Дэвид Джоунс - Изобретения Дедала

Руководствуясь этим алгоритмом, тысячи неорганизованных насекомых строят в результате сложный многоярусный лабиринт. У них нет ни планов, ни чертежей; нет и двух одинаковых термитников, однако все термитники служат прекрасными домами для этих насекомых. По-виднмому, алгоритм должен содержать дополнительные инструкции, предусматривающие, скажем, сводчатую форму сооружения или его ориентацию (термитники нередко вытянуты с севера на юг), но даже такой алгоритм неизмеримо проще самого примитивного эскиза. Разработка конструкций, создаваемых по подобным алгоритмам, могла бы стать одним из направлений в архитектуре.

С разрешения редакции New Scientist.

Долгая история архитектурных поисков и нерационального городского планирования наводит Дедала на мысль, что дома следует делать подвижными, чтобы в случае перепланировки не нужно было разрушать старые здания. Для перемещения домов удобнее всего было бы использовать принцип воздушной подушки, но, поскольку давление, оказываемое зданиями на опорную поверхность, составляет 0,02–2 атм, воздушная подушка вряд ли обеспечит требуемую подъемную силу. К тому же передвижение зданий сопровождалось бы невообразимым шумом. Поэтому Дедал намеревается использовать вместо воздуха воду, плотность которой в 1000 раз выше. Платформа на водяной подушке могла бы создавать значительную подъемную силу при относительно небольшом расходе воды. К сожалению, при этом вода затопит всю улицу, если только каким-то образом не отводить поток. Дедал предлагает окружить платформу водоотсасывающим кольцом, собирающим воду и возвращающим ее в систему. Дедал проектирует здания, оснащенные цистернами, насосами и всем необходимым для того, чтобы в считанные минуты превратить их в самоходные сооружения. Такой системой можно оснастить и многие существующие здания, возведенные на неглубоких или «плавающих» фундаментах.

Громко хлюпая, эти урбанистические суперводомерки будут скользить с места на место, подчиняясь прихотям архитектурной моды: высотный дом уступит место многорядному виадуку, а у подножия гигантов будут копошиться коттеджи и павильончики. Заводы будут ездить по стране в поисках квалифицированных рабочих или правительственных субсидий; пустеющие многоэтажные офисы приползут в центр Лондона, где спрос на них огромен, а старые конторы со своим персоналом покинут насиженные места, уступая требованиям комиссии по перепланировке. Трущобы гетто и загородные виллы будут располагаться обособленно или вперемежку, сообразуясь с текущей правительственной политикой (если же их просто оставить в покое, то со временем они естественным путем придут к равновесию). Проектировщики городов смогут не только учиться на своих ошибках, но и исправлять их. Только составители городских карт и работники коммунального хозяйства, наверное, проклянут новую Утопию.

New Scientist, February 3, 1972.

Рассмотрим платформу радиусом r, под которой в радиальных направлениях прокачивается жидкость через зазор размером x. Общая площадь щели А=2πrx, так что секундный массовый расход жидкости равен m' = arρ = 2πrxvg.

Давление p, создаваемое в жидкости перед щелью, должно равняться потоку импульса через единицу площади щели, т. е. p = 2πrxv2ρ/2πrx = v2ρ.

Это давление одинаково всюду под платформой и действует на всю нижнюю ее поверхность. Тогда полная подъемная сила F равна произведению давления на площадь поверхности: F = πr2v2ρ. Ясно, что вода, плотность которой в тысячу раз больше, чем у воздуха, создает в тысячу раз большую подъемную силу. Принимая разумные размеры платформы на водяной подушке: r = 10 м, v = 10 м/с, ρ = 1000 кг/м3, находим: р= 102 × 1000 Н/м2 = 1 атм; F = π × 102 ×102 × 1000 = 3,1×107 Н.

Прекрасно!

Какая мощность потребуется для создания нужного потока жидкости? Окружив здание прочной эластичной «юбкой», мы можем уменьшить зазор между ним и землей до 1 мм. Тогда массовый расход воды составит m' = 2π × 10 × 10-3 × 10 × 1000 = 630 кг/с. Значит, мощность Р = 1/2m'v2 = 0,5×630×102 = 31 кВт = 40 л.с. Это не так уж много. Чем больше размер платформы, тем лучше, поскольку подъемная сила пропорциональна квадрату радиуса, а требуемая мощность — первой степени радиуса.

Разумность моей идеи настолько очевидна, что я не мог не беспокоиться за свой приоритет. Поэтому я не очень удивился, узнав, что другие организации «наступают на пятки» фирме КОШМАР. Шесть месяцев спустя (New Scientist, Aug. 17, 1972, p. 340) было опубликовано сообщение о том, что Национальная инженерная лаборатория в Ист-Килбриде использует платформы на водяной подушке для перемещения тяжелых грузов в доках. Патенты иа эти платформы принадлежат Национальной научно-исследовательской корпорации. (Интересно, не потеряли ли они силу из-за того, что я опубликовал свой проект раньше?) Предполагалось, что такие платформы будут в основном использоваться для точной установки тяжелых деталей при сборочных работах. Никто, однако, не додумался пока применять их для перемещения зданий.

Неизвестно, существуют ли ощущения (помимо боли), органически неприятные для человека, например, врожденным ли является отвращение, которое мы испытываем к запаху тухлых яиц или при виде паука? Не так давно, однако, создатели звуковоспроизводящей аппаратуры обнаружили эффект, неприятный для любого слуха. Некоторые транзисторные усилители создают так называемые переходные искажения (типа «ступенька»), при которых на синусоидальном сигнале (между положительным и отрицательным полупериодами) появляется «ступенька». На слух эти искажения воспринимаются очень болезненно, хотя коэффициент нелинейных искажений при этом невелик: ухо, привыкшее к естественным, почти синусоидальным звукам, плохо воспринимает столь необычный сигнал. Дедал советует вводить подобные искажения в голоса злодеев в радиоспектаклях, чтобы сделать их еще более отталкивающими; он видит в этом также средство для тайного саботажа назойливой рекламы или выступлений политических противников. Но можно пойти еще дальше и распространить этот принцип на световые колебания, также имеющие синусоидальную форму. В нелинейной оптике уже известно много материалов, оптические свойства которых изменяются под действием электрического поля (например, электромагнитного поля, т. е. света). Специалисты фирмы КОШМАР пытаются найти стекло, которое проводит электрический ток (и поэтому непрозрачно) в слабых полях, но становится изолятором (и приобретает прозрачность) в сильных полях. Такое стекло («мерзиглас») будет аккуратно «вырезать» из синусоиды участки с интенсивностью ниже пороговой, но в то же время пропускать пики без заметного ослабления. Световая волна, проходя через такое стекло, будет претерпевать сильнейшее искажение типа «ступенька».

Дедал не может предсказать, как будут выглядеть предметы сквозь мерзиглас фирмы КОШМАР, но предполагает, что они предстанут как бы в зыбком, неверном свете. Добавочные гармоники лишь слегка исказят цвета, но тем не менее придадут им тошнотворный оттенок. Дедал считает, что такие стекла найдут множество применений в светофорах, дорожных знаках, на выставках художников-авангардистов. Но главную пользу подобный материал принесет, вероятно, как способ лечения телевизионной мании. Экран из мерзигласа поможет многим безнадежным телеманьякам вернуться к нормальному образу жизни.

New Scientist, July 22, 1971

В старых усилителях на электронных лампах точность воспроизведения звука полностью определялась коэффициентом гармонических искажений: искажения не ощущались на слух, если этот коэффициент был ниже 0,2%. Однако многие транзисторные усилители звучат безобразно, несмотря на низкий коэффициент гармонических искажений. Многие известные специалисты винят в этом переходные искажения, которые возникают в усилителях класса Б, где усиление сигнала в положительный и отрицательный полупериоды производится разными транзисторами. Если характеристики этих транзисторов не абсолютно одинаковы, то на синусоидальном сигнале появляется ступенька. Воспринимаемое на слух искажение совершенно несоизмеримо с коэффициентом гармонических искажений (рис. 1).

Можно ли проделать аналогичный фокус со светом? Для начала естественно было бы воспользоваться полупроводниками, у которых обнаруживается эффект Овшинского. Эти полупроводники могут обладать самыми различными нелинейными характеристиками; для наших целей более всего подходит характеристика, изображенная на рис. 2.

Что произойдет с вектором электрического поля световой волны, если она пройдет через стекло с такой характеристикой? При малой величине электрического вектора (между точками A и B) рост напряженности поля вызывает увеличение силы тока через стекло. Стекло ведет себя как проводник с ненулевым сопротивлением и поэтому рассеивает или отражает свет подобно металлам: оно непрозрачно. Если же напряженность поля выше пороговой, то ток не возрастает. Теперь стекло ведет себя как изолятор и пропускает свет практически без потерь. В результате из синусоиды вырезаются участки вблизи нуля — появляются ступеньки. С формальной точки зрения это равносильно генерации высших гармоник, но глаз не спектрометр, и что он увидит, предсказать трудно.