Физики обнаружили свойство пирамиды Хеопса концентрировать электромагнитную энергию
30.07.2018
Группа ученых применила методы теоретической физики,
чтобы исследовать резонансный электромагнитный отклик пирамиды Хеопса на
воздействие радиоволн. Обнаружено, что в условиях резонанса пирамида может
концентрировать электромагнитную энергию во внутренних камерах и фокусировать
ее в пространство под своим основанием. Результаты исследования физики
планируют использовать при проектировании наночастиц, которые смогут
воспроизводить подобные эффекты в оптическом диапазоне. Такие наночастицы могут
найти применение, например, при разработке сенсоров и эффективных солнечных
элементов. Исследование опубликовано в Journal of Applied Physics.
Египетские пирамиды
окружены множеством мифов и легенд, а достоверной научной информации о них
очень мало. Например, физические свойства пирамид почти не изучены, а ведь эти
данные могут оказаться интереснее многих вымыслов. Это подтвердили результаты
нового совместного исследования ученых Университета ИТМО и Лазерного центра
Ганновера. Физики заинтересовались тем, как пирамида будет взаимодействовать с
электромагнитными волнами соразмерной или, другими словами, резонансной длины.
Расчеты показали, что в таком резонансном состоянии пирамида способна
концентрировать электромагнитное поле. Энергия может концентрироваться во
внутренних камерах пирамиды, а также фокусироваться в пространстве под ее
основанием, где располагается третья недостроенная камера пирамиды.
Такие выводы учёным
удалось сделать благодаря численному моделированию и аналитическим методам
физики. Сначала исследователи оценили, что резонансными для пирамиды будут
радиоволны с диапазоном длин от 200 до 600 метров. Затем смоделировали
электромагнитный отклик пирамиды и рассчитали сечение экстинкции. Эта величина
позволяет оценить, какую часть энергии падающих волн пирамида может рассеивать
и поглощать в резонансных условиях. Затем для этих же условий ученые получили
распределения электромагнитных полей внутри пирамиды.
Чтобы объяснить
полученные результаты, ученые провели мультипольный анализ. Этот метод широко
применяется в физике для изучения взаимодействия сложного объекта с
электромагнитным полем. Объект, рассеивающий поле, при этом заменяется на
множество более простых источников излучения – мультиполей. Совокупность
излучения мультиполей дает такую же картину, как рассеяние поля целым объектом.
Поэтому, зная тип каждого мультиполя, можно предсказать и объяснить
распределение и конфигурацию рассеянных полей в системе.
Физики обратили
внимание на пирамиду Хеопса при изучении особенностей взаимодействии света с
диэлектрическими наночастицами. Рассеяние света наночастицами зависит от их
размера, формы и показателя преломления материала, из которого они состоят.
Варьируя эти параметры, можно определить резонансные режимы рассеяния и
использовать их при разработке устройств для управления потоками света на
наноуровне.
«Учитывая большой
интерес к Египетским пирамидам, мы решили взглянуть на Великую пирамиду как на
частицу, резонансно рассеивающую радиоволны. Из-за недостатка сведений о
физических свойствах пирамиды, нам пришлось использовать некоторые допущения.
Например, мы считали, что никаких неизвестных полостей в ней нет, а материал,
из которого она сделана, однородно распределен в ее объеме и имеет свойства
обычного известняка. В рамках сделанных предположений мы получили ряд
интересных результатов, которые могут найти важные практические применения», ‒
рассказывает доктор физико-математических наук Андрей Евлюхин, научный
руководитель и координатор выполненных исследований.
Теперь ученые планируют
использовать полученные результаты, чтобы воссоздать похожие эффекты на
наномасштабе. «Подобрав материал с подходящими электромагнитными свойствами,
можно получить наночастицы пирамидальной формы, перспективные для практического
применения в разработке наносенсоров и эффективных элементов для солнечной
энергетики», - отмечает кандидат технических наук Полина Капитанова, сотрудник
Физико-технического факультета Университета ИТМО.
Работа выполнена при
поддержке Российского Научного Фонда (гранты № 17-79-20379 и № 16-12-10287)
Контактное лицо: Елена
Софронова
Заместитель начальника
пресс-службы Университета ИТМО
Тел.: +7 (921)
940-58-20
E-mail:
e.sofronova@corp.ifmo.ru
www.ifmo.ru