Чтение онлайн

3. Привязной спутник на шарнире Такой спутник может иметь любой период обраенияy (например, можно протянуть трос к Луне). Однако силы, действующие на ось, могут оказаться очень большими.

Когда электрон изменяет скорость или направление движения, он испускает электромагнитное излучение. В таком случае, считает Дедал, при прохождении электрического тока по извилистому проводнику должен излучаться свет. Частота излучаемого «света» в такой установке будет равна числу извилин проводника, проходимых электроном за секунду, и, следовательно, она лежит гораздо ниже границы видимого диапазона спектра. Даже если бы электроны двигались со скоростью света (как, к примеру, в длинной, извилистой формы радиолампе под действием ускоряющего напряжения), длина волны испускаемого излучения была бы равна длине одной извилины. Чтобы получить таким способом видимый свет, понадобилась бы лампа с извилинами, меньшими длины волны видимого света. Дедал предлагает воспользоваться кристаллами поваренной соли. В кристаллической решетке соли положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора чередуются с интервалом 0,28 нм, и электроны в пучке, направленном вдоль поверхности кристалла, будут отклоняться то в одну, то в другую сторону под действием полей, создаваемых чередующимися положительными и отрицательными зарядами. По расчетам Дедала, заполненная солью радиолампа должна излучать видимый свет уже при разности потенциалов между электродами в 0,05 В.

КПД такой лампы невелик, так как электроны касаются поверхности кристалла только в отдельных участках своего пути. Поэтому Дедал ищет пористый материал с ионной структурой, внутри которого электроны вынуждены были бы двигаться по извилистой траектории. Для этой цели больше всего подходят цеолиты, широко применяемые в ионообменниках и молекулярных ситах. В лабиринте их ячеистой структуры электрон будет двигаться по траектории с извилинами длиной 2 нм. Дедал присоединяет электроды к кускам цеолита, запаивает их в стеклянные баллоны и откачивает воздух. В результате получается «лабиринтная радиолампа». В этой лампе электроны движутся зигзагообразно от катода к аноду, испуская электромагнитное излучение на всем пути. Видимый свет будет излучаться уже при напряжении 3 В, причем такая лампа способна перестраиваться по спектру в очень широком диапазоне. В зависимости от приложенного напряжения, определяющего скорость движения электронов внутри цеолита, лампа излучает свет с любой длиной волны: от инфракрасного до ультрафиолетового [42] . Способность цеолампы изменять свой цвет с той же частотой, с какой изменяется управляющее напряжение, обеспечивает ей множество полезных применений в технике и в быту. При питании обычным переменным напряжением от сети цвет лампы будет казаться постоянным, так как глаз не в состоянии различить его изменения с частотой 50 Гц. Однако этот цвет легко изменять, управляя величиной или формой питающего напряжения. Особенно эффектно это свойство может использоваться в театральных постановках и на эстраде. В частности, Дедал надеется, что цеолампы помогут «живым» концертам одержать верх в конкуренции с звукозаписью. Цеолампа, управляемая через усилитель сигналом от музыкального инструмента, будет действовать как цветовой стробоскоп. Например, цвет струны, освещенной цеолампой, будет изменяться в фазе с ее собственными колебаниями. Скрипки, барабаны и тарелки станут переливаться всеми цветами радуги.

New Scientist, July 25, 1974

Звучащая тарелка переливается всеми цветами радуги: от фиолетового в верхнем положении до красного — в нижнем. В действительности же наличие высших гармоник приведет к еще более красочным зрелищным эффектам.

Электрон, имеющий массу m и заряд е, ускоряясь за счет разности потенциалов Е, приобретает скорость v, которая определяется из уравнения Ee = 1/2v2. Пусть этот электрон проходит через кристаллическую решетку с периодом l. Чтобы электрон «вилял» с частотой v, он должен проходить v периодов решетки в секунду, т. е. двигаться со скоростью v=vl. Соответствующая разность потенциалов равна E = 1/2mv2/e = mv2t2/2e = kv2t2; при m = 9,11x10– 31 кг и e = 1,60x10– 19 Кл находим k = 2,8x10– 12 кг/Кл.

Таким образом, чтобы получить желтый свет с частотой v = 500 ТГц, направляя электроны вдоль поверхности кристалла соли с периодом решетки l = 0,28 нм, необходима разность потенциалов Е = 2,8x10– 12 x (500x1012)2 x (0,28x10– 9)2 = 0,054 В. Но это слишком мало, чтобы обеспечить достаточно интенсивную эмиссию электронов из обычных катодов.

Цеолиты выглядят гораздо более привлекательно. Они прозрачны, и внутри цеолита электроны движутся в извилистом «объемном» лабиринте, а не вдоль поверхности.

«Период решетки» l здесь составляет около 2 нм, соответственно и значения разности потенциалов получаются более приемлемые. Красному свету (400 ТГц) соответствует E=1,8 В, желтому (500 ТГц) — 2,8 В, голубому (600 ТГц) — 4 В, фиолетовому (750 ТГц) — 6,3 В. Подняв напряжение до нескольких киловольт, можно выйти в область дальнего ультрафиолета, однако в ИК-области напряжения будут слишком малы, чтобы обеспечить достаточную эмиссию электронов. Поэтому цеолампу скорее можно считать удобным перестраиваемым источником излучения видимого и ультрафиолетового диапазона.

Внутри каждого из нас «тикают» биологические часы, управляющие цикличностью нашего сна и бодрствования (см. [11], [12]). Этот суточный ритм обычно синхронизирован со сменой дня и ночи, но не абсолютно постоянен. Он может нарушаться, например, при перелете из одного часового пояса в другой. Во время полярной ночи или полярного дня продолжительность «суточного цикла» также может изменяться. У Дедала возникла мысль, что продолжительность биологических циклов определяется частотой пульса, как ход часов определяется частотой колебаний маятника, и теперь он пытается проверить свою идею. Самый простой способ деления — это деление на 2; 17 последовательных делений числа сердечных сокращений на 2 дают частоту, очень хорошо соответствующую суточному ритму. Дедал утверждает, что развитие и старение организма — естественные биологические периоды человеческой жизни — определяются через суточный ритм по точно такому же принципу. Так, 12 последовательных делений суточного ритма на 2 начиная от момента рождения, определяют наступление зрелости; разделив на 2 еще раз, мы получим срок наступления менопаузы у женщин, еще одно деление на 2 обычно оказывается роковым. Самое интересное заключается в том, что большинство делителей частоты может быть привязано не к основной частоте задающего генератора, а к ее первой гармонике — тогда выходная частота увеличивается вдвое. Наоборот, если привязать их к половинной частоте задающего генератора, то выходная частота уменьшится вдвое. Таким образом, хотя суточный биоритм решительно сопротивляется попыткам несколько ускорить или замедлить его, увеличить или уменьшить его вдвое будет совсем нетрудно [43] .

В соответствии с этими выводами Дедал планирует произвести революцию в деле воспитания и обучения, используя возможность управления биологическим суточным циклом. Он проектирует школы и жилые дома, в которых с помощью искусственного освещения продолжительность дня и ночи можно либо вдвое сократить, либо вдвое увеличить. Биоритмы детей легко синхронизируются с продолжительностью таких искусственных суток. Растянутый ритм будет идеален для этапа овладения языком в возрасте трех — пяти лет, а также для «интеллектуального всплеска» в четырнадцать — пятнадцать лет, т. е. в те периоды, когда можно было бы достичь гораздо больших успехов, будь на то больше времени. Наоборот, ускоренный ритм позволит быстрее пережить «трудный возраст» и период капризов полуторагодовалых младенцев.

Полезным окажется применение этого принципа и в другие периоды жизни: таким образом можно сократить продолжительность «кризиса середины жизни» или продлить поздний подъем творческих способностей у людей пожилого возраста. Дедал, однако, подозревает, что прожить всю жизнь на половинной скорости и благодаря этому дожить до 140 лет или, запустив биологические часы вспять, вернуться в детство все-таки не удастся.

New Scientist, August 14, 1974.

Действие большинства цифровых часов основано на двоичном делении частоты задающего генератора с помощью цепочки триггеров. Из нервных клеток нетрудно построить схему, аналогичную по своему действию триггерному делителю частоты. Если бы организму требовался точный датчик времени, то он мог бы воспользоваться этим принципом. Но делает ли он это? В животном мире рекорд точности отсчета времени принадлежит цикаде, которая проводит 16 лет под землей в виде личинки и только на 17-й год превращается во взрослое насекомое. Ясно, что здесь не обходится без цифровых часов. Сторонники теории биоритмов утверждают, что в момент рождения человека вступают в действие три различных биологических цикла, повторяющиеся с точной периодичностью до конца жизни: интеллектуальный цикл продолжительностью 33 дня, эмоциональный — 28 дней и физический — 20 дней. Точность такого порядка может обеспечиваться тоже только цифровыми часами.