Всем в укрытие
Наука невозможного. Сейсмология
Несмотря на все технологические достижения, человечество остается столь же беспомощным перед землетрясениями, как и в каменном веке. Конечно, инженеры не сидят на месте, и благодаря их стараниям сегодня существуют очень сложные механизмы защиты отдельных зданий. Но что если от разрушительных толчков требуется спасти не пару небоскребов, а целый квартал или даже город? Здесь пригодился бы «плащ-невидимка», с помощью которого жилую застройку можно было бы изолировать от колебаний. Несмотря на фантастическое название, работы по созданию таких «плащей» ведутся уже сейчас.
В 1967 году советский физик Виктор Веселаго обнаружил, что при определенном сочетании в материале магнитных и электрических свойств в нем может возникать явление, которое считалось до того невозможным: материал приобретал отрицательный показатель преломления. Поскольку этот параметр зависит лишь от скорости распространения в веществе света, а она не может превышать скорость света в вакууме, то и показатель преломления не может быть ни меньше единицы, ни тем более меньше нуля. Казалось бы, что тут еще обсуждать?
Многие из тех, кто занимался этим вопросом до Веселаго, не учитывали одного важного обстоятельства: на показатель преломления в веществе влияет именно фазовая скорость света. И на нее, в отличие от групповой, ограничения Эйнштейна не распространяются. С фазовой скоростью не может распространяться энергия, зато она может быть не только сколь угодно большой, но даже отрицательной. А значит, и вещества с отрицательным показателем преломления существовать могут. Таким образом, математики наконец-то разрешили существование плащей-невидимок, о которых раньше писали фантасты.
Однако ни один природный материал не обладал нужными для отрицательного преломления электронными свойствами. Работа Веселаго долгие годы существовала лишь в виде математического курьеза. Лишь в 1996 году британский физик Джон Пендри обнаружил, что добиться возникновения нужных свойств в среде можно и без какой-то волшебной химии – достаточно собрать давно известные вещества в строго упорядоченные структуры. И если размер элементов в ней будет меньше, чем длина волны колебаний, то получившийся материал сможет приобрести «магические» свойства. Эти структуры получили название метаматериалов. Фундаментальные принципы конструирования метаматериалов одинаковы для любого излучения – будь то электромагнитное или акустическое. И если в первом случае длина волны – это проблема, то в случае сейсмических волн – решение. Период сейсмических колебаний может достигать десятков и даже сотен метров, а значит, сейсмические «плащи-невидимки» можно создавать уже сегодня.
Дыры в земле
Как ни странно, самой простой защитой от землетрясений являются обычные ямы в грунте. Их может сделать любая бурильная техника, единственное требование – скважины должны быть расположены в строгом соответствии с узлами заранее просчитанной двумерной решетки. В соответствии с идеями Веселаго, на такой «кристаллической решетке» из ям в колебаниях возникает запрещенная зона, то есть некоторые частоты просто перестают двигаться в такой среде. Если размер и расположение скважин подобраны правильно, то землетрясение не будет иметь таких разрушающих последствий.