211service.com
Romerske amfiteatre fungerer som seismiske usynlighedskapsler
Et billede af det romerske Colosseum Lars | Unsplash
Romerske amfiteatre er blandt de ældste menneskelige konstruktioner på Jorden. Disse strukturer er bemærkelsesværdigt velbevarede forskellige steder i det antikke romerske imperium.
Det er især bemærkelsesværdigt, fordi meget af dette territorium er seismisk aktivt: det sidder på den tektoniske grænse mellem de eurasiske og afrikanske plader og har oplevet adskillige jordskælv, der har ødelagt andre typer bygninger. Så hvordan disse amfiteatre har overlevet i 2.000 år er noget af et puslespil.
I dag får vi et potentielt svar takket være Stéphane Brûlés og kollegers arbejde ved Aix-Marseille Universitet i det sydlige Frankrig. Disse fyre har studeret den måde, som visse strukturer, der er begravet i jorden, eller sidder oven på den, kan ændre den måde, seismiske bølger bevæger sig gennem Jorden. De har især undersøgt seismiske usynlighedskapsler, der kan styre seismiske bølger rundt i specifikke områder og derved beskytte dem.
Deres konklusion er, at romerske amfiteatre kan fungere som seismiske usynlighedskapper takket være deres form. Dette, siger de, er grunden til deres bemærkelsesværdige levetid.
Først lidt baggrund. Fysikere har længe vidst, at visse regulære mønstre af objekter kan interagere med bølger på en måde, der styrer dem og ændrer deres adfærd. Et mærkeligt træk ved dette fænomen er, at selve objekterne er meget mindre end selve bølgerne. Men den kombinerede effekt af mange genstande arrangeret i et regulært mønster har en vigtig indflydelse på bølgerne.
Tilbage i 2006 brugte fysikere denne idé til at skabe et mønster af metalresonatorer, der styrer mikrobølger rundt i et område i rummet. For en udefrakommende iagttager, der ser med mikrobølgeøjne, forsvinder dette område af rummet og alt i det. Faktisk havde holdet bygget verdens første usynlighedskappe.
Siden da har forskere bygget usynlighedskapper til en lang række forskellige bølger i det elektromagnetiske spektrum og videre. I 2012 foreslog de, at seismiske usynlighedskapper kunne beskytte kraftværker og dæmninger mod jordskælv. Dernæst byggede og testede Brûlé og kolleger faktisk en .
Siden da har forskerne fortsat deres studier af seismiske metamaterialer, som de siger kan antage flere former. De tidlige eksperimenter involverede underjordiske strukturer eller hulrum. Men nyere arbejde tyder på, at overfladeegenskaber som træer og bygninger også kan påvirke seismiske bølger.
En idé er, at seismiske bølger får en skyskraber til at vibrere. Men denne vibration sender selv bølger gennem jorden. Så hvis de to sæt bølger kunne bringes til at påvirke eller endda ophæve hinanden, så ville bygningen have en vigtig formildende indflydelse på bølgerne.
Brûlé og kolleger har endda udført proof-of-princip-målinger på de bølger, der genereres af en skyskraber som følge af seismisk støj. Den pågældende bygning er LatinoAmericana Tower, en 282 meter høj skyskraber i Mexico City, der har overlevet adskillige store jordskælv siden den blev bygget i 1956.
Forskerne udviklede en computermodel til at studere, hvordan skyskrabere arrangeret i en cirkel kunne fungere som en usynlighedskappe, der skaber en sikker zone i midten. Bygningerne inden for kappens ring og uden for kappen ville blive hårdt ramt af den seismiske bølge, men regionen i centrum (f.eks. en park) ville være en sikker zone, hvor folk kunne samles og forblive sikre under et jordskælv, siger de. .
I løbet af disse undersøgelser bemærkede de en lighed mellem de cirkulære mønstre, de genererede, og designet af gamle amfiteatre. Der er slående ligheder mellem en usynlighedskappe, der er testet for forskellige typer bølger, og himmeludsigter fra antikke gallo-romerske teatre, siger de. Måske er dette grunden til, at nogle af disse megastrukturer, som amfiteatre, for det meste er forblevet intakte gennem århundreder.
Det er en interessant idé, der kan have vigtige konsekvenser for udformningen af fremtidige bygninger og studiet af gamle bygninger.
Ref: arxiv.org/abs/1904.05323 : Nanofotoniks rolle i fødslen af seismiske megastrukturer