Класс!ная физика



Изобретения Дедала (часть1)

15.01.2017

Предыдущая страница (начало книги) - смотри здесь



Натуральная окраска

В пестроте животного мира наблюдается загадочный пробел: нет ни одного зверя с зеленой шерстью. Такая защитная окраска была бы чрезвычайно полезна для пастбищных животных, однако природа, похоже, не в силах справиться с подобной задачей. Поэтому Дедал изыскивает способ изменения масти животных, вспомнив в этой связи о нашумевшем научном подтверждении версии об отравлении Наполеона мышьяком — подтверждении, основанном на анализе сохранившихся прядей волос императора. Биологи уже высказывали предположение, что повторная линька (например, у змей) является дополнительным механизмом удаления отбросов из организма. Дедал заключил, что для выведения из организма людей и животных вредных металлов служат также ногти, волосы или шерсть.

Постоянная «тренировка» повышает эффективность этого процесса: например, продолжительный прием малых доз мышьяка делает организм нечувствительным к довольно значительным дозам этого яда.

Дедал предлагает стимулировать активность биохимических механизмов отторжения металла у овец, постепенно увеличивая дозу небезвредных, но зато создающих яркую окраску металлических соединений: кобальта (розовый), меди (синий), никеля (зеленый) и т. п. Анализы покажут, какое соединение наиболее эффективно накапливается в шерсти. Таким образом мы создадим не только зеленых овец (равно как коров и лошадей) с прекрасным камуфляжем, но и получим натуральную пряжу яркой расцветки. Более того, изменяя дозу металла в процессе роста шерсти, мы вырастим овцу с многоцветным муаровым мехом — идеальным сырьем для мохеровых свитеров, твидовых тканей и других изделий с нежными переходами цвета. Сейчас Дедал занимается разработкой металлоорганических соединений, которые, поступая в организм животного вместе с пищей, будут откладываться в шерсти. Это позволит производить естественным путем смешанные натурально-синтетические волокна, столь популярные в наши дни.

New Scientist, January 18, 1968.


Из записной книжки Дедала

Удобной моделью для начала нам может послужить процесс отложения мышьяка в волосах. Типичное соединение мышьяка — отравляющий газ люизит. Он реагирует с тиольными группами некоторых ферментов следующим образом:

Именно тиольные группы кератина связывают мышьяк в ногтях и волосах. Цепочка с двойной углеродной связью в молекуле люизита очень напоминает аналогичные цепочки в молекулах многих органических красителей. Вполне реально поэтому было бы синтезировать соединения вида

В случае удачи такие соединения, попадая в организм с пищей, будут затем поступать в шерсть животных. Благодаря высокой окрашивающей способности органических красителей для создания яркой окраски потребуются микроскопические дозы вещества, которые вполне могут оказаться безвредными для организма. Поскольку нам ничто не мешает вводить красящую добавку по своему выбору, мы сможем вывести зеленых, красных и даже оранжево-флуоресцирующих овец (последних будет очень легко отыскивать в снежных сугробах).

Какова же будет расцветка животных? Вряд ли шерсть у овец растет равномерно; скорее всего, одни части тела обрастают быстрее, другие медленнее, а временами рост шерсти прекращается (именно так растут волосы у человека). Поэтому там, где шерсть растет медленно, концентрация красителя будет значительно выше, чем в быстро обрастающих частях тела, — таким образом выявится скрытый рисунок. Если части с различной скоростью роста шерсти невелики и хаотически перемешаны, то появится муаровый узор; возможно также, что шкура станет просто пятнистой. Во всяком случае, после того как закономерности роста шерсти будут изучены, можно будет вводить в организм животного различные красители по заранее разработанному плану, целенаправленно создавая великолепные многоцветные экземпляры. Но как отнесутся к этому сами животные?

Натуральная окраска шерсти животных действительно сильно зависит от наличия тяжелых и цветных металлов. Однако в пищеварительном тракте красители подвергаются действию различных ферментов при значительной кислотности, поэтому органические вещества разлагаются. Тем не менее фантазии Дедала относительно зеленых животных, по-видимому, не абсолютно беспочвенны. Так, по сообщению агентства АДН из Италии, в городке Рефранкоре в области Пьемонт у одной собаки родились шесть щенков, один из которых был зеленым (!), причем через 25 дней после рождения зеленая окраска шерсти стала еще более интенсивной. Ученые объясняют это явление редким генетическим изменением (см. «Известия», № 134, 13 мая 1984г.). — Прим. ред.


Твердая газировка

Леденец-новинка содержит сжатый углекислый газ в микропузырьках, заключенных внутри кристаллов сахара, и восхитительно потрескивает во рту, по мере того как при растворении сахара высвобождается газ. Дедал усматривает в этом далеко идущие возможности. Он указывает, что в очень маленьких пузырьках газ содержится под огромным давлением. Таким образом, вспенивая жидкость и затем вызывая ее затвердевание при повышенном давлении, можно получать твердые материалы с большим запасом внутренней энергии. Пено-мыло КОШМАР энергично массирует влажную кожу благодаря тысячам крохотных взрывов газовых пузырьков. Этот процесс сопровождается характерным шипением, тональность которого можно заранее отрегулировать, подобрав надлежащий размер пузырьков. На этом же принципе основан ультразвуковой стиральный порошок, который поможет навсегда покончить со стиральными машинами, и зубная паста, не только прекрасно очищающая зубы, но и массирующая десны. Дедал также проводит опыты по насыщению кислородом мятного печенья (этот продукт предназначен для подводников: он избавит их от необходимости дышать, поскольку содержащийся в печенье кислород станет усваиваться непосредственно в пищеварительном тракте). К несчастью, образец печенья, содержащий ровно столько кислорода, сколько необходимо для его усвоения организмом, оказался взрывоопасным. Съедобный динамит мог бы заинтересовать геологов и полярных исследователей; начаты также работы по созданию не столь аппетитных пено-кислородных взрывчатых веществ.

Другой отдел фирмы КОШМАР занимается разработкой вспененных под давлением поролонов для мягкой мебели. Зная, сколь опасны продукты сгорания пенополиуретана, Дедал насыщает поры нового пеноматериала газами, используемыми в современных огнетушителях.

Как только во время пожара диван начнет плавиться, миллионы газовых пузырьков разорвутся — огонь погаснет, а сопровождающий это ужасный треск послужит сигналом тревоги. Более того, в доме, обставленном подобной мебелью, пожар вовсе не сможет возникнуть, так как горящая спичка или окурок погаснут, едва начав прожигать дыру в обивке.

New Scientist, September 14, 1978


Из записной книжки Дедала

При атмосферном давлении растворимость газов в жидкостях колеблется в пределах 0,005–0,1% по весу. Поскольку растворимость примерно пропорциональна давлению газа, при давлении в 500 атм весовой процент растворенного газа достигнет 2,5–50%. Дополнительное количество газа может быть введено в жидкость в виде микропузырьков. Давление внутри пузырька превышает внешнее давление на величину 2γ/r, где γ — поверхностное натяжение жидкости, а r — радиус пузырька. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости можно принять равным γ=0,05 Н/м, тогда в пузырьке диаметром 10-8 м (r=5×10-9 м) газ находится под давлением p=2×0,05/(5×10-9) = 2×10-7 Н/м2 = 200 атм.

Наиболее удобный способ создания в жидкости пузырьков такого размера состоит, по-видимому, в насыщении ее пузырьками большей величины и в последующем повышении внешнего давления. Как бы то ни было, путем одновременного растворения газа в жидкости и насыщения ее пузырьками можно ввести в жидкость такое количество газа, которое будет, возможно, даже превосходить по весу количество растворителя. После этого жидкость подвергают затвердеванию. Очевидными кандидатами на роль растворителя можно считать расплавленные пластмассы и растопленный сахар, особенно если удастся подобрать добавки, обладающие повышенной растворяющей способностью по отношению к выбранному газу; требуемое давление составляет несколько сот атмосфер. Заметим кстати, что сахар горюч: C12H22O11 (342 г) = 12 CO2 + 11 H2O; так что сахар, содержащий 36% (по массе) растворенного кислорода, может быть полностью усвоен организмом или сожжен без дополнительной затраты окислителя.


Комментарий Дедала

Конфета, о которой идет речь, называется «Звездная пыль» и выпускается фирмой «Дженерал фудз». При ее изготовлении (Chemical Technology, July 1978, p. 446) углекислый газ под давлением 40 атм растворяется в подогретом сахарном сиропе, после чего сироп затвердевает. Полученная карамель содержит примерно 2 см³/г углекислого газа в виде примесей в кристаллической решетке и 4 см³/г в виде микропузырьков; именно микропузырьки создают эффект «шипучки».

Любопытна история изготовления этого продукта (The Economist, May 26, 1979, p. 114), которая восходит к началу 60-х годов. Первоначальная — и весьма остроумная — идея заключалась в создании твердого концентрата газированных напитков. Попытка, однако, не увенчалась успехом: либо в сахаре не удалось растворить достаточное количество углекислоты, либо углекислота сразу «выбулькивала» из жидкости, в которой при изготовлении напитка растворяли сахар. Тем не менее сам концентрат, растворяясь во рту, обладал свойствами газировки, поэтому в 1962 г. компания «Дженерал фудз» запатентовала его и в последующие годы пыталась продать лицензию другим кондитерским фирмам. Но высокая цена отпугивала потенциальных покупателей, и только в 1978 г., когда срок действия патента истекал, фирма решила сама выпустить «Звездную пыль».

Вполне реально также и взрывчатое вещество, в котором чистый кислород перемешан с горючим материалом. При строительстве Симплонского тоннеля взрывчатку получали при погружении палочек древесного угля в жидкий кислород (оксиликвит). В этом случае, однако, высокая концентрация кислорода достигалась путем понижения температуры, а не за счет повышения давления.

Интересно, что появление газовых включений в твердом теле подсказано природой. Газовые включения (окклюзии) часто наблюдаются в кварце или янтаре (см. [1]). — Прим. ред.


Фейкодер

Растущий интерес к видеотелефонной связи заставляет Дедала задуматься, какой цели может служить такая система. Возможность видеть лицо собеседника не увеличивает содержательность разговора, но по выражению его лица вы можете видеть, что он закончил свою реплику, что он сердится или, быть может, лжет. (Последнее особенно полезно при деловых переговорах.) Однако с технической точки зрения передача столь скромной информации по телевизионному каналу, занимающему полосу частот, достаточную для тысячи телефонных разговоров, — полнейшее расточительство. В этой связи Дедал вспоминает о «вокодере» — устройстве, преобразующем человеческую речь в некое подобие телеграфного кода, который очень экономно использует емкость канала связи. На приемной станции кодированный сигнал приводит в действие синтезатор речи, отчетливо воспроизводящий сказанное, но голосом, лишенным интонаций и эмоциональной окраски. Поражаясь легкости, с какой хороший карикатурист несколькими штрихами передает характерные черты и выражение человеческого лица, Дедал задумал создать телевизионный аналог вокодера. Используя современные принципы распознавания образов при помощи ЭВМ, новый прибор фирмы КОШМАР под названием «фейкодер» преобразует телевизионное изображение человеческого лица в графический шарж с последующим его переводом в стандартный импульсный код для передачи по телефонному каналу. Этот простой сигнал, изменяющийся всего лишь примерно 20 раз в секунду, занимает очень узкую полосу частот и вполне может быть передан вместе с голосом по одному телефонному каналу. Это остроумное приспособление позволит перевести всю телефонную сеть на «видеотелефон» без необходимости замены существующих коммуникаций на дорогостоящий телевизионный кабель.

Для подготовки соответствующего программного обеспечения ЭВМ психологи фирмы КОШМАР изучают человеческую мимику. С этой целью они просматривают мультфильмы Уолта Диснея, телевизионные выступления политических деятелей, отражающие широкий спектр приемов уклончивости и фальши, а также наблюдают ведущиеся посредством мимики беседы между испытуемыми, разделенными перегородками из матового стекла различной степени прозрачности. На основании полученных данных предполагается составить программы кодирования, так что фейкодер будет передавать лишь информацию о выражении лица собеседника, отбрасывая несущественные детали, такие, как характер освещения или фон. Передаваемый «шарж» позволит опознать собеседника, однако основное «содержание» изображения будут составлять эмоции. Таким образом, вы получите возможности разговаривать с мультипликационной картинкой, которая будет выражать вам свое согласие или сомнение, расположение или враждебность — любые эмоции в чистом виде, вроде того, как это делал Чеширский кот из «Алисы в стране чудес» Льюиса Кэрролла. Регулятор усиления позволит превратить легкое недовольство в кипящую ярость, слабое сомнение в полное замешательство; это будет очень удобно при разговорах с людьми, умеющими в любых ситуациях сохранять непроницаемое выражение лица. И наоборот, это позволит ослабить страсти темпераментных собеседников до уровня нейтральной благовоспитанности и избежать таким образом многих досадных недоразумений, происходящих из-за различия национальных темпераментов.

Еще большую пользу может принести фейкодер как средство для уничтожения непреодолимого коммуникационного барьера между автомобилистами. Безопасность движения поднимется на невиданную высоту, если каждый автомобиль будет оснащен фейкодером, проецирующим лицо водителя на экраны, установленные спереди и сзади автомобиля. Это положит конец дорожному изоляционизму автоводителей. Одного взгляда на автомобиль будет достаточно, чтобы понять, кто за рулем: лихач, растерянный новичок или раззява, — и действовать соответственно обстановке. Нарушитель сможет извиниться, изобразив на своей карикатуре раскаяние, и тем самым смягчить гнев потерпевшей стороны. А огорченная мина водителя, у которого мотор заглох перед светофором, умерит негодование тех, кто по его милости застрял на месте. Бурные эмоции уступят место инстинктивно-вежливому обмену улыбками.

Но подлинную революцию изобретение Дедала произведет, по-видимому, в отношениях между человеком и машиной. Управляя, например, большим химическим производством, оператор должен быстро и безошибочно вмешиваться в ход технологического процесса. Использование пульта, снабженного множеством стрелочных приборов, представляется довольно примитивным способом контроля процесса; листы машинных распечаток в этом смысле еще менее удобны. Вместе с тем мы еще с младенчества научились распознавать различные нюансы человеческой мимики и выработали инстинктивные навыки ублажать своих родителей. Инженеры фирмы КОШМАР разрабатывают на основе фейкодера систему управления химическим производством, в которой приборная панель будет заменена одним или несколькими телевизионными экранами. Лица на экранах будут изменять выражение в соответствии с ходом процесса: рост производительности будет изображен благодушной улыбкой, та или иная степень недовольства покажет, что с агрегатом не все в порядке, панический ужас послужит предвестником надвигающейся катастрофы. С одного взгляда оператор сможет оценить положение дел, а врожденные навыки позволят ему управлять процессом с невиданной доселе эффективностью. Кроме того, подобный метод управления, несомненно, будет способствовать пробуждению человеческих качеств у зачерствелых технарей и станет шагом к созданию «технологии с человеческим лицом». Его внедрение поможет значительно увеличить число людей, влюбленных в свою работу.

New Scientist, October 25 and November 1, 1973


Для дома, для семьи

Как считает Дедал, до сих пор научно-техническая революция лишь поверхностно сказывалась на облегчении домашних хлопот. По своей сути труд домохозяйки остается прежним, несмотря на появление все новых сверкающих никелем и хромом приспособлений. Дедал хочет представить на суд читателя некоторые результаты, полученные на основе радикального пересмотра подхода к домашнему труду. Все, что связано с приготовлением пищи, едой, посудой, можно существенно упростить. Для начала неэкономичную и требующую постоянного ухода духовку следовало бы заменить простым стержневым электронагревателем, который прогревает пирог, цыпленка и т. п. изнутри, а не снаружи. Чтобы избежать утечки тепла и пара, продукт можно завернуть в фольгу. Более того, почему бы не начать изготовление порционных полуфабрикатов? Один из возможных вариантов — универсальный пищевой модуль в виде фаршированного цилиндра с собственным электронагревателем, что-то вроде штепсельной сосиски. Всю столовую посуду может заменить стол-конвейер, представляющий собой медленно движущийся транспортер, в ленте которого имеются углубления, служащие кастрюлями, тарелками и т. п. Жидкая пища (суп, каша) готовится в этих углублениях у одного конца стола-конвейера, а съедается в его средней части. Далее лента транспортера очищается от остатков пищи вращающейся щеткой и, проходя под нижней поверхностью стола, моется и сушится.

От пыли, которая (в силу законов энтропии) обычно равномерно рассеивается по всему помещению, нетрудно избавиться, создав «потенциальную яму» для пылинок. Если, к примеру, установить в комнате лоток с глицерином или патокой, а пыль с помощью мощного вентилятора поддерживать в интенсивном движении, то рано или поздно все пылинки завязнут в жидкости. Пол же можно сделать слегка наклонным и время от времени заставлять его вибрировать — тогда весь мусор будет скапливаться в самом низком углу, откуда его легко убирать. Можно также покрыть пол ковром в виде ленты транспортера, которая, медленно двигаясь, очищается от пыли, проходя под полом. Правда, придется принять меры, чтобы мебель оставалась на месте: например, установить ее на ролики и привязать веревочками.

New Scientist, January 5, 1967


Комментарий Дедала

Приятно отметить, что вслед за моим выступлением электрическая сосиска была, наконец, изобретена. New Scientist (Sept. 9, 1971, p. 577) цитирует английский патент № 228 914, выданный фирме Anstalt Euroresearch: «…твердое пищевое изделие, например сосиска, помещается в аппарат таким образом, что каждый конец попадает в отсек с электролитом; электрический ток пропускается по цепи, образованной электродами, электролитом и сосиской». Для нагрева сосиски используется ее электропроводность — я выдвинул эту идею в журнале New Scientist 17 апреля 1969 г. Не следует только тыкать в сосиску, пока она варится, металлической вилкой.

Некоторое время назад Дедал начал испытывать новый способ уборки помещений от пыли, в котором использовались противень с патокой и мощный вентилятор. Пыль, поднятая вентилятором, циркулирует в воздушных потоках, и рано или поздно каждая пылинка попадает на противень с патокой и остается там. После нескольких уборок патока загустевает от пыли; пропустив ее через отжимные вальцы, вы получите вновь жидкую патоку и удобный фетровый коврик впридачу. Этот способ представляет собой пример реализации «демона Максвелла», сортирующего физические объекты (скажем, в зависимости от их температуры). На молекулярном уровне, как первоначально и предполагал Максвелл, такой демон неосуществим, однако с более крупными объектами он справляется прекрасно, и сейчас Дедал разрабатывает ряд таких «демонических устройств». Таков, например, «гуманный демон» для удаления мух из помещения, который устанавливается на окне или форточке. Как только муха в своих беспорядочных блужданиях приближается к «демону», чувствительные датчики открывают дверцу устройства и выпускают муху на улицу. Мухи с улицы, однако, лишены возможности влететь в комнату, так что в конце концов в помещении не останется ни одного насекомого. Еще лучше будет работать такой «демон» с бескрылыми тварями вроде мышей или тараканов. Рано или поздно любопытство или случай приведут их к дверце устройства, которое любезно выпроводит их наружу.

В конструкции, обладающей более высокой избирательностью, должны использоваться сложные оптические, акустические, электронные датчики, подключенные к самообучающемуся микрокомпьютеру. Такой прибор можно научить пропускать существа только одного определенного вида, вырабатывая у него «рефлекс» на открывание дверцы при предъявлении определенного «пропуска». Ящик, в стенке которого установлен подобный прибор, будет гуманно и эффективно отлавливать особей заданного вида, отвергая посторонних. На этом принципе может быть основано «демоническое рыболовство». Для этого с берега в море опускается труба, на конце которой установлен «демон», запрограммированный на пропускание трески, селедки и т. д. И рыба нужного сорта из подходящих к берегу косяков непрерывным потоком пойдет по трубе на береговую рыбообрабатывающую фабрику.

New Scientist, October 1, 1970


Подземные кладовые электричества

Гомополярная теория земного магнетизма утверждает, что в конвекционных потоках расплавленного железа, движущихся в ядре Земли под действием магнитного поля планеты, возникает электрический ток, который в свою очередь поддерживает это поле. Дедал видит в существовании этих токов ключ к решению энергетической проблемы — нужно только опустить электроды настолько глубоко, чтобы подключиться к глубинным токам. Глубина обычного бурения ограничена несколькими километрами. Дедал, однако, вспоминает, что скальные породы в действительности пластичны и земной шар пребывает в гидростатическом равновесии. Именно поэтому подземные месторождения нефти находятся под давлением, и чтобы скомпенсировать его, нефтедобытчикам приходится закачивать в скважины тяжелый глинистый раствор. Допустим, говорит Дедал, мы заполним десятикилометровую скважину не глинистым раствором, а гораздо более плотной жидкостью, скажем, ртутью. Гидростатическое давление на дне скважины составит около 13000 атм, т.е. намного превысит давление в окружающей породе. Порода начнет понемногу — а возможно, и довольно быстро — поддаваться, поскольку температура на такой глубине может превышать 400°С. Ртуть станет пробиваться вниз, и если ее непрерывно подливать сверху, то процесс пойдет со все возрастающей скоростью.

Любое твердое тело при достаточно высокой температуре становится проводником электричества (за счет теплового возбуждения электронов). Это дает Дедалу основания надеяться, что ртутный «бур-электрод» уже через несколько десятков километров достигнет «динамотоков» и не понадобится бурить на 1000 км в глубь Земли, чтобы достичь собственно жидкого ядра. Кроме того, по мере углубления во все более горячие слои ртуть можно заменить менее дорогостоящими и более тугоплавкими сплавами — от сплава Вуда до расплавленного железа. Чтобы создать наибольшую возможную разность потенциалов, Дедал намерен подключиться к подземным токам в нескольких точках, имеющих разную полярность. Вполне вероятно, что разность потенциалов не превысит 100 В, однако внутреннее сопротивление Земли, по-видимому, настолько мало, что можно будет отбирать токи в миллиарды ампер, не опасаясь замкнуть Землю накоротко. Новый источник энергии разрешит все энергетические проблемы, стоящие перед человечеством, не создавая угрозы окружающей среде. Но одобрят ли этот проект члены Общества друзей природы?

New Scientist, July 14, 1977


На прошлой неделе Дедал обнародовал свой проект бурения на глубину, где протекают электрические токи, поддерживающие магнитное поле Земли. Это позволит, как считает Дедал, получать дешевое электричество через токосъемники из расплавленного металла. Теперь Дедал замечает, что отводимый от подземной «динамомашины» ток может раскалить металлические колонны-электроды до очень высоких температур. Когда же они раскалятся настолько, что окружающая расплавленная порода сама станет хорошим проводником электричества, надобность в электродах отпадет. Саморазогревающаяся токонесущая колонна, раскаленная добела, подобно свече Нернста, соединит земные недра с поверхностью — получится что-то вроде укрощенного электрического вулкана, или, как называет его Дедал, «электран». Через него к поверхности будет поступать огромное количество тепла — как за счет электрического нагревания токопроводящей колонны, так и за счет конвекции раскаленной магмы к поверхности Земли.

1. Чтобы извлечь из лавы тяжелые металлы, на ее выходящий из недр поток набрызгивается расплавленный металл (например, железо).

2. Электрод из расплавленного железа служит токосъемником, а также используется для извлечения ионов металлов из лавы.

3. Мусор сбрасывается в нисходящий поток лавы.

4. Газоотвод. В лаве могут содержаться полезные газы (например, метан).

Выходящие на поверхность глубинные породы окажутся чрезвычайно интересными для геологов, а также будут иметь огромное значение для экономики (поскольку Дедал предполагает, что за прошедшие геологические эпохи более тяжелые элементы — такие, как золото, платина, палладий и т. д., — опустились глубоко в земные недра). Нисходящие конвективные потоки расплавленной породы могут использоваться для захоронения всевозможных отходов, включая радиоактивные и канцерогенные вещества. Электраны сослужат также хорошую службу науке. Благодаря действию пьезоэлектрических эффектов в перенапряженных раскаленных породах сейсмические «скрипы» и «стоны» планеты должны передаваться в проводящие слои. Возникающий при этом электрический ток будет усиливаться — под воздействием того же гомополярного механизма, который поддерживает глобальные электрические токи и геомагнитное поле. Анализ электрических шумов, прослушиваемых с помощью электрана, даст важную геофизическую информацию. Можно будет, к примеру, предсказывать или даже предотвращать землетрясения, подавая на электран напряжение на резонансной частоте, которое, будучи усилено действием гомополярного механизма, вызовет резонансное электрострикционное разрушение перенапряженных пород. Аналогично телеграфные сигналы, поданные на один электран, будут приняты другими по всему земному шару. Более того, возможно, они вызовут модуляцию магнитного поля Земли, так что для их приема понадобится всего-навсего обычный компас! Во что только превратят эти фантазии Дедала нашу несчастную планету?

New Scientist, July 21, 1977


Электрическая чистка

С точки зрения химической технологии мытье посуды представляет собой чересчур неэкономичный процесс: чтобы смыть немного грязи, расходуется огромное количество воды. Еще более вопиющие примеры расточительности дают нам стирка и баня, а многие промышленные процессы и того хуже. Каждая частица грязи обволакивается слоем молекул моющего средства (детергента), который удерживает ее во взвешенном состоянии в жидкости, так что этот дорогостоящий продукт в конечном счете тоже идет в сливную трубу. В поисках мер экономии Дедал вспомнил о гальваностегии — методе нанесения металлических покрытий посредством электролитического осаждения металла на поверхность изделия. Точно так же, рассуждает Дедал, грязь из моющего раствора может осаждаться на соответствующем электроде. По мере того как электрод покрывается пленкой грязи, молекулы детергента станут освобождаться — таким образом, мы получим чистый пенистый раствор моющего средства, пригодный для повторного использования. На этом принципе Дедал создает «вечные» тазы для мытья посуды, «вечные» стиральные корыта и ванны. Грязь, попавшая в моющий раствор, удаляется методом гальваностегии, и одной зарядки стиральным порошком и чистой водой хватит навечно!

Электрофорная детская ванна КОШМАР безукоризненно отмывает младенца. Его нежную кожу не нужно тереть мочалкой.

Более того, осаждение грязи на одном электроде может сопровождаться противоположным процессом — ее удалением с другого электрода. Вероятно, такой бесшумный электролитический процесс позволит удалить грязь с ложки и засаленной рубашки не хуже, чем ручная или механическая мойка и стирка. Дедал проектирует гигиеническую электрическую баню, где посетитель (выступающий в роли одного из электродов!) подвергается анодной очистке: грязь собирается на другом электроде, расположенном рядом со сливным отверстием. Электрическое удаление поверхностного загрязнения станет самым чистым из когда-либо существовавших способов мытья. Оно будет оставлять восхитительное ощущение искрящейся чистоты, особенно если придется применить высокое напряжение или облучение ультразвуком. Но что делать с теми электродами, на которые грязь откладывается? Густое, жирное, волокнистое отложение пристанет к ним не хуже любой краски. Быть может, это вещество и следует использовать как краску, закрепляя полученное таким образом покрытие горячей сушкой? Пожалуй, мысль о совмещении общественной бани с цехом окраски автомобильных кузовов, где продукт коллективной помывки будет использован в качестве краски, нужно оставить: слишком бедна окажется цветовая гамма автомобилей. Скорее всего осажденную на электродах грязь придется соскребать и продавать на плантации шампиньонов.

New Scientist, July 20, 1978


Из записной книжки Дедала

На положительном электроде — грязь, которую предстоит удалить. Поверхностному натяжению пленки, уже ослабленному за счет адсорбции молекул детергента (а), противодействуют силы отталкивания, создаваемые поверхностным положительным зарядом; в конце концов положительно заряженные частицы грязи (б) покидают электрод и движутся в суспензии (в) к отрицательному электроду. На отрицательном электроде (г) положительный заряд нейтрализуется. Капелька сливается с пленкой грязи (д), вследствие уменьшения площади поверхности молекулы детергента выталкиваются из пленки и мигрируют к положительному электроду.

Следует заметить, что отмывание грязи — не только физический, но и химический процесс, связанный, например, с омылением эфиров и превращением детергента из соли в свободную кислоту или соль кальция или магния, плохо растворимую в воде, так что детергент может быть сам подвергнут электролизу и частичному растворению. Поэтому метод, предложенный Дедалом, вряд ли поможет нам добиться «сверкающей чистоты». — Прим. ред.


Тепловые насосы и штаны с обогревом

Дедал размышляет над проблемой теплой одежды. Нынешняя мода, судя по всему, предлагает решения, менее всего рассчитанные на сохранение тепла тела: минимальное количество тонкой, плотно облегающей одежды, что вряд ли пригодно для холодной погоды. Дедал нашел совершенно новый и термодинамически совершенный выход из положения: одежду с тепловым насосом. Если бы, к примеру, наши тонкие джинсы забирали тепло от окружающего воздуха, допустим при 10°С, и подводили его к телу при температуре 36°С, то эти джинсы были бы теплее любых самых экстравагантных меховых штанов. В то же время при такой скромной разности температур тепловой насос может перекачивать в виде тепла по меньшей мере в десять раз больше энергии, чем потребуется для его приведения в действие. Предлагаемое Дедалом устройство в значительной мере основывается на современных принципах капиллярно-волоконных теплообменников. Химики-технологи фирмы КОШМАР пытаются получить капиллярные волокна методом вибрирующей фильеры, добиваясь регулярного чередования перетяжек и сужений. Особый интерес представляют асимметричные перетяжки, которые могли бы играть роль клапанов одностороннего действия. Как только удастся получить капиллярное волокно с чередующимися сужениями и односторонними клапанами, его начнут производить в атмосфере паров фтористоуглеродных соединений. Внутри капилляра фтористоуглеродное соединение (которое, как рабочее тело теплового насоса, будет иметь оптимальную летучесть) частично сконденсируется.

Заполненное летучей жидкостью капиллярное волокно необходимо соткать в махровую ткань типа полотенечной. При достаточно аккуратном переплетении чередующиеся сужения и клапаны окажутся в плоскости основы, а петельки трубчатого волокна будут выступать по обе стороны ткани. Представьте теперь, что из этой ткани сшиты штаны. При малейшем движении их владельца волокна ткани будут изгибаться, изменяя тем самым внутренний объем каждой петельки наподобие манометрической трубки Бурдона. Соответственно каждая петелька станет действовать как крошечный перистальтический насос. Пары фтористоуглеродного соединения, содержащиеся внутри петельки на лицевой стороне, будут сжиматься и проходить через односторонний клапан в изнаночные петли, где произойдет их конденсация в жидкость, а тепло, соответствующее скрытой теплоте конденсации, перейдет на кожу человека. При обратном движении объем и лицевых петельках увеличится и жидкость из изнаночных петель станет перетекать через сужения в лицевые петли, где она вновь испарится, отбирая тепло от окружающей среды. Таким образом, любое движение хозяина этих необыкновенных брюк должно приводить в действие тепловой насос. На каждую калорию энергии механического движения тепловой насос может перекачивать до десяти калорий тепла. Штаны компании КОШМАР блестяще разрешат противоречие между удобством и модой. Самые обычные движении — ходьба или даже просто дыхание — будут прекрасно согревать человека, что позволит сэкономить много киловатт дорогостоящего центрального отопления. Более того, использование одежды с тепловым насосом может привести к совершенно неожиданным результатам, поскольку в этом случае при каждом движении тело человека получает больше энергии, чем расходует. К примеру, любители бега трусцой, нарядившись в новую одежду, рискуют набрать лишний вес!

New Scientist, February 28, 1980


Из записной книжки Дедала

Термодинамические принципы одежды с тепловым насосом. Производительность теплового насоса (отношение количества теплоты, переданной телу, к затраченной работе) в идеальном случае равна а=Твых/(Твыхвх), где Твых и Твх — температуры соответственно на выходе и на входе насоса. Принимая Твых = 36°С = 309°К, Твх = 10°С = 283°К, получим а = 12,3 Дж/Дж. На практике это значение недостижимо, но даже и 10 Дж тепла на 1 Дж механической работы — это очень неплохо. В качестве рабочего тела, по-видимому, лучше всего использовать фреон-114 (дихлортетрафторэтан), который кипит при 4°С. Для полярной одежды, однако, больше подойдет хлортрифторэтилен (Ткип = –28°С).

Изготовление волокна. В технологии химических волокон, как правило, единственным надежным советчиком может быть только опыт. Но, если повезет, резкий отброс фильеры назад даст на волокне сужение:

а при резком движении вперед получится односторонний клапан: 

При помощи пьезоэлектрических вибраторов можно добиться любого заданного движения фильер, так что желаемого результата наверняка удастся достичь.

Действие теплового насоса. Насколько эффективными окажутся «петельчатые» тепловые насосы? Боюсь, что эффективность их невелика — только резкое изгибание основы (на складках, крупных суставах и т. д.) приведет к существенному изменению объема лицевых петель. Лучше, пожалуй, ткать петельчатую ткань таким образом, чтобы каждая петелька имела излом; тогда при малейшем изгибе основы ткани излом будет перемещаться по петельке, превращая ее в настоящий перистальтический насос. Еще эффективнее может оказаться косое перемещение волокна, вызываемое трением ткани о кожу. Поскольку такие движения охватывают большую площадь, общее количество перекачиваемого тепла будет гораздо больше и к тому же распределится более равномерно. Неважно, что изломы будут перемещаться, открываться и закрываться совершенно произвольным образом: односторонние клапаны обеспечат перекачивание жидкости в требуемом направлении.

Еще одно достоинство. Мы инстинктивно потираем те участки тела, которые мерзнут. При этом лицевые петли ткани разглаживаются и действие теплового насоса становится особенно интенсивным. Соответственно это будет эффективно согревать обладателя такой одежды даже в сильный мороз. Нужно отметить, что для экспериментальной проверки рассмотренной здесь идеи больше подойдут не брюки, а носки и перчатки, поскольку они защищают конечности, которые замерзают особенно быстро и вместе с тем наиболее подвижны.

К сожалению, проблема кпд теплового насоса до сих пор вызывает горячие споры (см., например, книгу [2], с. 268–275), кроме того, пережать капилляры простым трением руки, как предлагает Дедал, вряд ли возможно [3]. Инстинктивно потирая мерзнущие участки тела, едва ли можно пережать капилляр. — Прим. ред.


Усмирение кильватерной струи

Дедал размышляет над тем печальным фактом, что коэффициент полезного действия любого средства передвижения равен нулю. Действительно, на перемещение автомобиля, самолета, корабля затрачивается энергия, однако в пункте назначения энергия транспортного средства ни на йоту не больше, чем там, откуда мы начали путь. Вся затрачиваемая энергия превратилась в пути в бесполезное тепло. Основная причина потерь энергии кроется в сопротивлении среды, где движущийся транспорт оставляет за собой след в виде воздушных или водяных вихрей. Дедалу пришло в голову, что, создав впереди траспортного средства дополнительные вихри, равные по силе существующим, но противоположно направленные, можно полностью успокоить среду. К сожалению, рассчитать заранее такие искусственные возмущения, которые необходимо создать перед движущимся транспортным средством, было бы слишком трудно. Придется установить позади транспортного средства датчики, регистрирующие остаточную турбулентность и управляющие действием генераторов вихрей, установленных впереди. При помощи соответствующей самообучающейся системы можно было бы добиться такого положения, когда показания датчиков близки к нулю. Такую задачу нетрудно решить, используя обратную связь с временной задержкой (поскольку пройдет какое-то время, прежде чем транспортное средство догонит и уничтожит возникающие перед ним вихри).

Поначалу Дедал был ошеломлен: подобный проект приводил к удивительным результатам. С одной стороны, антитурбулентный корабль (или любое другое транспортное средство) расходует дополнительную энергию на приведение в действие генераторов вихрей. С другой стороны, рассеяние энергии в среду отсутствует, так как за кораблем не остается никаких возмущений. Куда же девается энергия? Дедал пришел к выводу, что генераторы вихрей ускоряют судно: искусственно созданные волны и вихри, которые гасят турбулентные потоки позади судна, неизбежно должны сообщать ему ускорение, направленное вперед. Более того, отсутствие кильватерной турбулентности означает, что такой способ передвижения практически не требует энергетических затрат: мощность, затрачиваемая на создание вихрей впереди судна, идет на его ускорение. Открываются огромные резервы экономии. Флот Дедала, движимый вынесенными вперед ластами и плавниками, будет легко скользить по воде, оставляя за собой ровную гладь. Спутный след самолета, кильватерная струя корабля, возмущения воздуха, производимые автомобилем, будут специально создаваться перед ними и тут же превращаться в полезную работу. Даже шум можно будет обратить на пользу.

New Scientist, August 15, 1968


Комментарий Дедала

У вихрей-гигантов есть вихри-нахлебники,
У вихрей-нахлебников — вихрики-детки,
И так продолжается это вращение,
Пока не поглотит все вязкое трение.

Это стихотворение Л. Ф. Ричардсона, в котором подведен итог его классической работы 1920 г. по атмосферным вихрям, должно рассеять наше печальное заблуждение, будто все механические потери неизбежно и необратимо обращаются в тепло. Переход упорядоченного механического движения в тепловой (молекулярный) хаос обычно происходит поэтапно, причем на каждом этапе масштабы упорядоченных подсистем становятся все меньше. Второе начало термодинамики позволяет, однако, получать полезную механическую работу на любом этапе, исключая самый последний, когда вся энергия переходит в беспорядочное тепловое движение молекул. В настоящем проекте я предлагаю использовать механическую энергию на нескольких первых стадиях ее рассеяния в вязкой среде, а именно энергию больших волн и макроскопических турбулентностей. Представьте, что мы отсняли с воздуха на кинопленку корабль, идущий по морю, а затем прокрутили фильм в обратном направлении. Мы увидим, что носовая волна и кильватерная струя движутся к судну, а дойдя до него, полностью гасятся. Корабль как бы движется по неспокойному морю, используя энергию волн для продвижения вперед. Если оставить в стороне процессы, происходящие на молекулярном уровне, то можно считать, что любое механическое движение обратимо во времени, так что наш «фильм» изображает вполне реальное событие. Генераторы вихрей, установленные впереди антитурбулентного корабля, должны создавать именно такую картину сходящихся волн и вихрей, какую мы видим при обратном движении пленки. Нам не удастся вернуть лишь энергию, израсходованную на вязкое трение и трение скольжения. Поэтому антитурбулентный корабль — в полном согласии со вторым началом термодинамики! — оставит за собой спокойную воду при чуть-чуть более высокой температуре.

Рассуждения Дедала полностью справедливы. Следует отметить, что именно строгая оценка потерь, связанных с образованием волн и вихрей, в значительной степени обусловила появление судов на подводных крыльях. Приоритет советских ученых в создании «безвихревых» судов бесспорен. — Прим. ред.


Потрясгаз

Дедал нашел химическое объяснение той глубокой некомпетентности почтенных учреждений, которую так правдиво живописал Паркинсон (см. Паркинсон С. Н. Закон Паркинсона, или пути прогресса. — Иностранная литература, 1959, № 6. — Ред). Непроизвольное выделение феромонов, влияющих на настроение окружающих (например, субстанций страха, которые могут поднять панику или натравить сторожевого пса на трусоватого почтальона), быть может, и создает ту почти осязаемую атмосферу безнадежности, что господствует на бирже труда или в благотворительной столовой. В такой атмосфере даже молодые и энергичные люди быстро теряют присутствие духа. Дедал намерен выделить эликсир некомпетентности и безнадежности из воздуха, наполняющего помещения благотворительных организаций, мелочных лавок на захудалых курортах и т.д. Дедал предполагает, что, как и другие феромоны, это вещество очень простое по своему химическому составу; весьма вероятно, что оно не было обнаружено до сих пор лишь потому, что, случайно получая его, химики испытывали при этом приступ глубочайшей апатии. Однако сотрудники фирмы КОШМАР, подготовленные к возможным неожиданностям, вскоре выпустят первую партию концентрата под торговой маркой «Потрясгаз» в качестве идеального «гуманного средства» для усмирения бушующей толпы.

«…случайно получая его, химики испытывали приступ глубочайшей аппатии»

Как естественное выделение человеческого организма, это вещество не может давать опасных побочных эффектов, а его запах будет едва заметным, хотя и невероятно удручающим. Попав под действие «потрясгаза», даже самые непоколебимые пошатнутся, обуреваемые сомнениями в своей способности справиться с той или иной задачей, которая сразу же покажется им немыслимо сложной и туманной. Приступ пораженческого настроения приведет к тому, что они сами начнут выделять феромоны, подавляющие волю. Фирма КОШМАР собирается выпустить также «потрясгаз» в аэрозольных баллончиках — лучшее средство против угонщиков самолетов (конечно, если пилот сам вовремя успеет надеть кислородную маску).

Возможности «потрясгаза», однако, несравненно шире. Поскольку этот феромон призван укрощать строптивых и тем самым поддерживать порядок на многосложной социальной лестнице, его можно использовать и для того, чтобы хитроумным образом извратить или подорвать этот порядок. Это будет находка для чиновников, стремящихся саботировать деятельность конкурирующих отделов и учреждений, для пылких Ромео, ищущих путь к сердцу надменных красавиц, для генералов, стремящихся ослабить боевой дух противника. Вообще, «потрясгаз» представляется идеальным оружием тайной войны. Страна, исподтишка окутанная облаком этого невидимого газа, станет совершать необъяснимые политические просчеты, пребывая под гнетом пораженческих настроений. Не в этом ли кроется возможная причина нынешнего прискорбного состояния Великобритании — на фоне экономического подъема ФРГ и Японии?

К счастью, должно быть и противоядие. В ходе эволюции у человека, вероятно, выработались гормоны, нейтрализующие действие «потрясгаза». Соответственно Дедал пытается отыскать противоядие «потрясгазу» в крови самоуверенных, не знающих сомнений и колебаний людей, которым нипочем флюиды безнадежности, выделяемые робкими и слабыми. Фирма КОШМАР предлагает бесплатное медицинское обследование всем энергичным бизнесменам, получая под этим прикрытием анализы крови для оценки индивидуальной устойчивости к «потрясгазу». Полученное противоядие «потрясгазу» можно будет использовать для оживления экономики и борьбы с депрессией, а также в целях национального возрождения. Однако Дедал сомневается, можно ли выпускать столь сильнодействующие средства в широкую продажу в обществе, охваченном жестокой конкурентной борьбой. Как только секрет выйдет наружу, каждый будет пытаться вывести из строя своих соперников и укрепить свои позиции, так что весь социальный порядок (поддерживаемый, как предполагается, действием естественных феромонов) будет нарушен. Лучше поэтому не разглашать секрет фирмы и использовать полученные вещества для борьбы с конкурентами.

Забавные рассуждения Дедала основаны на хорошо известных наблюдениях за поведением животных и насекомых, в котором феромоны играют ключевую роль. К этой теме он возвращается позднее, в заметке «Необнюханные — слаще». — Прим. ред.

New Scientist, March 26 and April 2, 1970


Не подмажешь — не поедешь

Существует особая краска для судов, которая не высыхает полностью и тем самым предотвращает обрастание подводной части судна всевозможными морскими «прилипалами». Лакокрасочное отделение фирмы КОШМАР однажды изготовило партию настолько жидкой такой краски, что она медленно сползала по бортам судна и стекала с киля в воду. Этот счастливый случай побудил химиков фирмы заняться разработкой новых жидкотекущих красок, которые позволили бы автоматизировать дорогостоящие малярные работы. Наружную окраску зданий, например, можно производить при помощи распылительной трубы, проложенной вдоль конька крыши. Толстым густым слоем краска будет стекать по крыше в желоба, установленные по периметру, а оттуда — на стены здания. Специальные уловители отведут краску от окон здания; в конце концов стекающая со стен краска соберется в канавки, прорытые на земле вдоль стен, и после очистки вновь поступит на крышу.

Толстый, самозатягивающийся, непрерывно возобновляемый слой краски избавит домовладельцев от одной из самых сложных проблем. Подобно смоле или «дурацкой замазке» (которые обладают подобной текучестью), краска не будет липкой на ощупь. В силу своей высокой вязкости такая краска не образует потеков, однако очищать и перекачивать ее будет непросто. Вероятно, придется подумать о возможности ее подогрева или разбавления каким-нибудь летучим растворителем. Несмотря на эти сложности, непрерывная «автоматизированная» окраска произведет революцию в эксплуатации не только жилых зданий, но и мостов, заводских цехов и даже морских судов. Памятуя о своем прежнем опыте, Дедал намерен создать защитную краску для судов с плотностью, равной плотности морской воды, чтобы краска не тонула и не всплывала. Краску, наносимую на нос корабля, поток воды будет увлекать к корме, откуда она будет перекачиваться для последующей регенерации. Такая краска произведет переворот в судостроении. Поверхностное натяжение делает слой краски гладким на молекулярном уровне; кроме того, благодаря своей вязкости защитный слой краски будет подавлять любые завихрения прежде, чем они успеют возникнуть. Суда, окрашенные подобной краской, станут двигаться, подобно дельфинам, в чисто ламинарной струе, не создавая никаких турбулентностей, что, вероятно, позволит снизить расходуемую мощность до десятой доли прежней мощности.

Silly putty — синтетическое вещество, вязкость которого изменяется в широких пределах в зависимости от скорости деформации. — Прим. перев.

Следует учесть, что поверхность стены не может быть идеально гладкой, кроме того, существенную роль будут играть вибрации и пыль. И наконец, вязкость жидкой краски для судов будет изменяться из-за поглощения различных элементов из морской воды. Так что переворот в судостроении, о котором мечтает Дедал, вряд ли удастся осуществить таким путем. — Прим. ред.

New Scientist, January 8, 1981


Из записной книжки Дедала

Какой вязкостью должна обладать жидко-текущая краска? Пленка жидкости с вязкостью η, плотностью ς и толщиной x стекает по вертикальной стенке со средней скоростью v=ςgx2/3η, т.е. η=ςgx2/3v. Нам нужно, чтобы краска стекала по стене дома высотой, скажем, 10 м за время от месяца до года (107 – 108 с), т.е. чтобы скорость стекания была v=10-6 – 10-7 м/с. При толщине пленки порядка 1 мм мы получим требуемую вязкость в пределах 104 – 105 Н•с/м2 — такая вязкость типична для смол и мягких восков.

При столь малой скорости поток, конечно, не может быть турбулентным. Однако, чтобы предотвратить ламинарные неоднородности потока (наплывы, потеки и т.д.), необходим соответствующий подбор поверхностного натяжения и тиксотропных свойств (способности к восстановлению после деформации).

Какого выигрыша следует ожидать от применения жидкотекущей краски, если она позволит судну двигаться в ламинарном, а не в турбулентном потоке? По данным Р. Дж. Моргана (Science News, 40, 1956, p. 96), поверхностное сопротивление в турбулентном потоке равно

RТП = 0,455A(lgRe)-2,58
а в ламинарном потоке
RЛП = 1,339A(lgRe)-0,5,

где Re – число Рейнольдса (Re=vlς/η), А — гидродинамическое сопротивление, равное 0,5ςv² на 1 м² смоченной поверхности. Для небольшого судна длиной l = 20 м, идущего со скоростью v — 5 м/с в воде о плотностью ς=1000кг/м³ и вязкостью η = 10-3 Н•с/м², получим RТП = 27 Н/м² и RЛП = 1,7 Н/м². Хотя обе эти оценки занижены из-за пренебрежения потерями на образование волн, тем не менее, как мы видим, они отличаются не меньше, чем в десять раз!

Кстати, сотни квадратных метров этого вязкого слоя, текущего от носа к корме, находятся в контакте с морской водой, после чего краска собирается и очищается. Это создает идеальные возможности для химического извлечения ценных веществ из морской воды. Если ввести в состав краски подходящие реагенты, то в процессе обтекания судна она сможет собирать магний и бром, кобальт и ртуть (запасы которых истощаются), а возможно, и золото. Все эти вещества могут быть легко выделены затем в процессе фильтрации и регенерации краски. Концентрация редких элементов в морской воде невелика, но предоставляющаяся возможность обрабатывать тысячи тонн воды без особых затрат может оказаться экономически выгодной.


Этика мясоедения

Скотоводство — очень неэффективный способ получения животного белка. Даже самое «выгодное» животное потребляет не менее 3 кг кормов на 1 кг привеса, а после убоя значительная часть туши идет в отходы, в лучшем случае — на удобрение. Дело можно было бы поправить, устроив фермы по разведению стервятников, которые питались бы отходами с бойни и тем самым повышали эффективность скотоводства. Но Дедалу не по душе мысль о таком надругательстве над благородными птицами — он предлагает совершенно новый способ получения мяса. Известно, что многие ящерицы обладают способностью отбрасывать хвост, спасаясь от преследования, но в скором времени хвост отрастает вновь. Дедал полагает, что путем селекционного отбора можно выработать подобный рефлекс у более крупных родственников ящериц — крокодилов и игуан; те и другие имеют крупный мясистый хвост. Животных можно содержать на больших фермах, где крокодилов, как хищников, будут кормить мясными отбросами, а игуаны станут получать фураж. Время от времени каждое животное будет отбрасывать свой хвост; таким образом, за время своей жизни оно сможет произвести гораздо больше мяса, чем весит само, причем удастся обойтись без убоя. Крокодиловая кожа для дамских сумочек тоже будет производиться этим экологически безупречным способом. Более того, разводимые на фермах животные избавятся от угрозы бездумного хищнического уничтожения и будут спасены от вымирания. Общество защиты животных может пропагандировать новый продукт под девизом «Мясо счастливых крокодилов».

Такой способ получения мяса, не наносящий никакого ущерба животному, можно развить и дальше. Лабораторные методы разведения клеточных культур позволяют поддерживать жизнедеятельность клеточных масс и даже отдельных органов в питательной среде, насыщенной кислородом. Дедал задумался над тем, какой наиболее крупный орган не включает костей и в то же время полностью съедобен; по всей вероятности, таким органом является хобот слона. Жизнедеятельность ампутированного хобота можно поддерживать при помощи специально подобранной питательной среды, циркулирующей в нем либо по естественным протокам, либо при помощи аппарата сердце — легкие. Известно, что рост мягких тканей можно стимулировать внешним раздражителем; соответственно, поддерживая хобот в постоянном натяжении при помощи системы блоков, можно заставить его расти до бесконечности. Таким образом, удастся получить непрерывный прирост вкусного и питательного слоновьего хобота без необходимости содержания и жестокого убоя слонов. На завершающем этапе процесса Дедал предполагает установить автомат, заворачивающий в тесто непрерывно нарастающий конец слоновьего хобота и пропускающий его через печь непрерывного действия, — так мы получим бесконечный «слоновий пирог».

New Scientist, February 18, 1965 and March 16, 1967

Следует отметить, что рост тканей вне организма действительно возможен. Впервые этот метод был теоретически обоснован еще в 1874 г. русским ученым С. Е. Голубевым, а практически осуществлен в 1885 г. И. М. Скворцовым для клеток крови. В настоящее время эти исследования имеют большое практическое и теоретическое значение для биологии, медицины (особенно онкологии и вирусологии), ботаники. Так что «слоновий пирог» Дедала, по-видимому, имеет будущее. — Прим. ред.

Комментарий Дедала

Понадобилось совсем немного лет, чтобы эти проекты нашли серьезных сторонников, хотя они реализовали их не с теми животными, которых я предлагал поначалу. В 1970 г. Д. М. Скиннер и Д. Е. Грэм описали сделанное ими наблюдение (Science, 169, 1970, р. 383), что бермудский земляной краб Gecarcinus lateralis, потеряв несколько конечностей, восстанавливает их путем преждевременной линьки, не представляющей опасности для его жизни. Авторы предположили, что сходное поведение других ракообразных может принести практическую пользу для промысла: «…например, камчатский королевский краб Paralithodes саmtschaticus находится под угрозой уничтожения. Поскольку у этого краба в пищу используются только ножки, было бы экономично обрывать у отловленного краба 4–6 ножек и выпускать его обратно в море». При этом риск гибели животного невелик: конечности краб восстанавливает в ходе линьки. Таким образом удастся сохранить численность крабов.

Разведение клеточных культур в качестве источника мяса Д. Бритц пропагандировал как с этической, так и с экономической точки зрения (Nature, 229, 1971, р. 435). Откликаясь на его письмо, Дж. Мур из Института Росуэлл-парк в г. Буффало штат Нью-Йорк, (Nature, 230, 1971, р. 133) возразил, что это экономически невыгодно, в то время как С. Перт из Лондонского колледжа королевы Елизаветы (Nature, 231, 1971, р. 77) считает, что подобный способ производства мяса вполне конкурентоспособен. Оба, однако, признают этот проект вполне осуществимым. В леденящем душу примечании Дж. Мур пишет: «Мы скармливали остатки человеческих клеточных культур тропическим рыбкам на протяжении нескольких лет и можем засвидетельствовать, что такая диета была вполне питательной, обеспечивала быстрое размножение и не приводила к возникновению опухолевых заболеваний». Покупатели аквариумных рыбок в городе Буффало, берегитесь! Вашим питомцам могли привить вкус к людоедству!


У стен есть уши

Дедал размышляет над загадками, таящимися в мертвых языках: глядя сегодня на письменные древние тексты, мы не можем сказать, как произносились латинские или древнегреческие слова. Лишь в мелочах удается отыскать ключи к разгадке. Например, у Аристофана лягушки говорят «брекекекекс-куакс-куакс», и можно предположить, что с тех пор скромный репертуар греческих лягушек не претерпел значительных изменений. Но нет ли такого естественного процесса, который бы запечатлел подлинные звуки древних языков и донес их до нашего времени? Находясь под впечатлением вокальных упражнений маляров, ремонтировавших его квартиру, Дедал высказал догадку, что возможность раскрыть эти тайны нам предоставляет нехитрое штукатурное ремесло. Дедал отмечает, что под действием звука мастерок, как любая плоская пластина, вибрирует — соответственно, когда поющий работник ведет мастерком по сырой штукатурке, на ней остается фонографическая запись его песни. После высыхания поверхности запись можно проиграть, проведя соответствующим звукоснимателем в том же направлении. Повысить качество воспроизведения можно путем изготовления реплики с оштукатуренной поверхности из более прочного материала или с помощью микроскопического анализа «фонограммы».

Таким образом, мы располагаем теперь новым и чрезвычайно мощным методом воспроизведения трудовых песен древнегреческих штукатуров. Богатейший кладезь классической брани может быть открыт, скажем, на стенах Кносского дворца. Респектабельные любители старины, безнадежно призывающие древние стены заговорить, будут несколько обескуражены, когда эти стены откликнутся на их призыв. Разработанная Дедалом новая методика археофонографии имеет, однако, гораздо более обширную область применения. Например, при записи под диктовку стилом на глиняных табличках наряду с письменным документом должна запечатлеться и фонограмма диктуемого текста, а также не относящиеся к делу замечания незадачливого писца, которыми он разражался при очередном ляпсусе. Дедал надеется также обследовать отштукатуренные стены в старинном городе Стратфорде, чтобы окончательно опровергнуть злобные вымыслы, будто Шекспир говорил на американском диалекте, который был перенесен в Америку первыми переселенцами и сохранился там, в то время как англичане постепенно перешли на современные языковые стандарты дикторов Би-Би-Си.

New Scientist, February 6, 1965.


Комментарий Дедала

Вскоре после появления этой заметки журнал получил и опубликовал следующее отчаянное письмо:

Совпадение

Господа, я уверен, что произошло одно из редких и печальных совпадений. Я имею в виду заметку в номере New Scientist от 6 февраля, где Дедал «…отмечает, что под действием звука мастерок, как любая плоская пластина, вибрирует — соответственно, когда поющий работник ведет мастерком по сырой штукатурке, на ней остается фонографическая запись его песни. После высыхания поверхности…» и т. д.

Весьма странно, что недавно я послал в редакцию журнала Nature статью, датированную 13 января 1969 г. и озаглавленную «Звукозаписи из древности», которая была формально отклонена редакцией как «слишком специальная». В статье я описывал свои ранние опыты (1961) по записи звука (речи, музыки) на глиняных горшках и мазках краски на холсте (как в масляной живописи) и успешном воспроизведении записей при помощи пьезоэлектрического звукоснимателя с плоской деревянной «иглой».

Я отмечал, что случайные звукозаписи могут быть обнаружены на царапинах, вмятинах, гравировках или сколах пластичных материалов, к которым можно отнести металлы, воск, дерево, кость, грязь, краску, хрусталь и многие другие.

Учитывая современные возможности электронной обработки сигналов, позволяющие выделить полезный сигнал на фоне посторонних шумов, я считаю, что проблемы акустической археологии заслуживают серьезного внимания.

Ричард Вудбридж

Норт Роуд РД-2, Принстон, Нью-Джерси, 08540, США


Легко представить, какие чувства испытывает человек, занимавшийся проблемой несколько лет и, наконец, подготовивший сообщение для публикации в научном журнале, когда вдруг в одно прекрасное утро он обнаруживает, что аналогичные результаты изложены в колонке Дедала. Я послал Ричарду Вудбриджу письмо, в котором выразил свое сочувствие и решительно отрицал свою причастность к ограблению мусорной корзины журнала Nature. Д-р Вудбридж в конце концов опубликовал свою статью (Proceedings of the IEEE, 57 (8), 1969, p. 1465). Он приводит примеры удачной записи музыки на мазках краски, оставленных кистью, а также сообщает о воспроизведении слова, акустически записанного кистью на портрете. Однако же я опубликовал свою заметку раньше его!

Граммофон для проигрывания глиняных горшков

Фонограф археолога для воспроизведения звука с древних цементных полов


Моносфера

Моноцикл — одноколесный велосипед — был бы исключительно элегантным и практичным средством передвижения, если бы не его малая устойчивость. В каждый момент седок должен определить направление, в котором он валится, и выруливать в сторону падения. Современная техника, однако, позволяет без труда автоматизировать балансировку: достаточно вспомнить военные самолеты, устойчивость которых в полете всецело зависит от работы бортовой вычислительной машины. Поэтому Дедал занялся разработкой самостабилизирующегося моноцикла, или, вернее, моносферы. Роль колеса будет выполнять пневматическая сфера диаметром около 30 см, верхняя часть которой входит в подвеску, снабженную двигателями и приводными фрикционами. Сверху укреплено седло, куда садится ездок. Акселерометры регистрируют любое отклонение от вертикали, и бортовой микропроцессор дает команду серводвигателям, которые вращают сферу в нужном направлении, предотвращая падение. При достаточно высоком быстродействии системы ездок будет чувствовать себя абсолютно уверенно, поскольку при автоматическом управлении отклонения моносферы от вертикального положения будут много меньше, чем в том случае, если бы ездоку пришлось самому управлять моносферой.

Первоначально Дедал предполагал снабдить моносферу педалями, чтобы на ней можно было ездить, как на обычном велосипеде, управляя поворотами и торможением при помощи одной рукоятки, — как и велосипед, моносфера избавляет ноги седока от необходимости поддерживать его вес, так что вся мускульная сила идет на перемещение вперед, которое совершается легко и с высокой скоростью. Небольшой аккумулятор, подзаряжаемый от велосипедной динамки, будет питать электронику и серводвигатели, а также сможет обеспечивать кратковременную добавку мощности, например при движении в гору. Рассудив, однако, что человек на моносфере занимает едва ли больше места, чем просто стоящий человек, Дедал пришел к выводу, что моносфера — это нечто существенно большее, чем просто усовершенствованный велосипед. В конце концов, велосипед — это средство передвижения. Вы едете, куда вам нужно, а добравшись до места, привязываете велосипед к перилам и заходите в дом. Спешиваться с моносферы нет необходимости — на ней можно ездить везде: и на улице, и в помещении. Соответственно всегда можно найти электрическую розетку, чтобы подзарядить аккумулятор, что дает возможность создать полностью электрифицированную модель моносферы. Это дает весьма существенные преимущества.

Во-первых, ездок может лавировать в толпе, не цепляя никого ногами. Во-вторых, управление моносферой становится простым и исключительно изящным. Ездок просто наклоняется в ту сторону, куда необходимо повернуть. Моносфера послушно выруливает в направлении наклона, чтобы выправить крен, и продолжает катиться в ту же сторону, пока ездок не наклонится в другую сторону для поворота или не откинется назад, желая затормозить. При некотором навыке балансировка на моносфере станет полностью рефлекторной, как и умение держать равновесие на велосипеде. Ездок сможет двигаться на своей моносфере вперед, назад и вбок, даже не задумываясь, как именно он это делает.

Это позволит преодолеть все неудобства и недостатки благоприобретенной способности к прямохождению, поскольку универсальная моносфера полностью снимет, наконец, нагрузку с человеческих ног. Люди на моносферах будут ездить по автострадам и беседовать в коридорах учреждений. Они станут прогуливаться на них по музейным залам — и онемевшие ноги более не будут мешать им наслаждаться произведениями искусства. Никто не будет валиться с ног в пивном баре независимо от количества выпитого. Люди начнут с легкостью взлетать по крутым лестницам, а в танцах появятся невиданные механизированные пируэты. Надобность в стульях и табуретках отпадет; инвалиды и паралитики смогут вернуться к полноценной жизни. Придется только добавить новый раздел в правила дорожного движения.

New Scientist, May 18, 1978


Из записной книжки Дедала

Главная задача — «научить» моносферу подниматься по лестницам. Для этого необходимо предусмотреть возможность совершать на ней небольшие прыжки. Поскольку седло в любом случае придется устанавливать на пружинной подвеске (например, на телескопическом амортизаторе), в стойку седла можно вмонтировать возвратно-поступательный электродвигатель, ход которого выбирается с учетом максимальной высоты ступеньки (скажем, 30 см). При нормальном движении седло удерживается пружиной в среднем положении. Когда моносфера приближается к ступеньке, то — либо по команде седока, либо автоматически — выполняется следующая последовательность действий:

а. Линейный электродвигатель выдвигает стойку седла на полную высоту. Если ограничить ускорение величиной а = 0,5g ~ 5 м/с², то вертикальная составляющая скорости в верхней точке (т.е. на расстоянии l = 0,15 м) составит v = (2аl)1/2 = (2×5×0,15)1/2 = 1,25 м/с и будет достигнута за время t = (2l/а)1/2 = (2×0,15/5)1/2 = 0,25 с. Если принять максимальную массу седока равной 100 кг, то мощность, которую должен развить электродвигатель, составит Р = 100 × 5 × 0,15 : 0,25 = 300 Вт; аккумуляторы вполне способны выдержать такую кратковременную перегрузку (напомним, что мощность равна произведению силы на расстояние, деленному на время). Одновременно сила реакции опоры сожмет пневматическую сферу.

б. Теперь седок продолжает движение вверх по инерции. Его центр массы движется по параболе, причем горизонтальная составляющая скорости равна скорости движения моносферы перед ступенькой, а максимальная высота над первоначальным уровнем центра масс составит h = v²/2g = (1,25)²/20 = 0,075 м, после чего начнется движение вниз. Во время этого симметричного взлета — падения вертикальная составляющая скорости будет меняться от +1,25 м/с до -1,25 м/с за время t = Δv/g = (2×1,25)/10 = 0,25с. В этот промежуток времени моносфера не испытывает действия веса седока. Дойдя до верхней точки, электродвигатель немедленно начинает движение в обратном направлении, сжимая пружину. За счет этого, а также вследствие упругости пневматической сферы моносфера «вспрыгнет» под седоком на ступеньку. Чтобы она могла подпрыгнуть на высоту 30 см, необходима начальная скорость v = (2gh)1/2 = (2×10×0,3)1/2 = 2,5 м/с (что вполне реально); прыжок займет время t = v/g = 2,5/10 = 0,25 с — ровно столько, сколько времени имеется в нашем распоряжении.

в. Моносфера преодолела ступеньку, поднявшись на высоту 30 см. Линейный электродвигатель находится в нижней точке хода, так что седло — вместе с седоком — поднялось только на 15 см. Теперь двигатель выключается, и сжатая пружина амортизатора возвращается в нормальное среднее положение, поднимая седло на оставшиеся 15 см. Если ступенька одна, то на этом программа заканчивается, если же ступенек несколько, то вся последовательность действий повторяется необходимое число раз. Программа для совершения прыжка записана в памяти микропроцессора, управляющего движением сферы, и необходимая последовательность действий выполняется по команде ездока или при срабатывании датчика, определяющего наличие ступеньки. Выполнение аналогичных действий в обратной последовательности позволит моносфере спускаться по лестницам.


Примечание. Для подъема по лестнице необходима некоторая минимальная горизонтальная составляющая скорости. Аппарат должен перемещаться вперед на расстояние, равное одному радиусу пневматической сферы (мы приняли его равным 15 см), за время, которое занимает прыжок (0,5 с); в противном случае при подъеме на ступеньку сфера (вместе с ездоком!) опрокинется назад. Отсюда получаем, что минимальная скорость перед прыжком равна hv = l/t = 0,15/0,5= 0,3 м/с.


Взметая пыль

Как бы тщательно ты ни вытирал пыль, сокрушается Дедал, она все равно оседает обратно. Для решения этой бытовой проблемы Дедал начал исследовать аэродинамические свойства пыли. Каждая частица пыли, представляющая собой, как правило, волокно неправильной формы, занимает при падении устойчивое положение, в котором ее центр масс находится точно под центром аэродинамического сопротивления. Представьте себе теперь, что мы нашли способ раскрутить пылинку вокруг вертикальной оси. Если пылинка хотя бы слегка асимметрична, она имеет «закрутку» по отношению к этой оси и действует как пропеллер, хоть и не слишком эффективный. Если подъемная сила при этом направлена вверх, то пылинка станет набирать высоту. Если же «подъемная сила» направлена вниз, то характер приложения аэродинамических сил к пылинке изменится: центр аэродинамического сопротивления станет точкой приложения направленной вниз аэродинамической подъемной силы, пылинка перевернется (поскольку центр тяжести должен находиться сзади по потоку) и начнет двигаться вверх.

Таким образом, утверждает Дедал, если принудить каждую пылинку совершать вращательное движение, то пыль будет оседать на потолке. Этой цели можно достигнуть, разместив под обоями электроды, создающие вращающееся электрическое поле. Каждая пылинка, плавающая в воздухе, превратится в крошечный электрический диполь и начнет вращаться вслед за полем. Сила, необходимая для закручивания пылинки, настолько мала, что, по мнению Дедала, можно обойтись полем с напряженностью не выше нескольких сотен вольт на метр. При частоте вращения 50 Гц. (3000 об/мин), получаемой при использовании переменного тока промышленной частоты, подъемная сила будет достаточной, чтобы пылинки поднимались к потолку и прилипали к нему (а то и ввинчивались в штукатурку!). Таким образом, комната, оснащенная электродами, спрятанными под обоями и подключенными к электросети, будет неизменно сверкать стерильной чистотой, в то время как на потолке станет нарастать аккуратный ковер, служащий прекрасной звуко– и теплоизоляцией. Для тех же, кто одержим манией чистоты, Дедал разрабатывает пылесос для чистки потолков, летающий подобно воздушному шару.

Этот же замечательный принцип можно применить для предотвращения снежных заносов на дорогах. Сами по себе кристаллы льда симметричны, но снежинки, как правило, асимметричны и в большей или меньшей степени обладают пропеллерной «закруткой». Поэтому вращающееся электрическое поле, которое создают электроды, вмонтированные в ограждающий барьер, заставит снежинки подниматься вверх. Оседать же на землю снежинки будут только за пределами дороги.

New Scientist, March 27, 1980

Прибор КОШМАР с вращающимся электрическим полем эффективно отпугивает комаров


Из записной книжки Дедала

Имеется очень интересная работа Н. Б. Барановой и Б. Я. Зельдовича (Chemical Physics Letters, 57 (3), 1978, p. 453). Авторы указывают, что любая молекула, не обладающая зеркальной симметрией, должна иметь право- или левовинтовую спиральность. Другими словами, она ведет себя как пропеллер. Если такую молекулу в растворе привести во вращение, на нее будет действовать суммарная гидродинамическая сила, направленная вдоль оси вращения.

Предполагается, что этот принцип можно использовать для разделения пространственных изомеров, вращая молекулы в растворе с помощью высокочастотного поля. Не уверен, что эту идею удастся реализовать для молекул, но нет сомнений, что подобный принцип вполне осуществим в случае более крупных объектов, таких, как пылинки, плавающие в воздухе. Абсолютно симметричные пылинки встречаются крайне редко, так что почти каждая частица пыли представляет собой крошечный пропеллер и может перемещаться в заданном направлении, вращаемая внешним электрическим полем. (При этом следует только учесть, что, как говорилось выше, пылинки будут переворачиваться.) Поле, вращающееся вокруг вертикальной оси, будет двигать пылинки вбок — в результате они станут оседать на стенах.

Этому принципу, однако, можно найти и более достойное применение. Нет сомнения, что пылеуловитель с вращающимся электрическим полем окажется гораздо более эффективным средством для очистки промышленных газовых отходов, чем обычные электростатические фильтры. Кроме того, каждая новая пылинка, оседающая на стенки установки, станет ввинчиваться в уже образовывающийся слой; таким образом, мы получим нетканый материал с тесно переплетенными волокнами. Скорее всего, это будет нечто вроде бумаги, которая представляет собой не что иное, как слой целлюлозных волокон, осажденных из водной суспензии. Не исключено, что путем осаждения во вращающемся электрическом поле частиц, которые содержатся в дыме электростанций или газе печей для обжига цемента, можно получить новые виды абразивных и огнестойких бумаг. А если развивать эту идею дальше, то что вы скажете о копировальной бумаге, сделанной целиком из спрессованной сажи? Учитывая свойства углеродных волокон, можно надеяться, что такая копирка окажется невероятно прочной. (Но будет ли такая копирка оставлять след на бумаге? — Ред.)


Необнюханные — слаще

 Весенние повадки лягушек, отмечает Дедал, нуждаются в некоторых объяснениях. Когда наступает пора брачных игр, эти забавные создания мигрируют на десятки километров в поисках воды, безошибочно определяя правильное направление. Расхожее мнение, будто животные «чуют» воду как таковую, не имеет под собой никаких оснований хотя бы потому, что носы у них всегда влажные. Более того, на фоне естественной влажности воздуха почувствовать удаленный водоем практически невозможно. Тот факт, что лягушки из года в год посещают одни и те же водоемы и, как ни странно, пренебрегают другими, навел Дедала на мысль, что они ориентируются по запаху какого-то вещества, обычно (но не всегда) присутствующего в воде прудов и озер. Произведя химический анализ воды из тех прудов, которые особенно активно посещают лягушки, Дедал надеется выделить этот специфический химический «индикатор» воды в чистом виде. Это вещество не только послужит неотразимой приманкой для лягушек, на радость натуралистам и французам — любителям лягушатины, но и станет основой для дальнейших исследований. Дело в том, что существует много других примеров «вынюхивания» воды; неуверенные, но порой довольно убедительные опыты «лозохождения» ([4] , с. 162–163, 246) наводят на мысль, что водоискатели руководствуются в своих поисках аналогичным чувством. «Лозоходцы» редко могут дать вразумительное объяснение своим способностям, но, по мнению Дедала, они подсознательно идут по пути, указываемому им обонянием, не ощущая при этом явного запаха, так же как мы не ощущаем запаха тех флюидов, которые создают эмоциональную атмосферу митингов и собраний.

Польза от «водоискательского эликсира» была бы огромной. Пивной бар, снабженный такой приманкой, привлекал бы посетителей за многие мили; при этом клиенты вряд ли отдавали бы себе отчет в том, что послужило причиной неожиданного приступа жажды. Продавцы мороженого тоже смогли бы привлекать внимание покупателей, не сотрясая воздух металлическим перезвоном. При этом, однако, предполагается, что флюиды, ощущаемые человеком, отличаются от тех, которые чувствуют животные, — в противном случае орды любвеобильных лягушек станут осаждать пивные бары и фургоны мороженщиков.

New Scientist, April 1, 1971

Мороженщик, осаждаемый ордой любвеобильных лягушек.


Смутно воспринимаемые запахи могут быть очень многозначительными. Всем нам приходилось бывать в домах, где запах прямо-таки бьет в нос. Трудно представить себе, чтобы жильцы не ощущали его, — и тем не менее для них это лишь подсознательный «родной дух». Дедал предполагает, что люди, как и многие животные, подсознательно пользуются обонянием для распознавания знакомых лиц, мест и т. д. По его мнению, нелегкий период обживания нового жилища связан с тем, что новые стены не сразу воспринимают запах жильцов. Изобретенный Дедалом аппарат для «записи» запаха пропускает воздух непрерывным потоком через камеру-уловитель, охлаждаемую жидким азотом, где происходит конденсация летучих компонентов. Через некоторое время в камере накопится достаточное количество вещества, чтобы наполнить аэрозольный баллон. Стоит теперь побрызгать немного из баллончика — и новый дом мгновенно станет родным и близким. Точно так же международные корпорации, которые не останавливаются ни перед какими расходами, стремясь создать в своих учреждениях единый «стиль фирмы», могут воспользоваться этим способом, чтобы создать единый «дух фирмы». Тогда ответственные работники корпорации смогут с легкостью переезжать с места на место, не испытывая мук акклиматизации. А если посмотреть на проблему в более скромном масштабе, то коммивояжер мог бы брать в свои поездки сконцентрированный аромат родного дома — тогда, побрызгав на стены гостиничного номера или вагонного купе, он сразу почувствует себя «как дома» и вся неловкость от пребывания в незнакомом месте исчезнет. Няньки, несомненно, смогут успокаивать капризных младенцев при помощи аэрозольного концентрата запаха их мамаш. Наконец, поскольку некоторые вещества (например, теллур) сообщают специфический запах поту проглотившего их человека, примешивая такие вещества к воде или пище, можно заставить всех людей пахнуть одинаково.

New Scientist, January 5, 1978


Оптически плоская Земля

С увеличением высоты над поверхностью Земли плотность атмосферы уменьшается. Любопытным следствием этого является изменение с высотой (градиент) показателя преломления воздуха, из-за чего луч света распространяется в атмосфере по слегка искривленной траектории, как бы огибая поверхность Земли. Так, например, мы видим Солнце в течение двух минут после того, как оно в действительности скрылось за горизонтом. Вычисления, проделанные Дедалом, показывают, что этот эффект исключительно тонко сбалансирован. Если бы радиус Земли был всего на 13 км меньше, то луч света, направленный вдоль ее поверхности, в точности следовал бы ее кривизне и Земля казалась бы плоской. Удаляющийся корабль не скрывался бы под горизонтом, а просто растворялся бы в дымке, и люди не смогли бы узнать, что Земля круглая, пока не обнаружили бы, что в хороший телескоп можно увидеть собственный затылок! Дедал считает, что несостоявшуюся возможность видения на неограниченном расстоянии без труда удастся реализовать. К примеру, приповерхностный слой воздуха можно заменить толстым слоем сернистого газа, имеющего в точности необходимые значения плотности и показателя преломления. Однако, вместо того чтобы разводить серные костры на вершинах гор, он рекомендует устраивать длинные трубопроводы, заполненные этим газом, — внутри такая труба будет казаться прямой независимо от того, насколько далеко она простирается вдоль поверхности Земли. Благодаря таким световодам люди смогут — с помощью мощных герметизированных телескопов — увидеть улыбающиеся лица своих родных, живущих в других уголках планеты; эти трубы послужат также каналом для передачи огромного объема информации. Когда будут построены трансконтинентальные трубопроводы, Дедал планирует провести эксперименты по измерению времени пробега фотонов в трубе, установив зеркала у ее концов. Однако экономически выгодно будет использовать трубопроводы для транспортировки более полезных газов, чем сернистый. В настоящее время по трубам на большие расстояния перекачивают метан и этилен; Дедал пытается убедить руководителей газовых и химических корпораций прокладывать такие трубопроводы по дуге большого круга (сечения земного шара, проходящего через земную ось). По его расчетам, трубопровод, заполненный этиленом под давлением 2,1 атм или метаном под давлением 5,9 атм, также будет казаться прямым, поскольку при указанных давлениях эти газы имеют необходимые градиенты показателя преломления.

New Scientist, October 19, 1972


Из записной книжки Дедала

Как изменяется показатель преломления газа N с высотой? Он пропорционален плотности, которая убывает с высотой экспоненциально. Таким образом, показатель преломления на высоте h дается выражением
(nh – 1) = (n0 – 1) ехр(-h/H),
где Н=RT/gm — «масштаб высоты», на котором плотность газа уменьшается в е раз,
m — молярная масса газа, n0 — показатель преломления у поверхности Земли. Отсюда
nh = 1+(n0–1) exp(-h/H)
Дифференцируя, получаем

 Чтобы пучок света распространялся параллельно поверхности Земли, свет на его верхней границе должен распространяться быстрее, чем на нижней, — так, чтобы волновой фронт был всегда перпендикулярен земной поверхности. Поскольку скорость света обратно пропорциональна показателю преломления, это условие можно записать в виде
nhr = n(h+dh)(r+dh)
или
-dn/dh = nh/r.
В атмосфере это условие будет выполняться для определенного радиуса r=r0+h, соответствующего некоторой высоте h над поверхностью Земли:
-dn/dh = nh/(r0+h) 
Заменяя dn/dh и nh соответствующими выражениями, получим

Это выражение можно упростить:
exp(h/H) = (n0-1)[(r0+h)/H-1].
Поскольку h и H малы по сравнению с радиусом Земли, r0 = 6,37 × 106 м, полученное выражение можно записать в виде
exp(h/H) = (n0-1)r0/H 
или
h = H ln[(n0-1)r0/H].

Остается теперь подобрать такой газ, у которого показатель преломления n0 при давлении 1 атм и масштаб высоты H таковы, что h = 0. В таком газе луч света будет в точности следовать за кривизной земной поверхности.

Наиболее подходящим газом, по-видимому, является кислород O2, для которого при 20°С n0=1,000615 и H = 3880 м, что дает h = 37 м — весьма малая величина по сравнению с радиусом Земли. Для промышленных газов, этилена и метана, при нормальном давлении получаются большие отрицательные значения h (их показатели преломления при 20°С равны соответственно 1,000648 и 1,000411). Однако при давлениях 2,1 атм для этилена и 5,9 атм для метана оптические параметры этих газов становятся как раз такими, как надо.

Для воздуха при 20°С n0= 1,000272 и H = 8560 м, что дает нам h = -13700 м, т.е. если прорыть на глубине 13 км туннель вдоль поверхности Земли, то он будет просматриваться на любое расстояние. Иначе говоря, если бы радиус Земли был всего на 13 км меньше, она казалась бы плоской!

Конец больших подтяжек

Изобретение застежек «велькро» с микрокрючками было подсказано колючками репейника, прочно цепляющимися за шерсть животных и одежду. Дедал вдохновился другим биологическим примером. Он вспоминает, как мальчишкой бросал колоски ячменя за шиворот взрослым и какой уморительный эффект они производили, благодаря своим острым усикам перемещаясь под одеждой в определенном направлении. Дедал пришел к выводу, что предметы одежды, подбитые мехом с приглаженными в одну сторону волосками, будут автоматически принимать правильное положение на фигуре. Такую одежду не придется удерживать поясами или подтяжками. Нынешние носки, к примеру, не нуждаются в подвязках — но они удерживаются на ноге только вследствие своей эластичности. В отличие от них «активные» носки и чулки, изобретенные Дедалом, станут при всяком движении подниматься вверх по ноге, расправляя малейшие образовавшиеся на них складки.

 Аналогично «самоцентрирующийся» галстук не съедет за ухо, как это нередко случается теперь, особенно во время телевизионных интервью.

Более того, Дедал предвидит создание полностью «автоматизированного» облачения, которое, будучи накинуто кое-как, само сядет по фигуре без единой складочки — не только вопреки самой лихорадочной двигательной активности, но скорее благодаря ей. Новые ткани открывают невиданные возможности для пошива облегающих и самоудерживающихся предметов туалета, и Дедал не может без волнения думать о том, какой это даст простор фантазии модельеров. Самые смелые фасоны не будут более нуждаться в замаскированных лямках и бретельках; возможно даже создание кинетической одежды (например, непрестанно вращающихся поясов). Однако Дедалу больше по душе менее бредовые применения этого принципа: лестничные ковры, которые не сползают вниз по ступенькам, а стремятся подняться вверх, а также конторские стулья, надежно удерживающие самых сонливых служащих в позе напряженного внимания.

New Scientist, August 17, 1967


Комментарий Дедала

Запрос фирмы «Хейуорд Марум» пришел к нам в тот период, когда чулки проигрывали колготкам свою последнюю битву и, судя по всему, промышленность была особенно восприимчива к любым новшествам. Однако, несмотря на подробный и оптимистический ответ, фирма не смогла извлечь пользу из нашей идеи.

«Нью сайентист»
Редактору «страницы Ариадны»
Милостивый государь!
Просматривая старый номер Вашего журнала от 17 августа 1967 г., я прочитал на странице Ариадны об идее создания носков и чулок, которые станут при всяком движении подниматься вверх по ноге, расправляя тем самым малейшие складки.
Мне было бы интересно проконсультироваться со специалистом, предложившим подобное новшество. С нетерпением жду ответа.

Искренне Ваш
Роберт Дж. Кальвин,
президент фирмы «Хейуорд Марум»


Ты крутись, кораблик мой…

Корабль, приводимый в движение солнечной энергией, был бы слишком маломощным, утверждает Дедал, даже если бы удалось использовать полностью всю энергию Солнца, падающую на корабль. Поэтому Дедал пытается сконструировать корабль, который будет использовать солнечную энергию, падающую на воду вокруг него. Представьте себе высокую трубу, воронкообразно расширяющуюся к основанию и удерживаемую каким-то способом на высоте нескольких метров над поверхностью воды. Водяной пар, образовавшийся под такой воронкой, станет подниматься в трубу, поскольку он существенно легче воздуха. За счет этого в воронку будет засасываться окружающий воздух, и в трубе создастся тяга. Чем сильнее тяга, тем с большей площади вокруг воронки будут собираться водяные пары, — таким образом энергия водяного пара преобразуется в энергию струйного течения в трубе. Вследствие действия кориолисовой силы, обусловленной вращением Земли, всасываемый поток закручивается по спирали — так Дедал сможет укротить водяной смерч. Действительно, смерчи, ураганы и прочие атмосферные вихри получают свою энергию от Солнца примерно таким образом, но отсутствие направляющих каналов приводит к тому, что эти вихри оказываются устойчивыми только при очень больших размерах и перемещаются непредсказуемым образом. Предлагаемая Дедалом конструкция, напротив, будет захватывать воздух с площади в радиусе, примерно равном высоте трубы (допустим, 100 м), что соответствует мощности в 30 МВт. Даже если принять кпд такого устройства равным 3%, этого достаточно для движения корабля-смерча.

В качестве двигателя Дедал предлагает смелую конструкцию, использующую вращение воздушного потока внутри трубы. Турбинные лопатки, установленные по периметру корабля и внутри трубы, приводят все судно во вращение вокруг вертикальной оси (кстати, это вращение обеспечит гироскопическую стабилизацию довольно-таки неустойчивой высокой трубы). В подводной части корабля будут установлены откидные лопасти, преобразующие вращение корабля в поступательное движение — наподобие ротора вертолета, однако кабина для экипажа не должна вращаться вместе с кораблем. В северном полушарии такое судно будет вращаться против часовой стрелки, в южном полушарии — по часовой стрелке, а при пересечении экватора оно будет на мгновение останавливаться.

New Scientist, April 5, 1979


Комментарий Дедала

Первоначально я планировал сконструировать нечто вроде плавучей теплицы. Мне представлялся покачивающийся на волнах застекленный купол — крышка гигантской столовой масленки, — удерживающий под собой большой объем воздуха. Лучистая энергия Солнца, проходящая под купол, накапливается там за счет «парникового эффекта» — в результате температура воздуха под куполом повышается. При температуре окружающей воды 10°С (давление водяных паров 1230 Н/м2) вода под куполом может нагреться до 40°С (давление водяных паров 7370 Н/м2); разность давлений будет достаточна, чтобы обеспечить плавучесть и движущую силу корабля-смерча. Поскольку в резервуаре-накопителе с зачерненным (для увеличения поглощения) дном вода может быть нагрета солнечными лучами почти до кипения, мои допущения представляются весьма скромными. Для еще большего поглощения солнечной энергии воду под куполом можно было бы подкрасить чем-нибудь вроде сепии (чернил каракатицы). Движение вперед осуществлялось бы за счет реактивной тяги, возникающей при снижении существующего под куполом избыточного давления с помощью отверстий, открывающихся с соответствующей стороны купола. Получается очень славный «солнечный кораблик», у которого полностью отсутствуют движущиеся части и весьма мала площадь смоченной поверхности. Однако подобная конструкция не лишена недостатков. Во-первых, необходимо постоянно следить за тем, чтобы количество выпускаемого из-под купола воздуха было сбалансировано со скоростью испарения воды — иначе купол заполнится водой и затонет. Во-вторых, даже очень широкий и приземистый купол окажется, по-видимому, неустойчивым, и чтобы избежать его опрокидывания, потребуется установка дополнительных поплавков по его периметру. В-третьих, эффективность такого способа передвижения очень невысока. На поверхность купола, представляющего собой в плане квадрат со стороной 100 м, падает до 104 кВт мощности солнечной энергии, однако при столь малой разности давлений кпд реактивного двигателя едва ли достигнет 1%. В результате его мощность не превысит 100 кВт и вряд ли будет достаточна для перемещения такого гиганта. Очевидно, реальный солнечный корабль должен использовать солнечную энергию с гораздо большей площади морской поверхности, чем покрывает его собственная поверхность.

Хороший пример в этом отношении дает нам парусный корабль. Он передвигается за счет ветра, возникающего вследствие конвекции воздушных масс над миллионами квадратных километров океанской поверхности [5]. А нельзя ли создать «собственный», локальный, ветер, который приводил бы корабль в движение? В своей чрезвычайно разумной статье Дж. Бернал (The Scientist Speculates, ed. I. J. Good, Heinemann, 1961, p. 17) указывает, насколько важным открытием было изобретение печной трубы, и отмечает, что влажный воздух быстро поднимается по трубе не столько потому, что он горячий, сколько в силу повышенного содержания влаги: молекулярная масса воды (Мводы=18) существенно меньше эффективной молекулярной массы воздуха (Mвозд=29). Таким образом, труба, всасывающая влажный воздух над поверхностью моря и направляющая его вверх, создает в окружающем пространстве локальный устойчивый поток воздушных масс, т. е. локальный ветер. Самый простой способ использовать энергию вертикальной тяги — установить внутри трубы турбину. Тут я вспомнил, как смерч ускоряет медленное кориолисово вращение воздушных масс вследствие того, что засасывает воздух с большой площади и подтягивает воздушную массу к оси вращения. В соответствии с законом сохранения момента количества движения по мере приближения к оси вращения угловая скорость воздушных частиц быстро растет. Дальнейший ход мыслей очевиден.


Магнитные монополи

Как и многим физикам, Дедалу не дает покоя отсутствие симметрии между магнитными полюсами и электрическими зарядами. Уравнения электродинамики полностью симметричны; тем не менее изолированные магнитные полюсы (монополи), по-видимому, не существуют, тогда как разделить положительные и отрицательные электрические заряды удается без труда (если же вы попытаетесь разделить полюсы магнита, распилив его пополам, то получите два магнита, каждый из которых по-прежнему имеет два полюса — северный и южный). По мнению Дедала, прежде всего следует понять, куда мог бы направиться монополь, если его предоставить самому себе. Ясно, что он станет двигаться вдоль силовых линий земного магнитного поля и зароется в землю у Северного (или Южного) магнитного полюса Земли. Поэтому Дедал пытается раздобыть средства на организацию геологической экспедиции, оснащенной снегоходами и буровыми установками, которая отправится на поиски подземных кладовых магнитных монополей. Монополи, если их удастся найти, послужат основой для идеальных электродвигателей постоянного тока, поскольку монополь станет безостановочно крутиться вокруг любого проводника, по которому течет электрический ток.

Придется только принять меры, чтобы нечаянно не упустить его.

New Scientist, December 3, 1964


Комментарий Дедала

Года через четыре после публикации этой заметки меня позабавила статья (Science Journal, Sept. 1968, p. 60), в которой Г. Г. Кольм из лаборатории магнитных явлений Массачусетского технологического института описывал свои геологические поиски магнитных монополей — пока что безуспешные.

Возможность существования естественных магнитных монополей продолжает обсуждаться в ученой среде. Дедал, уже придумавший для монополей множество полезных практических применений, предлагает способ искусственного получения однополюсных магнитов. Представьте себе стальной шар, разрезанный на секторы; каждый сектор намагничивается так, чтобы его наружный конец был северным полюсом, а внутренний — южным. Если теперь собрать секторы в шар, то находящийся в центре южный полюс будет полностью экранирован остальной массой магнита — получится самый настоящий сферический «северный» монополь. Стоит его отпустить, как он устремится на север, к самому полюсу, если только на его пути не попадется проводник с током, — тогда монополь начнет вращаться вокруг него (образуется простейший электродвигатель постоянного тока).

Вначале Дедал предполагал использовать взаимное отталкивание монополей для создания транспорта на магнитной подвеске. С этой целью намагниченные цилиндрические секторы собираются в трубу, и две такие трубы укладываются параллельно одна другой. Сферический монополь будет устойчиво парить над ними (на концах пути «рельсы» можно замкнуть перемычкой, чтобы предотвратить рассеяние магнитного потока).

 Но затем Дедал сообразил, что вследствие взаимного отталкивания свободные монополи должны вести себя подобно молекулам газа, — соударяясь со стенками сосуда, в котором они заключены, они будут создавать давление в сосуде. Это позволяет сконструировать гораздо более простой аппарат на магнитной подвеске, удерживаемый над опорной поверхностью давлением монопольного «газа», который содержится под аппаратом в ограждении из медной сетки.

Такая совершенная подвеска не только не потребляет энергии и не создает шума, как обычные аппараты на воздушной подушке или магнитной подвеске, но и обеспечивает постоянную тягу, направленную на север. Бесшумные, чистые, стремительные экспрессы на монопольной подвеске помчатся по магистралям, проложенным вдоль магнитных меридианов (не следует только располагать на их пути линии передачи постоянного электрического тока, ибо они нарушат нормальную траекторию движения). На конечных станциях будет создан запас монополей нужного знака, а отработавшие мо-нополи транспортируются обычным локомотивом на конечную станцию для повторного использования. Сложности возникнут только при разъезде поездов, везущих монополи.

New Scientist, September 10, 1970


Комментарий Дедала

Подобный способ изготовления монополей был впоследствии сурово раскритикован (Wireless World, Dec. 1978, p. 67; Sept. 1979, p. 82). 


Средство от износа

Йодная лампа накаливания — остроумнейшее изобретение с точки зрения химии. Как и во всех лампах накаливания, ее нить накала постепенно испаряется, однако пары вольфрама быстро реагируют с иодом, содержащимся внутри колбы. Получается йодистый вольфрам — соединение, которое разлагается при высокой температуре: таким образом, как только молекула йодида попадает на нить накала, на ней осаждается вольфрам.

Принцип действия йодной лампы накаливания

а. Атомы вольфрама испаряются с горячей нити накала.

б. Атомы вольфрама реагируют с молекулами йода: образуется йодистый вольфрам.

в. Молекула йодистого вольфрама беспорядочно движутся внутри лампы.

г. Попадая на раскаленную нить накала, молекулы йодистого вольфрама разлагаются: вольфрам откладывается на нити.


Дедал усматривает в этом изобретении ключ к разработке совершенно нового подхода к созданию самовосстанавливающихся механизмов. Дедал уже давно возмущается тем абсурдным фактом, что, скажем, автомобиль весом в целую тонну обрекается на сдачу в утиль только потому, что его движущиеся части чуть-чуть поизносились, потеряв какой-нибудь грамм металла. Теперь Дедал пытается применить принцип йодной лампы для предотвращения износа трущихся частей. В этой связи он вспоминает о процессе Монда, в котором для получения никеля используется реакция между никелем и окисью углерода, в результате чего получается летучий карбонил никеля. При высокой температуре карбонил разлагается, выделяя никель и окись углерода, которая вновь используется для повторного процесса.

Вечный подшипник на основе карбонила

а. Частицы никеля с трущихся поверхностей уносятся потоком масла.

б. Никель реагирует с окисью углерода в картере: образуется карбон никеля.

в. Растворенный карбонил никеля циркулирует в системе смазки.

г. Карбонил разлагается на горячих точках подшипника: металл осаждается на участках наибольшего износа.


Дедал предлагает никелировать цилиндры и подшипники, а выхлопные газы пропускать через картер двигателя. Идея состоит в том, что по мере износа деталей частицы никеля уносятся маслом в картер, где никель реагирует с окисью углерода, содержащейся в выхлопном газе. Образующийся карбонил никеля, циркулируя вместе с маслом, попадает в подшипники и цилиндры двигателя. Сильнее всего разогреваются те поверхности, которые испытывают большее трение, и соответственно они в большей степени подвергаются износу — таким образом, при разложении карбонила никель будет осаждаться именно там, где нужно. Автомобиль станет вечным! Нет сомнений, что этот принцип нанесет смертельный удар по недальновидной системе запланированного износа, а конструкторы станут хорошенько думать, чтобы не запустить в производство какой-нибудь неуклюжий агрегат: ведь теперь ему будет суждено служить многие века. Нет, пожалуй, такой конструкции, в которой не пригодился бы предлагаемый Дедалом прииции защиты от износа: это автомобили, самолеты, приборы, станки, которым приходится работать в самых неблагоприятных условиях, и даже швейные машинки. Потребуется только очень точно поддерживать химическое равновесие в системе: если на горячей точке откладывается слишком много металла, то зазор между трущимися деталями чрезмерно уменьшится, разогрев увеличится и в конце концов детали заклинятся. Поэтому в системе должно присутствовать ровно столько металла, сколько необходимо для поддержания нормальных зазоров.

New Scientist, December 14, 1967


Комментарий Дедала

Не прошло и четырех лет, как предложенный мной принцип самовосстанавливающихся трущихся пар частей был изобретен специалистами, работающими в области смазочных материалов. В одном широко известном типе подшипников на одну из трущихся поверхностей наносится тонкий слой мягкого металла. Рабочие характеристики такого подшипника вполне удовлетворительны, но металлическое покрытие постепенно изнашивается. В 1971 г. сотрудники научно-исследовательской корпорации «Мобил» Дж. Диккерт-мл. и С. Роу сообщили о своих опытах (Nature Physical Science, 231, 1971, p. 87) по влиянию ряда добавок к гексадекановой смазке.

Существуют присадки к смазочным материалам, содержащие медь, которые способны залечивать повреждения трущихся поверхностей (см. [6]).— Прим. ред.

В качестве одной из добавок использовался О,O-дн (нео-пентил) фосфородитиоат золота. Было обнаружено, что это вещество разлагается в точках наибольшего фрикционного нагрева, и образующаяся тонкая пленка металлического золота существенно ослабляет трение. Как пишут сами авторы, «золото преимущественно откладывается на том участке поверхности, который имеет наиболее высокую температуру. По существу, возникает фрикционная пара сталь — золото, и пленка золота постоянно восстанавливается за счет осаждения металла из смазки. Таким образом, достигается равновесие между истиранием пленки и осаждением золота, зависящее от конкретных условий работы трущейся пары частей. В правильно сбалансированной системе процесс самовосстановления продолжается, пока в смазке присутствует надлежащая добавка».

Конечно, золото — слишком дорогостоящая присадка к машинному маслу. Но справедливость предлагаемого принципа можно считать полностью доказанной. Интересно, не придумали ли инженеры фирмы «Мобил» более дешевую добавку к маслу, скажем, на основе свинца, или следующий ход опять за компанией КОШМАР? Существует область, в которой применение этого принципа может поистине спасти тысячи жизней, — это медицинское протезирование. Например, протезы тазобедренных и других крупных суставов действуют очень хорошо, но вследствие износа и истирания трущихся поверхностен срок их службы ограничен 5–20 годами.


Замороженный умишко

В наши дни некоторые оптимисты завещают, чтобы их тела после смерти были заморожены в жидком азоте, надеясь, что в будущем их удастся разморозить и оживить. Как ни печально, пока это невозможно осуществить, поскольку процессы замораживания и размораживания должны протекать быстро и одновременно во всем объеме тела. Уже сегодня можно произвести равномерное согревание тела по всему объему при помощи индукционного или микроволнового нагрева, однако охлаждение (например, путем погружения в ванну с жидким азотом) происходит только через поверхность тела. Замораживание постепенно распространяется в глубь тела; при этом на границе охлажденной области происходят такие разрушения, как это может случиться в большой и сложной машине, если попытаться ее останавливать по частям. Чтобы избежать этого, необходимо придумать какой-то способ заставить тело отдавать тепло в виде микроволн. Дедал указывает, что именно этот принцип лежит в основе микроволнового лазера (мазера), и предлагает воспользоваться хорошо известным методом протонного магнитного резонанса (ПМР). Протоны (ядра водорода — основного элемента в составе живой материи) стремятся ориентироваться вдоль силовых линий внешнего магнитного поля. Ориентация против внешнего поля соответствует состоянию с более высокой энергией — при достаточно сильном внешнем магнитном поле разность энергий между двумя состояниями вполне может соответствовать микроволновому диапазону. Что же произойдет, если мгновенно изменить направление внешнего магнитного поля? Все протоны одновременно окажутся ориентированными против направления внешнего поля. Самое незначительное возбуждение на соответствующей частоте заставит их вернуться в устойчивое состояние (ориентация вдоль поля), что будет сопровождаться генерацией когерентного микроволнового излучения. При этом за счет спин-решеточной релаксации энергия будет отбираться от нагретого тела, температура которого понизится. Такой процесс можно повторять необходимое число раз.

Дедал еще не нашел добровольцев для участия в опытах по микроволновому замораживанию и размораживанию. Свои предварительные исследования он проводит на дождевых червях, которые имеют как раз подходящий размер для его ПМР-спектрометра. Дедал обучает червей завязываться в узел через определенное время после действия электрического импульса. Когда они достаточно натренируются, он подвергнет их мгновенному замораживанию точно в середине этого временного интервала. Решающий эксперимент должен показать, станут ли черви после размораживания выжидать оставшуюся часть интервала, чтобы вновь завязаться в узел.

New Scientist, November 14, 1968

За истекшую неделю в лаборатории фирмы КОШМАР достигнут значительный прогресс. Работая над магнитным мазером для мгновенного замораживания людей, Дедал вспомнил про загадочные находки «быстрозамороженных» сибирских мамонтов, у некоторых из которых во рту даже сохранилась недожеванная жвачка. Дедал усматривает в этом пример действия естественного механизма быстрого замораживания, который в данном случае, по-видимому, является следствием перемены полярности земного магнитного поля (происшедшей, как известно, во время ледникового периода), а также влияния солнечного микроволнового излучения, проникшего сквозь возмущенную ионосферу. Дедал предполагает, что жизненные процессы у этих животных лишь временно приостановлены, и в настоящее время он ведет переговоры о посылке в Сибирь экспедиции, оснащенной микроволновой аппаратурой для быстрого размораживания, не теряя надежды оживить мамонта. Какой находкой для биологов и специалистов по поведению животных станет живой доисторический гигант с полным набором рефлексов, выработанных еще в каменном веке! Дело, впрочем, может обстоять не так просто: информация в памяти животного хранится, по всей вероятности, в двух видах. Во-первых, как «встроенная» память, представляемая связями между клетками, определенными химическими веществами и т. д. Во-вторых, в виде нервных импульсов, электрических зарядов и т.д. — «оперативная» память. «Встроенная» память должна спокойно выдержать замораживание, однако оперативная информация почти наверняка будет потеряна, подобно тому как стирается информация в оперативной памяти ЭВМ при ее выключении. Дедал убежден, что жизненно важная информация, касающаяся, скажем, дыхания, сердечного ритма и прочее, хранится во «встроенной» памяти, в то время как рефлексы, воспоминания и другие благоприобретенные навыки, возможно, относятся к области «оперативной» памяти. Если же рефлексы «записаны» во «встроенной» памяти, то возвращенный к жизни мамонт примет участников экспедиции за первобытных охотников и в ярости набросится на ученых. Но если при замораживании память утрачена, то мамонт не сможет ничего вспомнить о своей прежней жнзии. С наивностью новорожденного создания он станет считать себя таким же, как и окружающие его люди. Так что подобный эксперимент может иметь большое значение для последующих опытов по замораживанию людей. Дедал подозревает, что гибкая человеческая память почти полностью состоит из блоков оперативной информации, так что размороженный клиент даже не вспомнит, какие причины заставили его подвергнуться замораживанию!

New Scientist, November 21, 1968

Оживление мамонта в Сибири


Комментарий Дедала

Впервые замороженные мамонты были найдены в Сибири в XVIII в., исторические сведения можно иайти в книге Пфиценмайера «Сибирские мамонты» (Париж, 1939). Радиоизотопное исследование позднейших находок (Radiocarbon, 4, 1962, р. 178) показывает, что мамонты пребывали в замороженном состоянии более 39000 лет. Хорошо сохранившийся экземпляр был найден в 1971 г. и находится в Институте вечной мерзлоты в Якутске. Однако оживлять его пока никто не собирается.

Довольно правдоподобная гипотеза о мгновенной гибели мамонта состоит в том, что он попадал в переохлажденную воду и быстро замерзал. — Прим. ред.


Радиоастрология

Озадаченный упорным нежеланием астрологии уходить со сцены, Дедал начал размышлять на эту тему. Одно из астрономических явлений, которое, возможно, оказывает влияние на земные дела, — это фоновое космическое микроволновое излучение, постоянно действующее на каждого из нас. О биологических эффектах слабого микроволнового облучения до сих пор идут горячие споры, но Дедал полагает, что даже такая ничтожная доза может повлиять на наиболее чувствительные ткани. Самая же чувствительная ткань — это только что оплодотворенная яйцеклетка, которая, вырастая в материнском чреве в миллиарды раз, многократно усиливает малейшие начальные отклонения. Далее, вследствие обращения Земли вокруг Солнца микроволновой фон испытывает доплеровский сдвиг частоты, который максимален в ноябре и минимален в мае. Так что можно предположить, что астрологические корреляции просто сдвинуты на девять месяцев: нужно учитывать не дату рождения, а дату зачатия.

Родившийся в августе был зачат в ноябре, когда интенсивность микроволнового фона максимальна; в мае интенсивность микроволнового фона минимальна, и его действие скажется меньше всего на тех, кто родился в феврале. Как и в обычной астрологии, планеты и их спутники (которые, за исключением, быть может, Юпитера и Луны, дают небольшой вклад в интенсивность микроволнового излучения на Земле) могут оказывать слабое воздействие — так сказать, эффекты второго порядка малости. Однако Дедал в своих рассуждениях идет еще дальше. Солнце (и вся Солнечная система) обращается вокруг центра Галактики с периодом в 200 млн. лет. Доплеровское смещение, вызванное этим движением, по крайней мере в 10 раз больше, и его периодическое изменение должно зафиксироваться в ископаемых останках растений и животных. Мы живем в период расцвета жизни на Земле. Между тем половину галактического «года» назад жизнь была в упадке: вымирали динозавры и аммониты, в то время как в начале предыдущего витка (200 млн. лет назад) эти существа переживали свой расцвет. Два оборота Галактики назад живые существа на Земле начинали осваивать сушу, а зарождение жизни на Земле произошло, судя по ископаемым останкам, примерно три галактических «года» назад. Не пора ли всерьез заняться микроволновой палеоастрологией? В настоящее время Дедал экспериментирует с морскими свинками, выявляя корреляцию между темпераментом животных и микроволновым фоном, действовавшим на их родителей.

New Scientist, May 31, 1979


Из записной книжки Дедала

Какой физический фактор, действующий с годичной периодичностью, может влиять на личность человека в зависимости от того, в каком месяце он родился? Едва ли это могут быть сезонные климатические изменения, поскольку, во-первых, эти изменения зависит от географической широты и, во-вторых, когда в Южном полушарии лето, в Северном полушарии зима — астрологи же утверждают, что место рождения не играет роли — важна только дата. Другие факторы, скажем, то, что учебный год начинается осенью и ребенок, родившийся в сентябре, начнет учиться раньше, чем его одногодок, родившийся в мае, тоже должны действовать в Южном полушарии с полугодовым сдвигом по отношению к Северному полушарию.

Один из возможных факторов такого рода — космическое фоновое микроволновое излучение, которое исключительно однородно распределено по всему небу и в любом случае усредняется суточным вращением Земли. Однако интенсивность фонового излучения испытывает сезонные вариации вследствие доплеровского смещения, обусловленного вращением Земли вокруг Солнца. Один из ученых, исследовавших малые вариации микроволнового фона, — Р. Мюллер указывает (Scientific American, May 1978, p. 64), что температура этого излучения несколько выше в созвездии Льва и ниже в созвездии Водолея.

Астрологи обозначают месяцы года символами зодиакальных созвездий, в которых находится Солнце, если смотреть на него с Земли. Солнце находится в центре созвездия Льва примерно 5 августа (см. рис.), так что Земля движется прямо на это созвездие примерно 5 ноября. Соответственно интенсивность микроволнового излучения в ноябре выше — при движении навстречу источнику излучения частота его возрастает в силу эффекта Доплера. Наоборот, в мае интенсивность микроволнового фона минимальна, поскольку Земля удаляется от источника излучения. Казалось бы, более естественно проводить корреляции с моментом зачатия, а не рождения, поскольку малые начальные вариации многократно усиливаются в процессе роста зародыша. Однако на практике это предположение трудно проверить.

Но мы можем проверить аналогичный эффект, связанный с обращением Солнечной системы вокруг центра Галактики. Лниейная скорость годичного вращения Земли составляет 3×104 м/с. Линейная скорость движения Солнечной системы по галактической орбите составляет 3×105 м/с, а период этого вращения равен 200 млн. земных лет. Доплеровское смещение фонового излучения соответственно должно быть в этом случае в 10 раз больше, так что в астрологическом плане вариации с периодичностью, равной галактическому «году», должны создавать десятикратный эффект. Как ни удивительно, этот вывод подтверждается археологическими данными. Если в настоящее время на Земле наблюдается расцвет органической жизни, то к концу мелового периода, 100 млн. лет назад, жизнь на Земле пребывала в упадке: вымирали динозавры, аммониты, многие головоногие и стрекозы. В середине триасового периода (200 млн. лет назад) эти существа находились на вершине своего развития. Не так уж плох в этом отношении каменноугольный период (300 млн. лет назад), а девонский и силурийский периоды (400 млн. лет назад) — это подлинный триумф жизни: появление первых животных и растений на суше. Дополнительное подтверждение этому можно найтн в статье Дж. Палтриджа (New Scientist, April 19, 1979, p. 194). На построенном им графике изменения климата отчетливо выделяется период продолжительностью 200 млн. лет, который по своей амплитуде уступает только сезонным (годичным) климатическим изменениям (см., например, [9].— Ред.).


Комментарий Дедала

В статье Г. Эйзенка (Encounter, Dec. 1979, p. 85) обсуждаются «космобиологические» эффекты, которые могут лежать в основе астрологических предсказаний. Одним из таких эффектов является наличие фонового микроволнового излучения. Автор ссылается на работу Дж. Нельсона, радиоинженера фирмы RCA, обнаружившего связь между радиопомехами и положением планет. Я решил сослаться на эту работу, рассматривая ее как еще одно доказательство связи между астрологическими соединениями планет и микроволновой гипотезой.


Правда об НЛО

Интерес неопознанным летающим объектам, подогреваемый фантастическими фильмами и рассказами «очевидцев», по-прежнему не ослабевает. В связи с этим Дедал решил раскрыть секрет аппарата, созданного фирмой КОШМАР, который, вероятно, породил все эти слухи. Речь идет о летательном аппарате, использующем энергию Солнца подобно модели фирмы «Хьюз эйркрафт», электрический двигатель которой работает от кремниевых солнечных батарей (New Scientist, March 9, 1978, p. 659). Первоначально — из соображений получения максимальной площади поверхности — нами была выбрана круглая форма аппарата. Затем, однако, нам показалось разумным снабдить диск пропеллерными лопастями и создавать подъемную силу путем вращения всего «блюдца», сочетая принципы действия вертолета и детской «летающей тарелочки». Чтобы пилот не испытывал головокружения и не был раздавлен центробежной силой при больших скоростях вращения, его кабина не вращается вместе с фюзеляжем.

Подобная конструкция имеет важное новое свойство: весь аппарат, действуя, как маховик, служит аккумулятором энергии. Ведь чтобы подняться в воздух на нашем «туманном Альбионе», любой летательный аппарат, работающий на солнечной энергии, должен полагаться на милость погоды. Только за облаками, километрах в десяти над землей, можно с уверенностью рассчитывать на солнечный свет. Дедал, однако, вычислил, что легкое и прочное «блюдце» из пластика, армированного углеродным волокном, можно раскрутить до такой скорости, что оно сможет подняться на сотни километров ввысь. Раскрученное на стартовой площадке «блюдце» взмывает вверх подобно всем знакомому игрушечному вертолету. Поднявшись выше облаков, аппарат начинает использовать солнечную энергию для движения и маневров, изменяя угол атаки несущих лопастей. При спуске лопасти работают в режиме авторотации, и аппарат накапливает энергию вращения, используя ее затем для набора высоты. (Летчики-испытатели фирмы КОШМАР опускаются ниже облаков лишь на короткое время, чем и объясняется редкость наблюдений НЛО.) При посадке аппарат набирает почти такую же скорость вращения, какую он имел в момент старта, и возвращает энергию пусковой установке. Таким образом, по своей экономичности он не имеет себе равных!

New Scientist, May 4, 1978


Из записной книжки Дедала

Может ли «блюдце» летать на солнечной энергии? Если радиус «блюдца» равен 5 м, то его площадь составит А=πr≈ 75 м2. Принимая энергетическую постоянную Солнца равной 1 кВт/м2, мы найдем, что от солнечной батареи с кпд = 10% можно получить мощность Р = 75 × 1 × 0,1 = 7,5 кВт. Такая мощность позволяет поднимать «блюдце» массой m = 250 кг со скоростью v = P/mg = 7500/(250 × 10) = 3 м/с. Чтобы взлететь, «блюдце» в таком случае должно терять высоту при планировании со скоростью, меньшей чем эта величина. Это вполне обнадеживающий результат: хорошие планеры теряют высоту со скоростью 1 м/с и меньше, а детские «летающие тарелочки» вообще спускаются чрезвычайно медленно, поскольку сочетают в себе свойства аэродинамической несущей поверхности и парашюта с гиростабилизацией.

Какую энергию может запасти вращающееся «блюдце»? Существует стандартная формула для расчета максимального числа оборотов тонкого кольца, при превышении которого происходит разрыв:

n2 = S/(4π2r2ρ),где n — число оборотов в секунду, S — предел прочности кольца, r — его радиус и ρ — плотность. Тогда максимальная кинетическая энергия вращения кольца массой M равна

E = ½Mv2 = ½M(2πrn)2 = ½M(2πr)2S/(4π2r2ρ) = MS/2ρ

Эта энергия достаточна для подъема кольца на высоту

h = E/Mg = MS/2ρMg = s/2ρg

Для нашего кольца необходим как можно более легкий и прочный материал, например пластик, армированный углеродным волокном, у которого ρ = 2300 кг/м3 и S = 1,5×1010 Н/м2. Тогда h = 1,5 × 1010/2 × 2300 × 10 = 3,3×105 м = 330 км.

Результат обнадеживает: нам-то необходимо поднять «блюдце» на высоту порядка 10 км, так что в нашем распоряжении имеется тридцатикратный запас, который наверняка покроет низкий кпд, наличие нераскрученной массы и т. д. И вообще складывается впечатление, что вся энергия, необходимая для полета, может быть запасена в виде кинетической энергии вращения «блюдца», а солнечные батареи будут служить лишь вспомогательным источником энергии. (Похоже, что такой «хула-хуп» удастся даже вывести на околоземную орбиту, но я не намерен развивать здесь эту идею.)

Технические подробности. Для устранения нежелательных гироскопических эффектов вращательные моменты аппарата должны быть уравновешены. У наиболее компактной конструкции верхняя часть «блюдца» является статором дискового электродвигателя, а нижняя часть — ротором, вращающимся в противоположную сторону. Центральная часть (кабина) крепится посредством дифференциального механизма и не участвует во вращении. Для питания асинхронного двигателя постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей, придется преобразовать в переменный, но это не представляет большой сложности. Статор может одновременно служить несущей поверхностью типа «летающей тарелочки»; он снабжен воздухозаборниками для создания воздушной подушки. На роторе установлены короткие лопасти с переменным углом атаки, как у вертолета.

Эти же лопасти, установленные в режиме авторотации, раскручивают аппарат во время снижения — это очень полезное свойство, значительно повышающее экономичность «блюдца». В любом случае, поскольку скорость снижения не может превышать 3 м/с, вынужденная посадка не представляет опасности: «блюдце» само по себе является аварийным парашютом.


Источник: Дэвид Джоунс, «Изобретения Дедала», издательство "Мир", 1985г.






Устали? - Отдыхаем!

Вверх