Римские амфтеатры находятся среди самых древних человеческих сооружений на Земле. Эти структуры удивительно хорошо сохранились в разных местах по всей древней Римской империи. Это особенно примечательно, поскольку значительная часть этой территории сейсмически активна: она расположена на тектонической границе Евразийской и Африканской плит и пережила многочисленные землетрясения, которые разрушили другие типы зданий. Как амфитеатры пережили эти 2000 лет — вот в чем вопрос.
Секреты римских зодчих
Сегодня мы можем получить потенциальный ответ благодаря работе Стефана Брюле и его коллег из Университета Экс-Марсель на юге Франции. Эти ребята выяснили, что то, как определенные сооружения вкапываются в землю или держатся на ней, может изменять способ распространения сейсмических волн через Землю. В частности, они изучили «плащи сейсмической невидимости», которые могут направлять сейсмические волны так, чтобы те обтекали определенные регионы, таким образом, защищая их.
Ученые пришли к выводу, что римские амфитеатры могут выступать в качестве плащей сейсмической невидимости благодаря своей форме. Это и стало причиной их замечательного долголетия.
Но сперва немного предыстории. Физикам давно известно, что определенные регулярные структуры объектов могут взаимодействовать с волнами таким образом, чтобы управлять ими и изменять их поведение. Любопытная особенность этого явления заключается в том, что сами объекты намного меньше самих волн. Но суммарный эффект множества объектов, расположенных в определенной структуре, оказывает важное влияние на волны.
Еще в 2006 году физики использовали эту идею для создания структуры металлических резонаторов, которые направляют микроволны вокруг области пространства. Для стороннего наблюдателя, который смотрит на микроволны, эта область пространства и все, что в ней, исчезает. Используя этот эффект, ученые создали первый в мире плащ-невидимку.
С тех пор ученые создавали плащи-невидимки для широкого спектра различных волн в электромагнитном спектре и за его пределами. В 2012 году они предположили, что плащи сейсмической невидимости могут защитить электростанции и плотины от землетрясений. Затем Брюле и его коллеги создали и протестировали такой.
С тех пор ученые продолжили исследовать сейсмические метаматериалы, которые, по их словам, могут принимать различные формы. Ранние эксперименты включали подземные сооружения или пустоты. Но более поздняя работа предполагает, что поверхностные объекты — деревья или здания — также могут влиять на сейсмические волны.
Одна из идей состоит в том, что сейсмические волны вызывают вибрацию небоскреба. Но и сама эта вибрация посылает волны сквозь землю. Таким образом, если два набора волн могли бы подавлять или гасить друг друга, здание оказало бы значительное смягчающее влияние на волны.
Брюле и коллеги даже выполнили экспериментальные измерения волн, генерируемых небоскребом в результате сейсмического шума. Рассматривали LatinoAmericana Tower, 282-метровый небоскреб в Мехико, переживший несколько крупных землетрясений с момента его постройки в 1956 году.
Ученые разработали компьютерную модель для изучения того, как расположенные по кругу небоскребы могут выступать в роли накидки невидимости, создающей безопасную зону в центре. «Сейсмические волны сильно повлияют на здания в кольцевом пространстве накидки и за его пределами, но область в центре (например, парк) будет безопасной зоной, в которой люди могут собраться и оставаться в безопасности во время землетрясения», пишут они.
В ходе этих исследований они отметили сходство между круговыми схемами, которые они создали, и дизайном древних амфитеатров. «Существует поразительное сходство между плащом-невидимкой, испытанным на различных типах волн, и аэрофотоснимками античных галло-римских театров», говорит они. «Возможно, именно поэтому некоторые из этих мегаструктур, такие как амфитеатры, оставались по большей части нетронутыми на протяжении веков».
Это интересная идея, которая может иметь важное значение для проектирования будущих зданий и изучения древних. Обсудить находку ученых можно в нашем чате в Телеграме.
