Ученые ИТМО провели исследование и выяснили, что пирамида Хеопса может концентрировать в себе электромагнитную энергию — за счет своей формы, размеров и материала. Эти свойства, по их словам, можно использовать, например, для создания оптических наноприборов и даже при освоении Луны.
Авторы исследования Андрей Евлюхин и Полина Капитанова рассказали «Бумаге», чем пирамида Хеопса интересна для физиков и почему вокруг древних египетских сооружений по-прежнему возникает много мифов.
Зачем физикам изучать свойства пирамиды Хеопса
Андрей Евлюхин: Мы занимаемся исследованиями оптических свойств наночастиц. Известно, что свет чувствителен к тому, какая форма у объекта на его пути. Шарик, пирамидка или конус — после взаимодействия с ними свет может рассеиваться по-разному. Чтобы максимально извлекать энергию из потока световых волн, мы должны подобрать определенный размер и форму частицы, а также ее материальный состав.
У меня, как и у многих людей, всегда был интерес к египетским пирамидам. Что в них поражает? В первую очередь их совершенство. Они созданы так, что стоят уже 4,5 тысячи лет и до сих пор не разрушились. Это могло быть достигнуто только совершенством конструкции. Если немного сдвинуть в сторону ось пирамиды, то она, возможно бы, со временем рассыпалась. Это значит, что люди, которые строили пирамиды, вложили туда очень много интеллектуальных ресурсов, то есть они долго и тщательно обдумывали этот вариант строительства. И получились объекты, которые неподвластны времени.
Встает вопрос. Какими сопутствующими интересными свойствами могут обладать такие совершенные объекты? Так как мы занимаемся наночастицами, у нас возникла идея посмотреть, как пирамида Хеопса (или, другими словами, объект с параметрами пирамиды Хеопса) реагирует на электромагнитные волны. Только не на световые, а на волны из другого спектрального диапазона — радиодиапазона.
Мы применили наши теоретические подходы, которые были развиты в оптике, для исследования свойств пирамиды. Почему наночастицы хорошо взаимодействуют со светом? Потому что их размеры соизмеримы с длиной волны света (500 нанометров). Наши оценки показали, что пирамида Хеопса (так как ее основание порядка 250 м и высота порядка 150 м) будет эффективно взаимодействовать с электромагнитными волнами из диапазона 200–500 м, что соответствует радиоволнам.
На плато Гиза есть и другие пирамиды, которые, как ожидается, будут иметь похожие свойства с пирамидой Хеопса, но на других длинах волн.
Как пирамида Хеопса фокусирует энергию и где можно это использовать
Полина Капитанова: Наше исследование теоретическое. Мы построили численную модель пирамиды с реальными параметрами. Из внутреннего планирования учли только камеры — царя, царицы и камеру под основанием пирамиды. Мы не рассматривали более мелкие детали. Эта же модель включала диэлектрическую проницаемость материала, из которого сделана пирамида, — известняка.
Андрей: Мы подсчитали, сколько энергии падающих на пирамиду радиоволн рассеивается в подложку, а сколько — отражается в пространство над пирамидой. Подложка — это общеупотребимый физический термин, но в этом случае это известняковое плато, на котором стоит пирамида.
Оказалось, пирамида может значительно уменьшать отражение радиоволн от подложки, а это значит, что она в основном направляет энергию в подложку, на которой стоит. Там энергия фокусируется по принципу увеличительного стекла или линзы — только в данном случае фокусируется не свет, а радиоволны.
То есть пирамида выполняет две важные функции: минимизирует отражение от грунта и фокусирует энергию под своим основанием. В условиях так называемого резонансного взаимодействия, то есть когда из падающей волны рассеивается максимум энергии, эффект фокусировки получается довольно сильным и его можно использовать.
Где использовать? Можно такую же пирамидку сделать в наномасштабе. Соотношение между геометрическими параметрами оставить точно таким же, как у пирамиды Хеопса, но уменьшить все размеры. Тогда все эффекты, которые мы получили для радиоволн, будут реализовываться в оптике: частичка будет точно так же взаимодействовать, но уже со светом. А это открывает новые перспективы для разработки оптических наноустройств.
Был еще один важный фактор: есть много спекуляций по поводу пирамид. Кто-то так интерпретирует их назначение, кто-то иначе. Невзирая на то, что с официальной точки зрения пирамиды — это только гробницы фараонов, существует ряд нетрадиционных версий, наделяющих пирамиды фантастическими свойствами. Их называют часами для отсчета тысячелетий, стабилизаторами магнитного полюса Земли, установками для выработки энергии и так далее. В связи с этим мы решили применить проверенный научный подход, чтобы расширить достоверную информацию о реальных свойствах главной пирамиды.
Значение наших результатов выходит за рамки применимости только в оптики. Важно, что мы показали возможность управлять потоками электромагнитной энергии пирамидальными объектами на больших масштабах. Хотя древним египтянам это свойство пирамид, вероятнее всего, было и не нужно.
Полина: Если бы мы могли провести экспериментальные исследования и детектировать усиление электромагнитного поля внутри, например, камеры фараона (что в принципе реально, просто требует много усилий и финансовых затрат), то, наверное, это стало бы важным фактом для изменения представления о роли пирамиды. Пока же наше исследование — это некое дополнение к информации о пирамиде.
Как знания о пирамидах могут помочь при освоении Луны
Андрей: Представьте, что может возникнуть такая гипотетическая задача: нам нужно сконцентрировать электромагнитную энергию в локальной области на Луне. Как это сделать? Один из подходов: мы строим пирамиду «настроенную» — размерами и материалами — на ту длину волны, которая нам нужна. И пожалуйста — получаем сконцентрированную электромагнитную энергию, которую можно использовать для разных целей. А источником энергии могут быть как искусственные излучатели, так и само Солнце. На Луне нет атмосферы, поэтому ее поверхности достигают волны из всего солнечного спектра, включая и радиоволны.
Полина: Мы сейчас решили прямую задачу рассеяния света. А есть другая — сделать из этого объекта хорошую антенну, которая будет эффективно излучать и направлять энергию в открытое пространство. Таким образом, можно продвинуться дальше и рассмотреть свойства пирамиды как направляющей антенны.
Андрей: Сейчас пирамиды на плато Гиза — это в основном объекты для привлечения туристов, поэтому проверить на практике наши результаты сложно. С расчетной точки зрения в будущем можно было бы рассмотреть пирамиды как комплекс объектов и исследовать уже их коллективные эффекты.
А пока нашей задачей было изучение свойств именно большого, необычного, искусственно созданного объекта, приковывающего внимание огромного числа простых людей и специалистов. Своей работой мы хотели в том числе привлечь внимание к физике — продемонстрировать ее возможности в изучении свойств такого интересного и таинственного объекта, как пирамида Хеопса.
Недавно была опубликована экспериментальная работа в журнале Nature. Авторы на основе прохождения космических лучей через пирамиду Хеопса сделали вывод, что в ней есть по крайней мере еще одна скрытая камера, назначение которой совершенно не понятно. И это предстоит выяснить.
