Римские амфитеатры могли использоваться как плащи сейсмической невидимости

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.

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».