля могут оказаться другими.

Результаты суперкомпьютерного "путешествия к центру Земли" опубликованы в журнале Science. ЕГ

Клин клином

Любопытный эффект обнаружили теоретики из Массачусетского университета в Амхерсте. Оказывается, две хh2о известные неустойчивости поверхности твердых тел, приводящие к растрескиванию материалов под действием напряжений или к разрыву проводников текущим по ним током, могут эффективно компенсировать друг друга.

Каждый из нас наблюдал причудливую картину трещин, образовавшихся на старых полотнах великих художников или на грязи высохшей лужи. Несмотря на нерегулярность этих разрывов, расстояния между трещинами оказываются приблизительно равными. И подобные "картины" очень часто встречаются в природе, поскольку механизм их образования приблизительно один и тот же.

Возникающие в результате высыхания, тепловых напряжений или других

причин растягивающие механические напряжения на поверхности приводят к развитию специфической неустойчивости. Если на поверхности случайно возник бугорок, то мигрирующим по поверхности атомам выгоднее задержаться на его вершине, поскольку там они слабее связаны с остальными атомами и меньше чувствуют растяжение. В результате бугорки начинают расти, а впадины по тем же причинам, наоборот, углубляться до тех пор, пока в них не образуются трещины. Причем характерный размер этих волн из бугров и впадин вполне определен свойствами поверхности и характером растяжения.

Похожая неустойчивость возникает при протекании электрического тока по поверхности проводников, который толкает диффундирующие по поверхности атомы. Этот процесс электромиграции может приводить к образованию "ям" на поверхности тонких проводников в интегральных схемах, росту их электрического сопротивления и, в конце концов, к выгоранию проводника.

Изучая электромиграцию, ученые с удивлением обнаружили, что эти две неустойчивости могут "гасить" друг друга и стабилизировать поверхность напряженных проводников с током. А как раз механических напряжений в чипах более чем достаточно. Дело в том, что скорость, с которой атомы могут двигаться вдоль поверхности, сильно зависит от ориентации кристаллических плоскостей материала по отношению к поверхности. Поэтому в определенных случаях образовавшаяся впадина быстро заполняется, а холм "срезается" за счет электромиграции атомов, движущихся "вниз" быстрее, чем "вверх".

Обнаруженное явление открывает новый путь стабилизации поверхностей проводников в чипах и, возможно, в других металлических наноструктурах. Быть может, именно оно объясняет давно подмеченную экспериментаторами странность: большинство из постоянно работающих электронных приборов ломается гораздо реже, чем те, которые стоят на полке без дела. И хотя пока не очень понятно, как именно можно использовать новый эффект на благо человеку, авторы надеются, что экспериментальное подтверждение их расчетов и практические приложения не заставят себя ждать. ГА

Новости подготовили

Галактион Андреев

Александр Бумагин

Егор Васильев

Владимир Головин

Евгений Гордеев

Артем Захаров

Евгений Золотов

Сергей Кириенко

Денис Коновальчик

Игорь Куксов

Павел Протасов

Иван Прохоров

Дмитрий Шабанов

Пираты и грабители

Автор: Киви Берд

Несколько недель назад в Мюнхене прошла чудесная (по дружным оценкам участников) конференция "Digital, Life, Design", посвященная цифровому обустройству современной жизни. Среди множества презентаций и докладов особняком стояло выступление известного бразильского писателя Паоло Коэльо. Во-первых, потому, что оно непосредственно связано с Россией. Во-вторых, Коэльо впервые раскрыл "страшный секрет" своей удивительной популярности в самых разных странах мира. А самое главное, писатель растолковал очень простую, но крайне трудно усваиваемую издателями идею о том, что в эпоху цифровых технологий старые модели торговли уже не годятся.

В 1999 году книги Коэльо продавались в России из рук вон плохо (за тот год их разошлось около тысячи), и разочарованное русское издательство решило прекратить эту затею. Коэльо быстро сумел найти другого издателя, но на сей раз решил действовать иначе. На собственном сайте, запущенном еще в 1996 году, он разместил для свободного скачивания файл с русским переводом своего романа "Алхимик".

И хотя никаких промо-акций не устраивалось, продажи бумажных книг заметно подскочили. В течение следующего года было куплено около 10 тысяч экземпляров, еще через год - 100 тысяч. К 2002 году в одной лишь России в общей сложности был продан уже миллион разных книг Коэльо. На сегодняшний день продажи русских переводов его романов перевалили за 10 миллионов и продолжают расти. Писатель убежден, что столь разительные перемены были достигнуты благодаря свободному распространению его произведений в Интернете.