Тридцать второе мая
"В будущем жизнь людей, обитающих в непосредственной близости от аэропортов, должна существенно улучшиться. На это надеется группа ученых из Кембриджского университета и Массачусетского технологического института, три года работавшая над созданием модели самолета, который будет производить не больше шума, нежели обычная стиральная машина. Silent Jet имеет сравнимые с современными аэробусами размеры: длина 43 метра, размах крыльев — 67 метров. Он будет способен перевозить 215 пассажиров и, как предполагают ученые, должен оказаться в небе где-то к 2030 году.
«Люди готовы платить больше за перелет в аэропорты, расположенные близко к городу, — говорит Ричард Абулафия (Richard Aboulafia), вице-президент консалтинговой фирмы Teal Group, занимающейся рынком авиаперевозок. — Существуют экономические стимулы строительства аэропортов в черте города. Но для этого самолеты должны быть тихими».
Решением проблемы шума занимаются как крупнейшие мировые авиастроительные корпорации Boeing и Airbus, так и производители двигателей для самолетов, включая General Electric, United Technologies и Rolls-Royce. Но их усилия в большинстве своем направлены на улучшение уже имеющихся технологий, группа же ученых из МТИ и Кембриджа решила спроектировать самолет с нуля, кардинально переработав традиционный дизайн. Silent Jet является одним большим летающим крылом и отчасти напоминает знаменитый самолет-невидимку F-117. Вместо одного центрального стабилизатора в Silent Jet используется два стабилизатора на концах крыльев. Форма самолета позволяет ему держаться в воздухе на меньшей, по сравнению с современными лайнерами, скорости, садиться медленнее и, соответственно, производить меньше шума. Три реактивных двигателя разместили в задней части корпуса, что, вместе с другими конструкционными изменениями, должно значительно уменьшить шум при взлете.
Впрочем, эксперты считают, что авиастроители скорее переймут какие-то отдельные разработки, нежели примут дизайн Silent Jet полностью. «В подобных исследовательских проектах внимание сконцентрировано на одной проблеме, и все усилия направлены на ее решение, — говорит Билли Гловер (Billy Glover) из корпорации Boeing, возглавляющий отдел, который занимается защитой окружающей среды. — Когда же дело доходит до проектирования реального самолета, вы вынуждены идти на многие уступки». АХ
Тридцать второе мая
Проблема с бортовым компьютером может стать причиной очередного переноса полетов американских шаттлов. По плану, Discovery должен взлететь с мыса Канаверал, где располагается Космический центр Кеннеди, седьмого декабря и пробыть на орбите двенадцать дней. Если старт пройдет удачно и корабль отправится в космос вовремя, откладывать полет не придется. Если же из-за погодных условий или других неблагоприятных обстоятельств запуск не состоится до 18 декабря, то его перенесут на январь — Новый год на орбите космонавты встречать не должны. И это связано вовсе не с заботой об их семьях. После гибели шаттла Columbia в NASA крайне осторожны — боссы аэрокосмического агентства стараются избежать малейшей опасности, способной нарушить полетный план. На этот раз суматоха поднялась из-за того, что бортовой компьютер челнока не умеет переходить на следующий год и будет считать первое января не первым днем 2007 года, а 366-м днем 2006-го. Как это повлияет на работу приборов, в NASA не знают, поэтому и не хотят, чтобы корабль находился на орбите с 31 декабря на 1 января.
После памятной катастрофы «Колумбии» полеты шаттлов прервались на два с половиной года. От этого пострадали многие научные исследования, так как некоторые крупногабаритные приборы можно доставить на МКС только с помощью американского корабля — в грузовом отсеке российской ракеты-носителя «Союз» они просто не помещаются. Для завершения строительства МКС до 2010 года необходимо произвести еще как минимум четырнадцать запусков шаттлов на орбиту, а ведь есть и другие дела — например, не терпящий отлагательства ремонт старичка «Хаббла». АХ
Воздушный порт
Звездная команда лидеров рынка потребительской электроники (LG, Matsushita, NEC, Samsung, Sony и Toshiba) объединила усилия в создании прогрессивного стандарта беспроводной связи WirelessHD. Название инициативы выдает ее причастность к технологиям высокой четкости. Так и есть — речь идет о связи электроники следующего поколения «по воздуху». В конце концов, не ковыряться же с проводами под конец первого десятилетия XXI века. А так, глядишь, если партнеры выдержат сроки и представят готовые спецификации к весне, то уже через год-другой можно ожидать первые устройства с логотипами, гордо рапортующими о поддержке нового стандарта.
WirelessHD займет радиодиапазон 60 ГГц, прежде игнорируемый индустрией из-за больших технических издержек, предоставив для передачи медийного HD-контента канал с пропускной способностью 5 Гбит/с на расстоянии до 10 метров. Высокая скорость позволит отказаться от компрессии данных, что, в свою очередь, уменьшит стоимость решения и снизит задержки при передаче сигнала. В основе системы лежат разработки перспективного стартапа SiBeam, сконструировавшего первый недорогой CMOS-чипсет под этот частотный диапазон. Некоторые производители прежде уже пытались заменить HDMI-кабель подходящей беспроводной технологией. Но поскольку ныне выбор стандартных решений ограничен только Wi-Fi, неспособной обеспечить необходимую «прыткость», эти разработки особого успеха не имели, так и оставшись нишевым продуктом.
Не исключено, что модуль WirelessHD со временем удастся реализовать на одной схемотехнике с менее высокочастотными UltraWideBand-решениями, отчасти претендующими на ту же нишу. АЗ
Сила пустоты
Любопытные результаты получила команда российских и американских ученых, измеривших влияние проводимости кремния на знаменитую и таинственную силу Казимира, которая притягивала к поверхности кристалла покрытый золотом шарик. Измерения совпали с теорией, что сулит успешное использование этой силы в различных микромеханических устройствах.
Голландский теоретик Хендрик Казимир предсказал существование странной силы, ныне носящей его имя, еще в 1948 году. Эта сила притягивает друг к другу пару плоских идеальных зеркал в вакууме. Она быстро увеличивается при сближении зеркал (как четвертая степень расстояния между ними) и, на удивление, определяется только парой фундаментальных констант — скоростью света в вакууме и квантовой постоянной Планка. В обычных масштабах эта сила крайне слаба, но если расстояние между зеркалами уменьшить до десяти нанометров, она станет сравнима с силой давления атмосферы.
Возникновение силы притяжения Казимир объяснил квантовыми флуктуациями вакуума. Энергия этих флуктуаций, приводящая к спонтанному рождению и уничтожению фотонов, формально бесконечна. Но за счет того, что на каждую пластину фотоны давят с обеих сторон, а между пластинами помещаются фотоны не всех возможных длин волн и в зазоре их несколько меньше, чем снаружи, разность давлений оказывается конечной и прижимает пластины друг к другу.
С проблемой формально бесконечной энергии вакуума тесно связан целый ряд важных проблем космологии и новых теорий элементарных частиц. Знают о ней и некоторые шарлатаны, обещающие получение неисчерпаемой энергии прямо из пустоты. Считается, что сила Казимира практически единственное доступное для измерений проявление квантовых флуктуаций вакуума. Вот почему в последние годы ее стали очень активно исследовать, что стало возможным благодаря быстрому совершенствованию экспериментальной техники для работы на наномасштабах. Впрочем, многие специалисты считают, что бесконечная энергия вакуума — лишь математический казус теории, который не стоит внимания. Возникновение силы притяжения между пластинами можно интерпретировать и иначе. На шесть лет позже Казимира известный советский физик Евгений Лифшиц независимо развил общую теорию, которая позволяет рассчитать силу притяжения между реальными поверхностями. В случае идеальных зеркал результаты двух теорий совпадают, но Лифшиц интерпретировал возникающую силу как проявление обычных сил молекулярного притяжения.
Именно с теорией Лифшица авторы сравнивали свои измерения. Поскольку параллельность пластин на малых расстояниях реализовать трудно, вместо одной из них использовался покрытый слоем золота пластиковый шарик диаметром 0,6 мкм. Шарик присоединили к игле атомно-силового микроскопа и измеряли силу притяжения к кремниевым пластинам с различным количеством примесей. Проводимость кремния менялась на несколько порядков, а сила притяжения на расстоянии 70 нм — всего на 7%, но эти небольшие изменения хорошо совпадают с теорией.
Эксперименты показали, что величину силы Казимира можно изменять, подбирая материал, — это будет очень полезно при проектировании микромеханических устройств. И хотя с силой Казимира пока далеко не все ясно и ученые продолжают спорить о ее природе и возможных проявлениях, новые технологии не будут стоять на месте. ГА
Деньги не пахнут
Справедливость крылатой фразы «деньги не пахнут» подтвердили химики из Лейпцигского университета. Это знаменитое выражение известно с первого века нашей эры, когда римский император Тит Флавий Веспасиан первым придумал брать плату за пользование общественными туалетами.
Оказывается, сами металлы действительно не пахнут, а их характерный запах возникает только в результате химической реакции с поверхностью жирных рук. Ученые предположили, что запах металлов лишь иллюзия, а летучие и пахнущие фосфорорганические соединения возникают в результате реакции кислот, которые естественно присутствуют на поверхности кожи, с обычными примесями углерода и фосфора в металле.
Однако эксперименты показали, что образцы железа, травленые кислотами в лабораторных условиях, пахнут совсем по-другому. Пришлось проводить более тонкий химический анализ испарений кожи после ее контакта с металлами. Газ содержал несколько пахучих соединений — альдегидов и кетонов, которые в малых количествах получаются в результате быстрых реакций металла с естественными жирами на нашей коже.
Выяснилось, что у разных людей металлический запах получается несколько разным, и он даже может зависеть от состояния здоровья человека. Так что теперь ученые пытаются приспособить свои исследования для задач медицинской диагностики. ГА
Планета в колхозной собственности
Печальные прогнозы содержатся в статье международной группы исследователей, опубликованной недавно в журнале Science. Анализируя биоразнообразие в районах рыболовства по всему миру, авторы статьи зарегистрировали его повсеместное сокращение. Морские экосистемы в чем-то подобны карточному домику: выдерните один из его элементов, и домик рухнет. К счастью, в регионах, где идеи охраны разнообразия морских животных воплощаются в жизнь, разрушение экосистем существенно замедляется или даже обращается вспять.
К слову, «идеология» рыболовства до сих пор остается самой отсталой среди всех отраслей, обеспечивающих питание человечества. Речь идет не о рыболовецкой технике, за последние десятилетия заметно шагнувшей вперед. Просто со времен, когда человек был охотником-собирателем, он успел перейти от сбора дикорастущих растений к растениеводству, а от охоты (как способа пропитания) — к животноводству.
А вот в отношении рыбы и других морских ресурсов подход почти не изменился: хапай, что само выросло. Рыбоводческие фермы были бы примером иного отношения к водным ресурсам, если бы сплошь и рядом для питания выращиваемых рыб не использовались безжалостно вылавливаемые «дикие» корма. И это еще не худший вариант: там, где рыб кормят комбикормами, отходы со временем превращают морское дно в свалку, отравленную продуктами гниения.
Как будет реагировать человечество на столь неблагоприятные прогнозы? Поживем — увидим. К сожалению, самым вероятным сценарием представляется тот, что назван «парадоксом общинных земель». Суть его вот в чем. В старой овцеводческой Англии земли делились на частные (где пасти скот мог только их хозяин) и общинные (которые мог использовать любой животновод). Пока на общинной земле оставалась трава, всякий хозяин предпочитал пасти своих овец на бесхозной территории. Как вы думаете, что делал средний англичанин, увидев, что из-за этого общинная земля хиреет? Правильно, выгонял на нее весь свой скот, чтоб его живность урвала хоть толику исчезающей ничейной травы. Через какое-то время находившиеся в общем пользовании пастбища превращались в пустырь.
С другой стороны, что нам примеры из английской жизни? Россияне хорошо помнят о печальном опыте хозяйствования в колхозах — им и так все должно быть понятно. Увы, планета до сих пор находится в коммунальной собственности. Интересно, чем же это закончится? ДШ
Лазер на контроле
Принципиально новый способ управления химическими реакциями с помощью лазера предложили химики из Стесиевского института молекулярных наук Национального исследовательского совета Канады. Мощный короткий импульс лазера действует подобно катализатору, временно изменяя энергию взаимодействия атомов вещества.
Химики давно и успешно используют свет, в том числе и лазерный, для получения нужных химических веществ. Однако в фотохимии фотоны вместе с веществом выступают как полноправные участники химической реакции. Как правило, фотоны с подходящей энергией поглощаются, заставляя электроны переходить на другой энергетический уровень или возбуждая нужные колебания и вращения в сложных молекулах. А уже возбужденному веществу легче прореагировать.
Катализаторы действуют иначе. Эти специально подобранные вещества не расходуются в процессе реакции, а сдвигают своим электрическим полем энергетические уровни в молекулах. Это заставляет химическую реакцию идти в нужном направлении, помогая ей преодолеть потенциальный барьер. Но обычно катализаторы очень дороги, и их крайне сложно подобрать и использовать.
В новом методе вместо катализатора используют мощный короткий импульс инфракрасного света. Его сильное электрическое поле тоже способно сдвинуть энергетические уровни в молекуле без поглощения фотонов. Причем меняя длительность импульса можно тонко управлять реакцией и получать нужные соединения.
Физический эффект расщепления и сдвига энергетических уровней в электрическом поле носит имя Штарка, и авторы назвали новую технологию динамическим управлением Штарка (Dynamic Stark control). Метод слабо зависит от длины волны лазера и применим к любым поляризуемым молекулам, что обещает очень широкий спектр приложений. В качестве первого применения нового метода ученые развалили молекулу бромида йода IBr на атомы брома и йода, воздействовав на нее импульсом инфракрасного света длительностью 150 фемтосекунд.
Авторы считают, что помимо химии их разработка найдет массу приложений в информационных технологиях. Таким способом можно управлять молекулярными логическими переключателями и ячейками памяти. Метод подойдет для тонкого управления многими квантовыми процессами, давая в руки ученым новый мощный инструмент изменения микромира. ГА
Мертвый слой
Старую загадку, почти полвека не поддающуюся ученым, недавно удалось разгадать специалистам из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Компьютерные расчеты из «первых принципов» позволили установить причину катастрофического падения емкости наноконденсаторов и подсказали пути ее устранения.
Без запасающих заряд конденсаторов не может обойтись ни одна электронная схема. И конденсаторы, как правило, самые громоздкие элементы чипов, мешающие их дальнейшей миниатюризации. Обычный конденсатор состоит из двух слоев металла, которые разделены диэлектриком. Ученые давно пытались уменьшить их размеры, снижая толщину слоя диэлектрика и используя материалы с большой диэлектрической постоянной вроде SrTiO3, которые имеют структуру перовскита. Но емкость конденсаторов с нанослоями таких диэлектриков оказывалась почти на порядок меньше, чем ожидалось.