Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима

(Май 2019, idb)

Затертый штамп про «всякое новое как хорошо забытое старое» применяют и часто, и к чему угодно. Но крайне редко – к новейшим хайтек-технологиям передовой науки. Здесь, однако, будет рассказ именно о таком случае…

На сайте научных препринтов arXiv.org недавно выложена весьма примечательная обзорная статья, подготовленная в области междисциплинарных исследований на стыке нанофотоники, геофизики и инженерных аспектов строительства/архитектуры. Авторами работы являются ученые из французского Института Френеля при Марсельском университете, а название у статьи такое: «Роль нанофотоники в рождении сейсмических мегаструктур» (arXiv:1904.05323).

Начиная свой обзор, авторы работы первым делом поясняют, какая тут вообще может быть взаимосвязь между столь разными, казалось бы, вещами как нанофотоника (сочетание оптики и нанотехнологий) и конструирование сейсмоустойчивых зданий. Ведь нанооптика с её фотонными кристаллами и электромагнитными волнами, с одной стороны, и наука геофизика с её сейсмическими волнами землетрясений, со стороны другой, занимаются волнами совершенно разной природы.

В нанофотонике, в частности, исследователи манипулируют электромагнитными излучениями в диапазонах видимого света и прилегающих к нему областей ультрафиолетовых и ближних-инфракрасных частот. То есть в диапазоне волн длиной примерно от 300 до 1200 нанометров. Волны же сейсмические, проходящие через толщу земли и по её поверхности, не только сильно отличаются от природы света, но и имеют совсем-совсем другие длины – порядка десятков и сотен метров.

Физика волн, однако, на всех масштабах имеет по сути одни и те же ключевые особенности. Типа эффектов интерференции и дифракции, то есть усиливающего или гасящего колебания наложения волн, отражения и способностей волн к огибанию встреченных препятствий. А потому при грамотном использовании опыта и математического инструментария исследователям волн удается весьма эффективно переносить достижения одной области в области совершенно другие.

Если же говорить конкретно о нынешней истории, то разработка фотонных кристаллов, теоретически открытых примерно лет тридцать тому назад, в своем развитии шла бок о бок не только c большими достижениями науки в смежных нанотехнологических областях вроде плазмоники и метаматериалов. Все эти совокупные успехи со временем вдохновили ученых и на создание метаповерхностей значительно более крупных масштабов – с линейными размерами порядка десятков метров. Такого рода структуры получили название сейсмические метаматериалы.

Эксперименты ученых и инженеров с сейсмическими метаматериалами, сооружаемыми из зарытых в грунт элементов, убедительно показали, что мощный математический инструментарий, изначально разработанный для фотонных кристаллов и нанооптики, предоставляет отличные возможности и для этой области. Важнейшая среди таких возможностей – существенно новое описание и предсказание тех сложных феноменов во взаимодействиях между землей и возведенными на ней сооружениями, что происходят в периоды сейсмических возмущений.

Впечатляющие успехи на данном направлении – типа работоспособной концепции волнового «плаща-невидимки», защищающего здание от землетрясений – уже ведут ученых и к куда более смелым футуристическим идеям. Ибо те же самые подходы, что помогают при разработке метаструктур, закопанных в грунт, аналогично можно использовать и для изучения совокупных эффектов от уже выстроенных и/или проектируемых к постройке зданий. При таком обобщенном подходе все возводимые на земле сооружения рассматриваются как надповерхностные резонаторы в мегаструктурах типа «мета-городов».

Иначе говоря, грамотно размещая здания с правильными сочетаниями их формы, площадей и высоты, можно заранее обеспечивать повышенную сейсмоустойчивость всего метакомплекса сооружений в целом. Особо же интересно, как подчеркивают авторы обзора, что столь замечательные перспективы для зодчества недалекого будущего попутно должны напоминать нам и о богатейшем наследии архитекторов и строителей древности.

Ибо реальная ситуация здесь такова, что как только разработчики сейсмических метаматериалов разобрались как следует, что и как тут следует делать, то вскоре им открылась и воистину поразительная вещь. Оказалось, что имеется поразительное и несомненное сходство между конструкциями их новейших «плащей-невидимок», защищающих современные здания от землетрясений, и архитектурой некоторых весьма и весьма древних мегаструктур – таких как древнеримские арены-цирки и амфитеатры.

Проанализировав структуру фундаментов нескольких цирков и амфитеатров эпохи Древнего Рима, французских исследователи обнаружили, что изучают, по сути дела, «археологические метаматериалы». То есть инженерные конструкции, которые неявным образом (как минимум) могли обеспечивать защиту сооружений от землетрясений, искривляя прохождение сейсмических волн в обход постройки.

Именно этому открытию и будет посвящен дальнейший рассказ – в проекции на особенности современных метаматериалов оптики и геофизики.

Читать «Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима» далее

Единая «письменность» людей палеолита

(Февраль 2018, сюжеты НБКР)

На всех континентах планеты в пещерах древних людей каменного века рядом с изображениями животных и человека обнаруживаются геометрические символы. Поразительный факт заключается в том, что символы эти повсюду одни и те же.

На протяжении многих десятилетий археологи изучали примечательные изображения лошадей, зубров и других животных, оставленные древними художниками каменного века на стенах тех пещер, что многие тысячелетия служили жилищами для наших предков в эпоху палеолита. Но очень мало кто из исследователей обращал внимание на простенькие геометрические знаки, часто сопровождающие эти картины. Не понимая смысл такого рода символов, археологи обычно трактовали их просто как декоративные украшения.

Лишь в самые последние годы, когда за систематическое изучение этих знаков взялась Женевьева фон Петцингер (Genevieve von Petzinger), молодой палеоантрополог из канадского Университета Виктории, стала вырисовываться куда более отчетливая и намного более интригующая картина с осмысленной графикой человечества в доисторические времена.

В своей недавней книге «Первые знаки. Разгадывая тайны самых древних символов в мире», фон Петцингер рассказывает, что одним из главных итогов её исследований изображений во множестве древних пещер Европы стало обнаружение такого факта. Во всех этих местах люди древности на протяжении 30 тысяч лет использовали в разных комбинациях одни и те же типы символов. Что дает веские основания предполагать эти знаки «средствами передачи информации». Или, иначе, видеть в них самый ранний шаг человечества на длинном пути к созданию письменности…

Читать «Единая «письменность» людей палеолита» далее

Телефон на тот свет

Очередной пример инфотехнологической «новости» из разряда первоапрельских шуток. Но как и в любом другом розыгрыше подобного рода, в каждой шутке – лишь доля шутки. Всё же остальное – чистая правда…

(Апрель 2002)

С начала этого года древнейший на Земле храмовый комплекс-некрополь в Гизе на берегу Нила по очереди посетили несколько видных представителей мировой политической элиты. Без широкой огласки в камерах пирамиды Хеопса побывали Билл Клинтон, Тони Блэр и ряд других известнейших политиков.

Официально объявленная цель этих визитов в пирамиду была самой обычной – осмотр исторических достопримечательностей египетской столицы. Однако недавно журналисту газеты «Аль-Ахрам» удалось разговорить одного из организаторов данных посещений, который пожелал сохранить анонимность, но раскрыл, что истинная цель приездов политиков – общение с потусторонним миром.

Вкратце суть истории такова. После окончания многомесячных реставрационных работ в пирамиде Хеопса неожиданно выяснилось, что в так называемой «усыпальнице царя», то есть самой верхней камере с пустым саркофагом, регулярно стали слышны какие-то нездешние голоса.

О подобных свойствах этого места неоднократно упоминается в древних оккультных книгах, где пирамида именуется «храмом инициаций» и местом общения посвященных со своими «богами», однако для нынешних ученых открытие столь своеобразного «телефонного аппарата» оказалось совершенно неожиданным.

Дополнительные исследования показали, что возобновление необычных коммуникационных свойств пирамиды произошло, скорее всего, после расчистки от мусора каскада из пяти «секретных камер» над усыпальницей царя. Это уникальная архитектурная особенность пирамиды Хеопса, не имеющая аналогов в других подобных сооружениях.

Читать «Телефон на тот свет» далее

Взаимодействие материи и света

(Апрель 2003)

Вынесенное в заголовок словосочетание — это практически дословный перевод названия одной из научных секций на ежегодной международной конференции SIGGRAPH, посвященной компьютерной графике и анимации. 

1_cune

Но одновременно — это и весьма плодотворная, в смысле практических приложений, область исследований ученых-физиков. Поэтому вполне естественным будет рассказать здесь сразу и о том, и о другом.

Открытия под куполом

В рамках секции The Interaction of Light and Matter одним из наиболее ярких докладов на недавней конференции SIGGRAPH стал отчет о работе ученых исследовательского центра Hewlett-Packard Laboratories под названием «Полиномиальное формирование текстур» или PTM (от Polynomial Texture Mapping  www.hpl.hp.com/research/ptm/).

Особый блеск этому исследованию придавало то, что компьютерщикам удалось очень быстро найти весьма важное практическое применение для своей сугубо специальной, на непосвященный взгляд, разработки. В первую очередь — применение в археологии и палеонтологии.

Вообще говоря, под texture maps или текстурными картами в компьютерной 3D-графике принято понимать двумерные изображения всевозможных поверхностей, используемые для создания объемного представления объекта. В лабораториях же Hewlett-Packard группа ученых под руководством Тома Мэлзбендера (Tom Malzbender) создала новый метод PTM, ощутимо улучшающий фотореалистичность генерируемых компьютером текстурных карт.

Если излагать суть метода в технических терминах, то программа PTM оперирует при описании текстуры специальным биквадратичным уравнением-полиномом, конкретные коэффициенты которого для каждого тексела (элемента текстуры) используются при воссоздании цветов поверхности в условиях различного освещения.

Если же говорить простым человеческим языком, то за основу текстуры берутся обычные фотографии реальной поверхности, снятой под разными углами падения света, а затем программа очень правдоподобно воссоздает ту же поверхность, но уже при любых условиях освещения.

В ходе работы над PTM ученые попутно открыли несколько функций-преобразований, изменяющих отражательную способность поверхности, что может самым радикальным образом сказываться на улучшении контрастности изображения. Отсюда и было сделано предположение, что новый метод формирования текстур может оказаться очень полезен археологам или историкам при изучении полустершихся надписей на древних каменных сооружениях и глиняных табличках.

Решив не размениваться по мелочам, компьютерщики вышли на Йельский университет, где хранится крупнейшее в США собрание клинописи цивилизаций Междуречья — так называемая Вавилонская коллекция Йеля. Возраст многих из глиняных табличек собрания превышает 4000 лет, которые, естественно, не прошли для надписей незаметно, так что при их восстановлении и расшифровке у историков очень часто возникают серьезные проблемы.

[Пояснения к снимкам в заголовке: Эффект функции улучшения отражения применительно к древней шумерской табличке. (A) Исходная фотография. (B) Реконструкция PTM. (C) Образ, вычисленный с добавлением отраженного света. (D) Яркие участки из (C) добавлены в (B).]

Читать «Взаимодействие материи и света» далее

Мы — роботы

(Июнь 2002)

s&l-cryobot
Понятие “роботы” в буквальном смысле с момента своего появления в человеческой культуре непременно вызывает у нас двойственную реакцию.

С одной стороны, с этими аппаратами связываются надежды на полное избавление от скучной или вредной для жизни работы, с другой же стороны, в роботах всегда видели опасных противников, потенциально угрожающих самому существованию человечества.

Начало этой традиции заложил еще отец термина “робот”, чешский писатель-философ Карел Чапек, породивший новое слово от славянского “robota”. В пьесе Чапека 1920-го года R.U.R. (“Универсальные роботы Россума”) описано общество, попавшее в зависимость от им же созданных человекоподобных машин-работников, которые превзошли в мастерстве людей, а потому и перестали в них нуждаться.

Впоследствии тему роботов обыгрывал в своих произведениях практически всякий уважающий себя фантаст. Сами же машины-автоматы тем временем медленно, но верно все глубже проникают в нашу реальную жизнь, с каждым годом становясь все совершеннее.

Читать «Мы — роботы» далее

Тайны инков

guamanpoma

КНИГА — ЛУЧШИЙ ПОДАРОК

(Февраль 2004)

Абсолютно неизвестный в научных кругах итальянский инженер Николино Де Паскуале (Nicolino De Pasquale) разрешил, возможно, одну из давних загадок цивилизации инков – каким образом они производили сложные вычисления.

Когда испанские конкистадоры во главе с Франсиско Писарро обманом захватили в плен, а затем и задушили последнего императора инков Атахуальпу в 1533 году, инкская империя была государством, по размерам не знавшим себе равных на этой планете.

Еще более выдающейся особенностью этой цивилизации было то, что инки – чуть ли не единственная из великих культур эпохи бронзы, не создавшая письменности. По крайней мере, так было принято считать вплоть до недавнего времени, поскольку историки не располагали никакими письменными документами этой культуры.

Лишь сравнительно недавно исследователи обнаружили, что «кипу» – причудливое узелковое письмо, употреблявшееся инками для удержания в памяти больших сообщений и бухгалтерии – на самом деле содержит, возможно, внутри себя развитую скрытую письменность на основе семибитного двоичного кода.

Но вплоть до последнего времени никому так и не удавалось объяснить смысл поделенных на прямоугольники инкских табличек, известных как «юпана».

yupana

Разнообразные по размеру и форме, эти юпана нередко интерпретируются как «стилизованные модели крепости». Некоторые исследователи делали попытки рассматривать их как  счетную доску вроде абака, однако каким образом здесь выполнялись арифметические операции, оставалось совершенно неясным.

И вот совсем недавно в Италии инженер Де Паскуале, по жизни крайне далекий от тайн доколумбовых цивилизаций Америки, получил в качестве рожденственского подарка книгу о математических загадках. В качестве же одной из головоломок там предлагался непонятный рисунок из испанского манускрипта XVI века о нравах, обычаях и культуре инков – массив прямоугольных ячеек в пять рядов и четыре колонки.

В самой правой ячейке нижнего ряда изображен один кружок, в соседней ячейке 2 кружка, в третьей 3, а в последней ячейке ряда – 5 кружков. Понимающий кое-что в математике инженер быстро сообразил, что число кружков в ячейках – это первые элементы последовательности Фибоначчи – 1, 2, 3, 5, … – где каждое последующее число представляет собой сумму двух предыдущих.

Меньше часа понадобилось Паскуале на то, чтобы установить – матрица-головоломка действительно представляет собой своего рода счетную доску-абак, но вычисления здесь ведутся по основанию 40, а не так, как в привычной нам десятиричной системе. Читать «Тайны инков» далее

Просто праздник какой-то

(Впервые опубликовано – декабрь 2004)

Источники, заслуживающие доверия, сообщают, что в институте психиатрии им. Сербского начата регистрация участников Конгресса дешифровщиков забытых письменностей. Прибывшим предоставляются медицинские услуги по выявлению первых признаков лунатизма, проводятся реабилитационные мероприятия, связанные с синдромом терроризма, предоставляется бесплатное питание и спецпомещения для подготовки выступлений на Конгрессе. Уже прибыли: 3 Эванса, 4 Вентриса, 5 Роулинсонов, 4 Шампольона и ряд других не менее известных специалистов-дешифровщиков. (Сетевой фольклор)

FESTIVUS [лат.] —праздничный, веселый

PhaistosDisk

Знаменитый Фестский диск с острова Крит вполне заслуженно и по праву может называться праздником для всех дешифровщиков забытых письменностей. Потому что шансы на тотальный успех здесь есть буквально у каждого.

Существенная разница лишь в том, кто и как этот тотальный успех понимает.

Специалисты-ученые, скажем, обычно знают, что из элементарных законов комбинаторики и математической лингвистики неизбежно следует вывод о невозможности однозначной корректной дешифровки коротких одиночных надписей, выполненных слоговым письмом. А потому профессиональные историки и лингвисты в первую очередь стараются отыскать максимально достоверные косвенные свидетельства в поддержку своего варианта расшифровки. Но пока, увы, подобных свидетельств, убедительных для всех или хотя бы для весомого научного большинства, найти так и не удалось.

Что же касается настырных любителей-дилетантов, то они, может, и слышали, что короткие надписи вроде Фестского диска допускают любую дешифровку на практически любом наперед заданном языке, но — как бы не верят. Иными словами, любители древних тайн относятся к своему хобби столь страстно, а найденный вариант прочтения лично им кажется столь убедительным, что никакие увещевания и доводы науки тут не срабатывают.

Поэтому одних только книг с абсолютно разными, никак не стыкующимися вариантами расшифровки надписей на диске изданы многие десятки. А уж веб-сайтов, посвященных новому и окончательному раскрытию этой загадки, в Сети можно найти если не тысячи, то сотни наверняка.

Наконец, для многих ученых и просто исследователей-энтузиастов Фестский диск стал своего рода интеллектуальной забавой. Суть развлечения сводится к тому, что спиральные цепочки пиктограмм на поверхности древней реликвии переводят — грамматически вполне корректно — на самые невообразимые языки: от современного русского или китайского до эсперанто. При желании там можно найти базовые теоремы евклидовой геометрии или древний астрономический календарь. А можно и небольшую программку для компьютера — если очень захотеть.

Но имеются, конечно, и абсолютно серьезные попытки дешифровки, обоснованные вполне достоверными фактами из древней истории средиземноморского региона. Чтобы суть этих результатов внятно здесь представить, необходимо хотя бы вкратце описать, что представляет собой Фестский диск. Читать «Просто праздник какой-то» далее