Магнит за три тысячелетия

Железо обзаводится «помощником»

До XVIII века cлова «магнит» и «железо» были синонимами. Затем на авансцену уверенно вышел электрический ток, он стал хозяином положения. А железо? Уже «мягкое», а не «жесткое», оно превратилось в своеобразный усилитель магнитного поля, повышая его в сотни раз!

Мало кому заметный, но поистине радикальный переворот от железа к железу с током совершился в 20-е годы прошлого столетия в лабораториях ученых.

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.

Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это устройство создал Вильям Стерджен.

Он родился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни малейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителем петушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот, по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как только представился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время девятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он много читал, ставил физические и химические опыты.

Однажды, когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган, сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно сильное впечатление и привлек его внимание к электричеству. Он стал читать книги по естествознанию, однако вскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает. Тогда он решил начать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант тон же части снабжал его книгами, которые Вильям, освободившись от вахты, читал по ночам. Вскоре он перешел к математике, мертвым и новым языкам, оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было ремонтировать часы и чертить.

После освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических. Благодаря поддержке известного тогда химика Джеймса Марша он был назначен лектором в Военную академию Ост-Индской компании в Аддискомбе, где и преподавал до 1838 г.

Первым вкладом Стерджена в науку стала разработка им модифицированной модели вращающихся цилиндров Ампера, описанной в «Философском журнале» в 1823 г. На следующий год он написал четыре статьи по термоэлектричеству, а 23 мая 1825 г. представил Обществу искусств несколько усовершенствованных приборов для электромагнитных экспериментов, среди которых был ставший теперь знаменитым первый электромагнит. Идея цилиндрического и подковообразного магнитов захватила его еще в 1823 г. Тогда Стерджен и построил вращающееся «колесо Стерджена» – фактически одну из первых модификаций электромотора.

Стерджен сделал ряд очень важных открытий, о которых написал несколько статей, однако «Философский журнал», для которого они предназначались, отказался их печатать, и Стерджену не оставалось ничего, как создать свой собственный журнал – «Анналы электричества».

Музей науки в Манчестере, директором которого стал Стерджен в 1840 г., был слишком научным, чтобы быть прибыльным, и Стерджен жил в бедности. В 1850 г. изобретатель электромагнита умер, так и не получив в награду за свое великое изобретение ни богатства, ни славы.

Ученик Стерджена, знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, писал, что Стерджен был высокого роста и хорошо сложен, обладал благородной внешностью и приятными манерами. К сожалению, портрета его не сохранилось. На его могильной плите выбито: «Здесь лежит изобретатель электромагнита...»

Первый в мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г. Обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтова столба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы. Это было блестящее по тем временам достижение.

Сам Стерджен особенно высоко оценивал свою идею, связанную с заменой жесткого железа мягким. Ученый свободно оперировал такими понятиями, как «магнетизм», «магнитная энергия», «однородность магнитного материала», «отжиг железа» и т.д.

Правление общества оценило заслуги Стерджена. Он получил медаль и денежную премию, а первый электромагнит был выставлен в музее общества.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

В 1828 г. лондонский часовой мастер Воткинс изготовил электромагнит, который поднимал 30 кг.

Тогда же профессор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса, изготовил магнит, «поднимавший наковальню массой 60 кг и не поднимавший наковальню массой 80 кг».

В 1832 г. Стерджен изготовил магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году Марш создал магнит, способный поднять более 200 кг. Однако Стерджен не собирался терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг!

К тому времени у Стерджена нашелся очень сильный соперник за океаном. В апреле 1831 г. профессор Йельского университета Джозеф Генри (его именем названа единица индуктивности) построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т.

Все эти магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни, обмотанные проволокой. Джоуль в ноябре 1840 г. создал магнит собственной конструкции, в виде толстой стальной трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение этого магнита было очень большим, магнит оказался компактным и поднимал 1,3 т. В то же время Джоуль построил магнит совершенно новой конструкции – притягиваемый груз испытывал действие не двух полюсов, как обычно, а значительно большего количества, что позволило резко увеличить поднимаемый груз. Магнит массой 5,5 кг удерживал груз массой 1,2 т.

Сейчас трудно себе представить, насколько тяжело было тогда создавать электромагниты. Ведь даже закон Ома инженерам в то время не был известен.

Когда немецкий учитель Георг Симон Ом положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован закон, без которого невозможен ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую отповедь. Электричество-де не поддается никакому математическому описанию, так как «электричество – это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное Я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают». Ректором Берлинского университета был в те годы Георг Вильгельм Фридрих Гегель.

Первые магниты были сделаны «как бог на душу положит». Однако не любая форма давала хороший результат. Случайно получилось так, что Стерджен для своего первого магнита выбрал очень удачную – подковообразную – форму (подковообразные магниты изготовляют до сих пор). Отсутствие опыта и элементарной методики расчета магнитов привело к тому, что некоторые разновидности магнитов, предложенные в то время, были бы, на наш взгляд, просто абсурдными. Так, трехлапый магнит не мог бы успешно работать, так как магнитные потоки каждого стержня противодействовали бы друг другу – поток одного стержня замыкали на втором стержне, где он действовал навстречу потоку этого стержня.

Негодной, на современный взгляд, оказывается и очень часто использовавшаяся конструкция, один магнит в которой составлен из трех более мелких и намотанных отдельно. Ясно, что в промежутках между этими маленькими магнитами магнитные поля двух соседних стержней взаимно уничтожаются.

Лабораторные магниты того периода изготовлялись «на глазок». Никакой теории, которая позволила бы заранее предсказать свойства магнитов, не существовало. Первый вклад в теорию расчета электромагнитов внесли русские ученые Э.X. Ленц и Б.С. Якоби, указавшие на связь подъемной силы электромагнита и произведение силы тока в катушках на число витков обмотки.

После Ленца и Якоби крупный вклад в теорию расчета магнитов внесли англичане братья Гопкинсоны, которые предложили метод учета насыщения – явления, давно замеченного проектировщиками магнитов и заключающегося в том, что в магните заданной формы после некоторого предела увеличением тока в катушках нельзя повысить его подъемную силу. Современная теория связывает это явление с тем, что при достижении некоторого намагничивающего тока элементарные магнитики (диполи) железа (ферромагнетика), ранее расположенные беспорядочно, в основном ориентированы в одном направлении и при дальнейшем усилении намагничивающего тока существенного увеличения числа магнитиков, ориентированных в одном направлении, не происходит. Насыщение стали привело к тому, что индукция магнитного поля первых магнитов не превышала 2 Тл.

Наступила новая эра усиления мощности магнитов, но не путем увеличения их размеров, а посредством совершенствования их формы и борьбы с насыщением.

Нельзя сказать, чтобы эта борьба была очень успешной. За сто лет этой напряженной войны физиков с непокорной «насыщающейся» сталью индукция магнитного поля в магнитах возросла всего лишь в два с половиной раза. Над этой проблемой работали многие видные физики и электротехники.

Что могли физики противопоставить природе? Только очень точный учет и полное использование природных свойств материалов. И вот появляются магниты с короткими коническими полюсами, массивными стальными магнитопроводами и громадными катушками.

Масса магнитов быстро увеличивается – теперь в большей степени за счет катушек. Если в 1881 г. самый большой в мире лабораторный магнит весил около 1 т, то в 1930 г. – уже около 120 т.

Первым отметку «5 Тл» пересек в 1903 г. магнит профессора Грея в Глазго. Ему удалось это сделать, применив мощные катушки, близко придвинутые к коническим полюсам.

Интересная идея была высказана французским ученым Перро в 1914 г.: он предложил кроме двух обычных катушек, расположенных на полюсах, использовать третью, охватывающую собой рабочую зону машин. Индукция магнитного поля магнита Перро достигла 5,1 Тл. К 1914 г. профессор Беккерель (младший) в Парижском музее естественной истории создал магнит, индукция магнитного поля которого возросла до 5,5 Тл, три других самых мощных магнита того времени – Вейсса в Цюрихе, Кайзера в Бонне и Эймса в США – работали на уровне 4,5 Тл.

Следует отметить, что создание Беккерелем магнита с индукцией поля 5,5 Тл, было воспринято физиками всего мира как большая сенсация. «Гигантский», «мощнейший», – писали об этом электромагните газеты. Увеличение индукции магнитного поля лишь на 10% стоило многих трудов и ухищрений. Однако самое главное заключалось в том, что для изготовления полюсов магнита был использован новый материал – сплав железа с кобальтом, который насыщается при индукции на несколько процентов большей, чем ранее применяемые материалы. Потребляя мощность 22 кВт, электромагнит в междуполюсном промежутке создавал поле, магнитная индукция которого составляла 5,5 Тл. При замене феррокобальтовых наконечников железными индукция полей снижалась до 5,2 Тл.

Если расстояние между полюсами было 2 мм и полезный объем 14 мм³ (т.е. объем, в который можно было поместить лишь небольшой образец), то индукция магнитного поля достигла 5,9 Тл. Когда полезный объем был уменьшен до 0,5 мм³ (полюсы, по сути дела, соприкасались), индукция поля возросла до 6,5 Тл. Обмотка электромагнита состояла из тысячи витков медной трубки, по сечению которой шел ток, а по полости – охлаждающая вода. Магнит охлаждался так хорошо, что мог работать круглые сутки. Другие магниты, не имевшие искусственного охлаждения, не могли вследствие сильного нагрева работать подряд более 2 ч.

Беккерель хотел при помощи этого магнита уточнить некоторые неясности теории эффекта Зеемана. «Хорошо известно», – говорил Беккерель, – что в этом явлении есть еще кое-что непонятное – это «кое-что» вызвано недостатком зоркости наших инструментов» С помощью нового мощного магнита Беккерель хотел повысить эту «зоркость», сделать более отчетливыми неясные места теории.

Все физики могли видеть, с каким трудом были получены дополнительные 0,5 Тл, тем не менее некоторые из них полагали, что весь вопрос заключается в стоимости и размерах магнита. Сделать магнит колоссальным, вложить в него массу денег – и можно получить сколь угодно большое магнитное поле.

Надежду на то, что электромагнит гораздо большей мощности, возможно в 100 Тл, будет построен в ближайшие годы, выразили на Международном конгрессе электриков в 1914 г. директор международного бюро мер и весов Гийом и профессор физики в Сорбонне Перрен. Они полагали, что по стоимости электромагнит будет равен мощному дредноуту (12...14 млн. дол.) и потребует для создания нескольких лет.

Однако даже такой ценой не удалось бы повысить индукцию поля электромагнитов до 100 Тл или, что то же самое в единицах другой системы измерений (СГС) – до 1 млн. Гс. Даже сейчас такое стационарное поле – недостижимая мечта физиков. И виновно в этом не в последнюю очередь насыщение.

В 30-е годы в Белль-Ви, близ Парижа, вступил в строй самый большой из всех построенных ранее лабораторных магнитов. Этот магнит был создан Французской академией наук для изучения магнетизма. Кроме огромной массы он имел полюсные наконечники из особого сплава – пермендюра, обладающего несколько большей индукцией насыщения, чем сталь. Это позволило достичь большого поля. Но и оно составляло лишь 5,2 Тл при произведении силы тока на количество витков, равном 500 тыс. А. Длина магнита 630 см, высота 275 см, масса 120 т.

В 1934 г. в университете шведского города Упсала вступил в строй новый мощный магнит. Он отличался от французского тем, что полюсы его имели значительно большую конусность, а катушки и сам полюс меньшую высоту. Этот электромагнит, рассчитанный Дрейфусом, оказался гораздо эффективней французского. Он весил всего лишь 30 т, но с его помощью при том же объеме можно было получить поле примерно 5,8 Тл. В этом магните полюсы притягивались с силой более 60 т.

С тех пор было построено много мощных электромагнитов, но парижский и упсальский до сего времени остаются рекордсменами – первый по массе, второй – по эффективности.

Сейчас почти в каждой физической лаборатории имеется электромагнит: магниты используются для изучения свойств веществ в сильных полях, для испытания новых материалов, в современных уникальных измерительных приборах, в квантовой электронике, при исследовании взаимодействия атомных частиц, для медицинских и биологических исследований. Они не поражают размерами, однако с их помощью можно получить в довольно значительном объеме поле 4...5 Тл, необходимое для исследований.

Самый впечатляющий и необычный исследовательский электромагнит, который никогда не был построен, предложил знаменитый американский изобретатель Томас Альва Эдисон. В начале 90-х годов прошлого столетия он предложил создать мощный приемник, который бы регистрировал электромагнитные процессы на Солнце. Проект заключался в следующем. В городе Огдене, штат Нью-Джерси, есть отвесная скала из магнитного железняка, масса которой не менее 100 млн. т. Если бы обмотать эту скалу большим количеством проволоки так, чтобы скала играла роль гигантского сердечника колоссального электромагнита, то с помощью этой обмотки, в силу ее большой индуктивности, можно было бы следить за изменением магнитного состояния Солнца.

В настоящее время, конечно, в таком датчике магнитного поля космических тел нет необходимости. Электромагнитные процессы на Солнце можно хорошо изучать с помощью радиотелескопов и других приборов, хотя и громоздких, но все-таки в несколько тысяч раз более легких и удобных, чем магнитная скала. Однако для своего времени идея Эдисона была удивительно смелой и передовой.

Капица: «краткость – сестра успеха?»

Оглавление

Дата публикации:

24 ноября 1999 года

Текст издания:

Владимир Петрович Карцев. «Магнит за три тысячелетия».
4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

Дата обновления: 25 июня 2006 года

Электронная версия:

các đại lượng vật lí

1a/m .đơn vị đo điện thế của từ trường
1 v/m đơn vị đo điện thế của điện trường
w/m2: đơn vị đo mật độ dòng năng lượng
hez: đơn vị đo tần số
tecla: mật độ của dòng từ trường
điện trường sinh ra bởi các hạt mang điện
từ trường sinh ra bởi dòng điện
đặc trưng của điện trường E(v/m), từ trường H(A/m)
điện từ trường là dạng vật chất đặc biệt, trong đó tồn tại sự tương tác lẫn nhau của các hạt mang điện
sóng điện từ trường đặc trưng bởi đọ dài của bước sóng (lam đa)
tính chất quan trọng là điện từ trường được chia thành "vùng gần" và "vùng xa"
vùng gần là vùng có khỏang cách lớn nhất < lam đa : tại đây từ trường cảm ứng tỉ lệ nghịch với bình phương khỏang cách hoặc lập phương của khỏang cách
và hiện nay thì những tính tóan về sóng của vùng gần chuă được thực hiện
vùng xa là vùng có khỏang cách lớn hơn 3 lần lam đa
các nguồn phát sinh điện từ trường:
các phương tiện giao thông
các phương tiện sử dụng điện: dây dẫn, ti vi , tủ lạnh.....

điện từ trường và ảnh hưởng lên sức khỏe con người

Главная » Энциклопедия » Физика » 11 класс » Дополнительный углубленный материал » Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека
Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека
Общепринятые термины и сокращения
А/м - ампер на метр – единица измерения напряженности магнитного поля
В/м - вольт на метр – единица измерения напряженности электрического поля
Вт/м2 - ватт на квадратный метр – единица измерения плотности потока энергии
Гц- герц – единица измерения частоты
МГц - мегагерц – единица кратная Гц, равна 1000000 Гц
МКВ - микроволны
мкТл - микротесла – единица кратная Тл, равна 0,000001 Тл
ПЧ - промышленная частота, в России равна 50 Гц
ПК - персональный компьютер
РЛС - радиолокационная станция
Тл - тесла – единица измерения магнитной индукции, плотности потока магнитной индукции
ЭМП - электромагнитное поле
ЭП - электрическое поле
1. Что такое ЭМП, его виды
На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.
Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.
Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.
Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл (Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.
По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение - l (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой, обозначение - f.
Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r <> 3l . В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1.
Международная классификация электромагнитных волн по частотам
Наименование частотного диапазона
Границы диапазона
Наименование волнового диапазона
Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ
3 - 30 Гц
Декамегаметровые
100 - 10 Мм
Сверхнизкие, СНЧ
30 – 300 Гц
Мегаметровые
10 - 1 Мм
Инфранизкие, ИНЧ
0,3 - 3 кГц
Гектокилометровые
1000 - 100 км
Очень низкие, ОНЧ
3 - 30 кГц
Мириаметровые
100 - 10 км
Низкие частоты, НЧ
30 - 300 кГц
Километровые
10 - 1 км
Средние, СЧ
0,3 - 3 МГц
Гектометровые
1 - 0,1 км
Высокие частоты, ВЧ
3 - 30 МГц
Декаметровые
100 - 10 м
Очень высокие, ОВЧ
30 - 300 МГц
Метровые
10 - 1 м
Ультравысокие,УВЧ
0,3 - 3 ГГц
Дециметровые
1 - 0,1 м
Сверхвысокие, СВЧ
3 - 30 ГГц
Сантиметровые
10 - 1 см
Крайне высокие, КВЧ
30 - 300 ГГц
Миллиметровые
10 - 1 мм
Гипервысокие, ГВЧ
300 – 3000 ГГц
Децимиллиметровые
1 - 0,1 мм
2. Основные источники ЭМП
Среди основных источников ЭМИ можно перечислить: ·
Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда,…) ·
Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные,…) ·
Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации,…) ·
Бытовые электроприборы ·
Теле- и радиостанции (транслирующие антенны) ·
Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны) ·
Радары ·
Персональные компьютеры
2.1 Электротранспорт
Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц.
2.2 Линии электропередач (ЛЭП)
Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров. Дальность распространение электрического поля зависит от напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая напряжение стоит в названии ЛЭП - например ЛЭП 220 кВ). Чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.
Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.
Биологическое действие
Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.
У растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.
Санитарные нормы
Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. В 70-х годах для населения по ЭП ПЧ были введены жесткие нормативы и по настоящее время являющиеся одними из самых жестких в мире. Они изложены в Санитарных нормах и правилах "Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты"№ 2971-84. В соответствии с этими нормами проектируются и строятся все объекты электроснабжения.
Несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина - нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.
Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов.
Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля - 1 кВ/м.
Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП согласно СН № 2971-84
Напряжение ЛЭП
330 кВ
500 кВ
750 кВ
1150 кВ
Размер санитарно-защитной (охранной) зоны
20 м
30 м
40 м
55 м
Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП в г. Москве
Напряжение ЛЭП
<20 кВ
35 кВ
110 кВ
150-220 кВ
330-500 кВ
750 кВ
1150 кВ
Размер санитарно-защитной зоны
10 м
15 м
20 м
25 м
30 м
40 м
55 м
К размещению УВЛ ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.
Допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП
ПДУ, кВ/м
Условия облучения
0,5
внутри жилых зданий
1,0
на территории зоны жилой застройки
5,0
в населенной местности вне зоны жилой застройки; (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов) а также на территории огородов и садов;
10,0
на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами 1 – IV категорий;
15,0
в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья);
20,0
в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения.
В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:
· размещать жилые и общественные здания и сооружения;
· устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
· размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
· производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.
Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.
В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках. На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.
2.3 Электропроводка
Наибольший вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. Уровень электрического поля промышленной частоты при этом обычно не высокий и не превышает ПДУ для населения 500 В/м.
На рисунке представлено распределение магнитного поля промышленной частоты в жилом помещении. Источник поля – распределительный пункт элек-тропитания, находящийся в смежном нежилом помещении. В настоящее время результаты выполненных исследований не могут четко обосновать предельные величины или другие обязательные ограничения для продолжительного облучения населения низкочастотными магнитными полями малых уровней.
Исследователи из университета Карнеги в Питсбурге (США ) сформулировали подход к проблеме магнитного поля который они назвали “благоразумное предотвращение”. Они считают, что пока наше знание относительно связи между здоровьем и последствием облучения остаются неполными, но существуют сильные подозрения относительно последствий для здоровья, необходимо предпринимать шаги по обеспечению безопасности, которые не несут тяжелые расходы или другие неудобства.
Рекомендации по защите
Основная мера защиты - предупредительная.
· необходимо исключить продолжительное пребывание (регулярно по несколько часов в день) в местах повышенного уровня магнитного поля промышленной частоты;
· кровать для ночного отдыха максимально удалять от источников продолжительного облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5 – 3 метра;
· если в помещении или в смежном есть какие-то неизвестные кабели, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции – удаление должно быть максимально возможным, оптимально – промерить уровень электромагнитных полей до того, как жить в таком помещении;
· при необходимости установить полы с электроподогревом выбирать системы с пониженным уровнем магнитного поля.
2.4 Бытовая электротехника
Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками электромагнитных полей. Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой “без инея”, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа (смотри рисунок 1). Все ниже приведенные данные относятся к магнитному полю промышленной частоты 50 Гц.
Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора - чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м.
Уровни магнитного поля бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м.
Бытовой электроприбор
От , мкТл
До, мкТл
Пылесос
0,2
2,2
Дрель
2,2
5,4
Утюг
0,0
0,4
Миксер
0,5
2,2
Телевизор
0,0
2,0
Люминесцентная лампа
0,5
2,5
Кофеварка
0,0
0,2
Стиральная машина
0,0
0,3
Микроволновая печь
4,0
12
Электрическая плита
0,4
4,5
Предельно допустимые уровни электромагнитного поля для потребительской продукции, являющейся источником ЭМП
Источник
Диапазон
Значение ПДУ
Примечание
Индукционные печи
20 - 22 кГц
500 В/м4 А/м
Условия измерения: расстояние 0,3 м от корпуса
СВЧ печи
2,45 ГГц
10 мкВт/см2
Условия измерения: расстояние 0,50 ± 0,05 м от любой точки, при нагрузке 1 литр воды
Монитор компьютера
5 Гц - 2 кГц
Епду = 25 В/мВпду = 250 нТл
Условия измерения: расстояние 0,5 м вокруг монитора ПЭВМ
2 - 400 кГц
Епду = 2,5 В/мВпду = 25 нТл
поверхностный электростатический потенциал
V = 500 В
Условия измерения: расстояние 0,1 м от экрана монитора ПЭВМ
Прочая продукция
50 Гц
Е = 500 В/м
Условия измерения: расстояние 0,5 м от корпуса изделия
0,3 - 300 кГц
Е = 25 В/м
0,3 - 3 МГц
Е = 15 В/м
3 - 30 МГц
Е = 10 В/м
30 - 300 МГц
Е = 3 В/м
0,3 - 30 ГГц
ППЭ = 10 мкВт/см2
Возможные биологические эффекты
Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, для того чтобы эта реакция переросла в паталогию и привела к заболеванию необходимо совпадение ряда условий – в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения. Поэтому, при использовании бытовой техники с малыми уровнями поля и/или кратковременно ЭМП бытовой техники не оказывает влияния на здоровье основной части населения. Потенциальная опасность может грозить лишь людям с повышенной чувствительностью к ЭМП и аллергикам, также зачастую обладающим повышенной чувствительностью к ЭМП.
Кроме того, согласно современным представлениям, магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение ( регулярно, не менее 8 часов в сутки, в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 микротесла.
Рекомендации
· приобретая бытовую технику проверяйте в Гигиеническом заключении (сертификате) отметку о соответствии изделия требованиям "Межгосударственных санитарных норм допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях", МСанПиН 001-96;
· используйте технику с меньшей потребляемой мощностью: магнитные поля промышленной частоты будут меньше при прочих равных условиях;
· к потенциально неблагоприятным источникам магнитного поля промышленной частоты в квартире относятся холодильники с системой “без инея”, некоторые типы “теплых полов”, нагреватели, телевизоры, некоторые системы сигнализации, различного рода зарядные устройства, выпрямители и преобразователи тока – спальное место должно быть на расстоянии не менее 2-х метров от этих предметов если они работают во время Вашего ночного отдыха;
· при размещении в квартире бытовой техники руководствуйтесь следующими принципами: размещайте бытовые электроприборы по возможности дальше от мест отдыха, не располагайте бытовые электроприборы по-близости и не ставьте их друг на друга.
Микроволновая печь (или СВЧ-печь) в своей работе использует для разогрева пищи электромагнитное поле, называемое также микроволновым излучением или СВЧ-излучением. Рабочая частота СВЧ-излучения микроволновых печей составляет 2,45 ГГц. Именно этого излучения и боятся многие люди. Однако, современные микроволновые печи оборудованы достаточно совершенной защитой, которая не дает электромагнитному полю вырываться за пределы рабочего объема. Вместе с тем, нельзя говорить что поле совершенно не проникает вне микроволновой печи.
Кроме СВЧ-излучения работу микроволновой печи сопровождает интенсивное магнитное поле, создаваемое током промышленной частоты 50 Гц протекающим в системе электропитания печи. При этом микроволновая печь является одним из наиболее мощных источников магнитного поля в квартире. Учитывая специфику микроволновой печи, целесообразно включив ее отойти на расстояние не менее 1,5 метра - в этом случае гарантированно электромагнитное поле вас не затронет вообще.
2.5 Теле и радиостанции
На территории России в настоящее время размещается значительное количество передающих радиоцентров различной принадлежности. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком.
Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части.
Первая часть зоны - это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны - это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны.
Радиостанции ДВ (частоты 30 - 300 кГц). В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное - выше 1,2 А/м.
Радиостанции СВ (частоты 300 кГц - 3 МГц). Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м - 25 В/м, на расстоянии 30 м - 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).
Радиостанции КВ (частоты 3 - 30 МГц). Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10- 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.
Телевизионные передатчики. Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.
2.6 Спутниковая связь
Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м2. Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.
2.7 Сотовая связь
Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся сегодня телекоммуникационных систем. В настоящее время во всем мире насчитывается более 150 миллионов абонентов, пользующихся услугами этого вида подвижной (мобильной) связи.
Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или "соты", радиусом обычно 0,5–10 километров.
Базовые станции
Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. Антенны БС устанавливаются на высоте 15–100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д.) или на специально сооруженных мачтах.
Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком "луче". Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы.
БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т. е. станции в основном "молчат".
Имеющиеся научные данные и существующая система санитарно–гигиенического контроля при введения в эксплуатацию базовых станций сотовой связи позволяют отнести базовые станции сотовой связи к наиболее экологически и санитарно–гигиенически безопасным системам связи.
Мобильные радиотелефоны
Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи "мобильный радиотелефон – базовая станция", т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт. Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека "откликается" на наличие излучения сотового телефона. Поэтому владельцам МРТ рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности:
· не пользуйтесь сотовым телефоном без необходимости;
· разговаривайте непрерывно не более 3 – 4 минут;
· не допускайте, чтобы МРТ пользовались дети;
· при покупке выбирайте сотовый телефон с меньшей максимальной мощностью излучения;
· в автомобиле используйте МРТ совместно с системой громкоговорящей связи ("hands-free" с внешней антенной, которую лучше всего располагать в геометрическом центре крыши).
Исследования возможного влияния биологического действия электромагнитного поля элементов систем сотовой связи вызывают большой интерес у общественности. Публикации в средствах массовой информации достаточно точно отражают современные тенденции в этих исследованиях. При работе мобильного телефона электромагнитное излучение воспринимается не только приемником базовой станции, но и телом пользователя, и в первую очередь его головой. Что при этом происходит в организме человека, насколько это воздействие опасно для здоровья? Однозначного ответа на этот вопрос до сих пор не существует. Однако эксперимент российских ученых показал, что мозг человека не только ощущает излучение сотового телефона, но и различает стандарты сотовой связи.
Однако клинически значимых последствий для организма человека однократное 30-минутное облучение электромагнитным полем мобильного телефона не оказывает.
2.8 Радары
Радиолокационные станции оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси.
Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин - излучение, 30 мин - пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд.
Радары метеорологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м2 на расстоянии 60 м.
Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты: Иркутск, Сочи, Сыктывкар, Ростов-на-Дону и ряд других.
2.9 Персональные компьютеры
Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является монитор на электронно-лучевой трубке. Ниже перечислены основные факторы его неблагоприятного воздействия.
Эргономические параметры экрана монитора
· снижение контраста изображения в условиях интенсивной внешней засветки
· зеркальные блики от передней поверхности экранов мониторов
· наличие мерцания изображения на экране монитора
Излучательные характеристики монитора
· электромагнитное поле монитора в диапазоне частот 20 Гц - 1000 МГц
· статический электрический заряд на экране монитора
· ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200 - 400 нм
· инфракрасное излучение в диапазоне 1050 нм - 1 мм
· рентгеновское излучение > 1,2 кэВ
Компьютер как источник переменного электромагнитного поля
Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер, и т. п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации называемое по-разному - монитор, дисплей. Как правило, в его основе - устройство на основе электронно-лучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа "Pilot"), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя (см. таблицу 1).
Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное поле имеет электрическую (Е) и магнитную (Н) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна, поэтому оценка Е и Н производится раздельно.
Компьютер как источник электростатического поля
При работе монитора на экране кинескопа накапливается электростатический заряд, создающий электростатическое поле ( ЭСтП ). В разных исследованиях, при разных условиях измерения значения ЭСтП колебались от 8 до 75 кВ/м. При этом люди, работающие с монитором, приобретают электростатический потенциал. Разброс электростатических потенциалов пользователей колеблется в диапазоне от -3 до +5 кВ. Когда ЭСтП субъективно ощущается, потенциал пользователя служит решающим фактором при возникновении неприятных субъективных ощущений. Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Эксперименты показывают, что даже после работы с клавиатурой, электростатическое поле быстро возрастает с 2 до 12 кВ/м. На отдельных рабочих местах в области рук регистрировались напряженности статических электрических полей более 20 кВ/м.
По обобщенным данным, у работающих за монитором от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно-сосудистой системы - в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей - в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата - в 3,1 раза чаще. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает.
Исследования функционального состояния пользователя компьютера, проведенные в 1996 году в Центром электромагнитной безопасности, показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин. Замечено, что у групп лиц (в данном случае это составило 20%) отрицательная реакция функционального состояния организма не проявляется при работе с ПК менее 1 часа.
Влияние на зрение. К зрительному утомлению пользователя ВДТ относят целый комплекс симптомов: появление "пелены" перед глазами, глаза устают, делаются болезненными, появляются головные боли, нарушается сон, изменяется психофизическое состояние организма. Необходимо отметить, что жалобы на зрение могут быть связаны как с упомянутыми выше факторами ВДТ, так и с условиями освещения, состоянием зрения оператора и др. Синдром длительной статистической нагрузки (СДСН). У пользователей дисплеев развивается мышечная слабость, изменения формы позвоночника. В США признано, что СДСН - профессиональное заболевание начиная с 1990-1991 годов с самой высокой скоростью распространения. При вынужденной рабочей позе, при статической мышечной нагрузке мышц ног, плеч, шеи и рук длительно пребывают в состоянии сокращения. Поскольку мышцы не расслабляются, в них ухудшается кровоснабжение; нарушается обмен веществ, накапливаются биопродукты распада и, в частности, молочная кислота.
Стресс. Пользователи дисплеев часто находятся в состоянии стресса. По данным Национального Института охраны труда и профилактики профзаболеваний США (1990 г.) пользователи ВДТ в большей степени, чем другие профессиональные группы, включая авиадиспетчеров, подвержены развитию стрессорных состояний. При этом у большинства пользователей работа на ВДТ сопровождается значительном умственным напряжением. Показано, что источниками стресса могут быть: характерные особенности компьютера, используемое программное обеспечение, организация работы. Работа на ВДТ имеет специфические стрессорные факторы, такие как время задержки ответа (реакции) компьютера при выполнении команд человека, "обучаемость командам управления" (простота запоминания, похожесть, простота использования и т.н.), способ визуализации информации и т.д. Пребывание человека в состоянии стресса может привести к изменениям настроения человека, повышению агрессивности, депрессии, раздражительности. Зарегистрированы случаи психосоматических расстройств, нарушения функции желудочно-кишечного тракта, нарушение сна, изменение частоты пульса. Пребывание человека в условиях длительно действующего стресс-фактора может привести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.
Жалобы пользователей персонального компьютера возможные причины их происхождения.
Субъективные жалобы
Возможные причины
резь в глазах
визуальные эргономические параметры Монитора, освещение на рабочем месте и в помещении
головная боль
ионный состав воздуха в рабочей зоне, режим работы
повышенная нервозность
электромагнитное поле, цветовая гамма помеще-ния, режим работы
повышенная утомляемость
электромагнитное поле, режим работы
расстройство памяти
электромагнитное поле, режим работы
нарушение сна
режим работы, электромагнитное поле
выпадение волос
электростатические поля
прыщи и покраснение кожи
электростатические поле, аэроионный и пылевой состав воздуха в рабочей зоне
боль в пояснице
неправильная посадка
боль в запястьях и пальцах
высота стола не соответствует росту и высоте кресла; неудобная клавиатура
В качестве технических стандартов безопасности мониторов широко известны шведские ТСО92/95/98 и MPR II. Эти документы определяют требования к монитору персонального компьютера по параметрам, способным оказывать влияние на здоровье пользователя. Наиболее жесткие требования к монитору предъявляет ТСО 95. Он ограничивает параметры излучения монитора, потребления электроэнергии, визуальные параметры, так что делает монитор наиболее лояльным к здоровью пользователя.
3. Как действует ЭМП на здоровье
В СССР широкие исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был накоплен большой клинический материал о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей, было предложено ввести новое нозологическое заболевание “Радиоволновая болезнь” или “Хроническое поражение микроволнами”. В дальнейшем, было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно высшая нервная деятельность, чувствительна к ЭМП, и, во-вторых, что ЭМП обладает т.н. информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта. Результаты этих работ были использованы при разработке нормативных документов в России. В результате нормативы в России были установлены очень жесткими и отличались от американских и европейских в несколько тысяч раз (например, в России ПДУ для профессионалов 0,01 мВт/см2; в США - 10 мВт/см2).
Биологическое действие электромагнитных полей
Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Механизмы действия ЭМП в этом случае еще мало изучены. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими.
Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.
Влияние на нервную систему.
Большое число исследований, выполненных в России, и сделанные монографические обобщения, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. На уровне нервной клетки, структурных образований по передачи нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают существенные отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. Изменяется высшая нервная деятельность, память у людей, имеющих контакт с ЭМП. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций.
Влияние на иммунную систему
В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. Результаты исследований ученых России дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса - течение инфекционного процесса отягощается. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на систему клеточного иммунитета.
Другие медико-биологические эффекты.
· С начала 60-х годов в СССР были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с ЭМП на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с ЭМП в СВЧ диапазоне может привести к развитию заболеваний, клиническую картину которого определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Было предложено выделить самостоятельное заболевание - радиоволновая болезнь.
Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия ЭМ-излучения на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время находившиеся в зоне ЭМ-излучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием ЭМ-излучения с достаточно большой интенсивностью. Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость. Можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых ЭМ-излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам.
4. Как защититься от ЭМП
Организационные мероприятия по защите от ЭМП К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМП (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМП.
Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.
Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. В соответствии с ГОСТ зоны излучения ограждаются либо устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: «Не входить, опасно!».
Технические способы защиты
Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой. В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием. В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.

Раздел: Дополнительный углубленный материал
Статьи
Bluetooth - новая технология беспроводной передачи данных
Вольтметр
Газовые туманности и межзвездный газ
Дополнительное сопротивление к вольтметру
История сотовой связи
Космическая связь
М
Магнитное поле Земли
Механическая аналогия электрической цепи
Нахождение отношения заряда и массы электрона
Сотовый телефон и преступность
Термореле. Фотореле
Удельное сопротивление
Шунтирование амперметра
Электрофильтр
© 2001-2007 ТЕЛЕШКОЛА

Test User's Internet Connection in VB(kiểm tra kết nối internet trong visual basic)

As more and more of your applications become distributed across the Internet, you'll no doubt want to build in a way to determine if the current user is actually connected to the Web. Fortunately, the Windows API offers a quick and easy way to do so with the
code:
InternetGetConnectedState() function.This function uses the declaration syntax seen here
Private Declare Function InternetGetConnectedState Lib "wininet" (ByRef dwflags As Long, _ ByVal dwReserved As Long) As Long

The function returns 1 if a connection exists and 0 if not. You can easily convert these values to their Boolean equivalents in VB. After the test, the dwflags parameter will indicate what type of connection the user has. You use bitwise comparisons to test for specific values. The dwflags constants are as follows:
code:
Private Const CONNECT_LAN As Long = &H2 Private Const CONNECT_MODEM As Long = &H1 Private Const CONNECT_PROXY As Long = &H4 Private Const CONNECT_OFFLINE As Long = &H20 Private Const CONNECT_CONFIGURED As Long = &H40

You can ignore the dwReserved parameter.To see how this function works, launch a new VB project, and drop a Command Button onto the default form. Right-click on the form and select View Code from the shortcut menu. When the IDE opens the Code window, enter the InternetGetConnectedState() function and constant declarations as shown above. Then, enter the following procedures:

code:
Public Function IsWebConnected(Optional ByRef ConnType As String) As Boolean Dim dwflags As Long Dim WebTest As Boolean ConnType = "" WebTest = InternetGetConnectedState(dwflags, 0&) Select Case WebTest Case dwflags And CONNECT_LAN: ConnType = "LAN" Case dwflags And CONNECT_MODEM: ConnType = "Modem" Case dwflags And CONNECT_PROXY: ConnType = "Proxy" Case dwflags And CONNECT_OFFLINE: ConnType = "Offline" Case dwflags And CONNECT_CONFIGURED: ConnType = "Configured" Case dwflags And CONNECT_RAS: ConnType = "Remote" End Select IsWebConnected = WebTest End Function Private Sub Command1_Click() Dim msg As String If IsWebConnected(msg) Then msg = "You are connected to the Internet via: " & msg Else msg = "You are not connected to the Internet." End If MsgBox msg, vbOKOnly, "Internet Connection Status" End Sub

Run this program and click the form's command button, the message box tells you if you're connected to the Internet and by what type of connection.

Send your friends

bạn có rất nhiều bạn than. bạn có nhiều sách và muốn chia sẻ cho một người bạn nào đó. Nhưng lâu rồi không upload chia sẻ file. bạn sẽ mất nhiều thời gian nghĩ hot nào upload file được( nếu bạn ko là dân it). Yahoo ư? dưới 10mb . ít quá.

Nay đã có tool: send your friend(nặng 334kb)

bạn chứ cần ghi địa chỉ mail người bạn va chờ 10-15 s cho chương trình chạy. thế là xong!

Quá tiện lợi cho những ai lười….hìhì

bạn có thể gửi file dưới 100 Mb(không tệ nhỉ!)

video, flash….

download
You can upload files, images, videos, audio and flash for free. Simply use the upload form below and start sharing! You can also use as your personal file storage: backup your data and protect your files. Up to 100 Mb, Unlimited Downloads

Лазерный свет, атомы и ядра (Физика наших дней

Атомы пространства и времени

С древних времен некоторые философы и ученые предполагали, что материя может состоять из крошечных атомов но еще 200 лет назад мало кто верил, что их существование можно доказать. Сегодня мы наблюдаем отдельные атомы и изучаем частицы, их составляющие. Зернистое строение вещества для нас уже не новость.

В последние десятилетия физики и математики задаются вопросом: не из дискретных ли частей состоит пространство? Действительно ли оно непрерывно или больше похоже на кусок ткани, сотканной из отдельных волокон? Если бы мы могли наблюдать чрезвычайно малые объекты, то увидели бы атомы пространства, неделимые мельчайшие частицы объема? А как быть со временем: плавно ли происходят изменения в природе или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер?

За последние 16 лет ученые заметно приблизились к ответам на эти вопросы. Согласно теории со странным названием «петлевая квантовая гравитация», пространство и время действительно состоят из дискретных частей. Расчеты, выполненные в рамках этой концепции, описывают простую и красивую картину, которая помогает нам объяснить загадочные явления, относящиеся к черным дырам и Большому взрыву. Но главное достоинство упомянутой теории заключается в том, что уже в ближайшем будущем ее предсказания можно будет проверить экспериментально: мы обнаружим атомы пространства, если они действительно существуют.

Кванты

Вместе с моими коллегами мы развивали теорию петлевой квантовой гравитации (ПКГ), пытаясь разработать долгожданную квантовую теорию тяготения Чтобы объяснить исключительную важность последней и ее отношение к дискретности пространства и времени, я должен немного рассказать о квантовой теории и теории гравитации,

Появление квантовой механики в первой четверти XX в. было связано с доказательством, что материя состоит из атомов. Квантовые уравнения требуют, чтобы некоторые величины, такие как энергия атома, могли принимать только определенные дискретные значения. Квантовая механика в точности описывает свойства и повеление атомов, элементарных частиц и связывающих их сил. Самая успешная в истории науки квантовая теория лежит в основе нашего понимания химии, атомной и субатомной физики, электроники и даже биологии.

В те же десятилетия, когда зарождалась квантовая механика, Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности, которая представляет собой теорию гравитации. Согласно ей, сила тяготения возникает в результате изгиба пространства и времени (которые вместе образуют пространство-время) под действием материи. Представьте себе тяжелый шар, помещенный на резиновый лист, и маленький шарик который катается вблизи большого. Шары можно рассматривать как Солнце и Землю, а лист -как пространство. Тяжелый шар создаст в резиновом полотне углубление, по склону которого меньший шарик скатывается к большему как будто некоторая сила - гравитация - тянет его в этом направлении. Точно так же любая материя или сгусток энергии искажают геометрию пространства-времени, притягивая частицы и световые лучи; это явление мы и называем гравитацией.

По отдельности квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна экспериментально подтверждены. Однако еще ни разу не исследовался случай, когда можно было бы проверить обе теории одновременно. Дело в том, что квантовые эффекты заметны лишь в малых масштабах, а для того, чтобы стали заметны эффекты общей теории относительности, требуются большие массы. Объединить оба условия можно лишь при каких-то экстраординарных обстоятельствах.

Помимо отсутствия экспериментальных данных существует огромная концептуальная проблема: общая теория относительности Эйнштейна полностью классическая, т.е. не квантовая. Для обеспечения логической целостности физики нужна квантовая теория гравитации, объединяющая квантовую механику с общей теорией относительности в квантовую теорию пространства-времени.

Физики разработали множество математических процедур для превращения классической теории в квантовую. Многие ученые тщетно пытались применить их к общей теории относительности. Расчеты, проведенные в 1960-х и 1970-х гг., свидетельствовали о том, что квантовую мexaнику и общую теорию относительности объединить невозможно. Казалось, ситуацию может спасти только введение совершенно новых постулатов, дополнительных частиц, полей или объектов иного рода. Экзотика единой теории должна проявляться только в тех исключительных случаях, когда существенными становятся и квантово-механические, и гравитационные эффекты. В попытках достижения компромисса родились такие направления, как теория твисторов, некоммутативная геометрия и супергравитация.

Большой популярностью у физиков пользуется теория струн, согласно которой помимо трех хорошо известных пространственных измерений есть еще шесть или семь, которые до сих пор никому не удавалось заметить. Теория струн также предсказывает существование множества новых элементарных частиц и сил, наличие которых еще ни разу не было подтверждено наблюдениями. Некоторые ученые полагают, что она является частью так называемой М-теории, но, к сожалению, никакого точного ее определения пока предложено не было. Поэтому многие специалисты убеждены, что следует изучить имеющиеся альтернативы. Наша петлевая квантовая теория гравитации - наиболее развитая из них.

Большая лазейка

В середине 1980-х гг. мы вместе с Аби Аштекером (Abhay Ashtekar), Тэдом Джекобсоном (Ted Jacobson) и Карло Ровел-ли (Carlo Rovelli) решили еще раз попытаться объединить квантовую механику и общую теорию относительности с помощью стандартных методов. Дело в том, что в отрицательных результатах, полученных в 1970-х гг., оставалась важная лазейка: при расчетах предполагалось, что геометрия пространства непрерывная и гладкая независимо от того, насколько детально мы исследуем ее. Точно также люди рассматривали вещество до открытия атомов.

Итак, мы решили отказаться от концепции гладкого непрерывного пространства и не вводить никаких гипотез, кроме хорошо проверенных экспериментально положений общей теории относительности и квантовой механики. В частности, в основе наших расчетов были заложены два ключевых принципа теории Эйнштейна.

Первый из них - независимость от окружения - провозглашает, что геометрия пространства-времени не фиксирована, а является меняющейся, динамической величиной. Чтобы определить геометрию, необходимо решить ряд уравнений, учитывающих влияние вещества и энергии. Кстати, современная теория струн не является независимой от окружения: уравнения, описывающие струны, сформулированы в определенном классическом (т.е. неквантовом) пространстве-времени.

Второй принцип, названный «диффеоморфной инвариантностью», гласит, что для отображения пространства-времени

и построения уравнений мы вольны выбирать любую систему координат. Точка в пространстве-времени задастся только физически происходящими в ней событиями, а не ее положением в какой-то особой системе координат (не существует никаких особых координат). Диффеоморфная инвариантность - чрезвычайно важное фундаментальное положение общей теории относительности.

Аккуратно объединив оба принципа со стандартными методами квантовой механики, мы разработали математический язык, который позволил провести нужные вычисления и выяснить, дискретно пространство или непрерывно. К нашему восторгу, из расчетов следовало, что пространство квантовано! Так мы заложили основу теории петлевой квантовой гравитации. Кстати, термин «петлевая» был введен из-за того, что в некоторых вычислениях использовались маленькие петли, выделенные в пространстве-времени.

Многие физики и математики проверили наши расчеты с использованием различных методов. За прошедшие годы теория петлевой квантовой гравитации окрепла благодаря усилиям ученых разных стран мира. Проделанная работа позволяет нам доверять той картине пространства-времени, которую я опишу ниже.

В нашей квантовой теории речь идет о структуре пространства-времени в самых малых масштабах, и чтобы разобраться в ней, необходимо рассматривать ее предсказания для маленькой площади или объема. Имея дело с квантовой физикой, важно определить, какие физические величины должны быть измерены. Представьте себе некую область, обозначенную границей В, которая может быть задана материальным объектом (например, чугунной скорлупой) или непосредственно геометрией пространства-времени (например, горизонтом событий в случае черной дыры). Что происходит, когда мы измеряем объем описанной области? Каковы возможные результаты, допускаемые как квантовой теорией, так и диффеоморфной инвариантностью? Если геометрия пространства непрерывна, то рассматриваемая область может иметь любой размер, и ее объем может быть выражен любым действительным положительным числом, в частности, сколь угодно близким к нулю. Но если геометрия гранулирована, то результат измерения может принадлежать только дискретному набору чисел и не может быть меньше некоторого минимально возможного объема. Давайте вспомним, какой энергией может обладать электрон, обращающийся вокруг атомного ядра? В рамках классической физики - любой, но квантовая механика допускает только определенные, строго фиксированные дискретные значения энергии. Различие такое же, как между измерением объема жидкости, образующей непрерывный поток (с точки зрения ученых XVIII в.), и определением количества воды, атомы которой можно сосчитать.

Согласно теории петлевой квантовой гравитации, пространство подобно атомам: числа, получаемые при измерении объема, образуют дискретный набор, т.е. объем изменяется отдельными порциями. Другая величина, которую можно измерить, - площадь границы В, которая тоже оказывается дискретной. Иными словами, пространство не непрерывно и состоит из определенных квантовых единиц площади и объема.

Возможные значения объема и площади измеряются в единицах, производных от длины Планка, которая связана с силой гравитации, величиной квантов и скоростью света. Длина Планка очень мала: 10^-33 см; она определяет масштаб, при котором геометрию пространства уже нельзя считать непрерывной. Самая маленькая возможная площадь, отличная от нуля, примерно равна квадрату длины Планка или 10^-66 см². Наименьший возможный объем, отличный от пуля, - куб длины Планка или 10^-99 см³. Таким образом, согласно теории в каждом кубическом сантиметре пространства содержится приблизительно 10⁹⁹ атомов объема. Квант объема настолько мал, что в кубическом сантиметре таких квантов больше, чем кубических сантиметров в видимой Вселенной (10⁸⁵).

Спиновые сети

На что же похожи кванты объема и площади? Быть может, пространство состоит из огромного количества крошечных кубов или сфер? Нет, не все так просто. Квантовые состояния объема и площади мы изображаем в виде диаграмм, которые не лишены своеобразной красоты. Вообразите область пространства, по форме напоминающую куб.

На диаграмме мы изображаем ее как точку, представляющую объем, с шестью выходящими из нее линиями. каждая из которых изображает одну из граней куба. Число рядом с точкой указывает величину объема, а числа рядом с линиями - величину площади соответствующих граней.

Поместим на вершину куба пирамидy. У наших многогранников есть общая грань, и их следует изобразить как две точки (два объема), соединенные одной из линий (грань, которая соединяет объемы). У куба осталось пять свободных граней (пять линий), а у пирамиды - четыре (четыре линии). Аналогично можно изобразить любые комбинации различных многогранников: объемные полиэдры становятся точками или узлами, а плоские грани - линиями, соединяющими узлы. Математики называют такие диаграммы графами.

В пашей теории мы отбрасываем рисунки многогранников и оставляем только графы. Математика, описывающая квантовые состояния объема и площади, обеспечивает нас набором правил, указывающих, как линии могут соединять узлы и какие числа могут располагаться в различных местах диаграммы. Каждое квантовое состояние соответствует одному из графов, и каждому- графу, удовлетворяющему правилам, соответствует квантовое состояние. Графы представляют собой удобную краткую запись возможных квантовых состояний пространства.

Диаграммы гораздо больше подходят для представления квантовых состояний, чем многогранники. В частности, некоторые графы соединяются такими странными способами, что их невозможно аккуратно преобразовать в картину из полиэдров. Например, в тех случаях, когда пространство изогнуто, невозможно изобразить многогранники, стыкующиеся должным образом, зато совсем не трудно нарисовать граф и по нему вычислить, насколько искажено пространство. Поскольку именно искажение пространства создает гравитацию, диаграммы играют огромную роль в квантовой теории тяготения.

Для простоты мы часто рисуем графы в двух измерениях, но лучше представлять их заполняющими трехмерное пространство, потому что именно его они изображают. Но здесь есть концептуальная ловушка: линии и узлы графа не занимают конкретные положения в пространстве. Каждый граф определяется только тем, как его части соединяются между собой и как они соотносятся с четко заданными границами (например, с границей области В). Однако нет никакой.) непрерывного трехмерного пространства, в котором, как может показаться, размещаются графы. Линии и узлы - это и есть пространство, геометрия которого определяется тем, как они соединяются.

Описанные графы называются спиновыми сетями, потому что указанные на них числа связаны со спином. Еще в начале 1970-х гг. Роджер Пенроуз (Roger Peniose) из Оксфордского университета предположил, что спиновые сети имеют отношение к теории квантовой гравитации, В 1994 г. наши точные вычисления подтвердили его интуитивную догадку Читатели, знакомые с диаграммами Фейнмана, должны обратить внимание, что спиновые сети ими не являются, несмотря на внешнее сходство. Диаграммы Фейнмана отражают квантовые взаимодействия между частицами, переходящими из одного квантового состояния в другое. Спиновые сети олицетворяют фиксированные квантовые состояния объемов и площадей пространства.

Отдельные узлы и ребра диаграмм представляют собой чрезвычайно малые области пространства: типичный узел соответствует объему около одной длины Планка в кубе, а линия - площади порядка одной длины Планка в квадрате. Но, в принципе, спиновая сеть может быть неограниченно большой и сколь угодно сложной. Если бы мы могли изобразить детальную картину квантового состояния нашей Вселенной (т.е. геометрию ее пространства, искривленного и перекроенного тяготением галактик, черных дыр и пр.), то получилась бы гигантская спиновая сеть невообразимой сложности, содержащая приблизительно 10¹⁸⁴ узлов.

Итак, спиновые сети описывают геометрию пространства. Но что можно сказать о материи и энергии, находящихся в нем? Частицы, такие как электроны, соответствуют определенным узлам, снабженным дополнительными метками. Поля, такие как электромагнитное, обозначаются аналогичными маркерами на линиях графа. Движение частиц и полей в пространстве представляет собой дискретное (скачкообразное) перемещение меток по графу.

Шаги и пена

Частицы и поля - не единственные движущиеся объекты. Согласно общей теории относительности, при перемещении материи и энергии пространство модифицируется, по нему даже могут проходить волны, подобно ряби на озере. В теории петлевой квантовой гравитации такие процессы изображаются дискретными трансформациями cпиновой сети, при которых шаг за шагом изменяется связность графов.

При описании квантово-механических явлений физики вычисляют вероятность различных процессов. Мы делаем то же самое, когда применяем теорию петлевой квантовой гравитации, чтобы описать изменение геометрии пространства или движение частиц и полей в спиновой сети. Томас Тиманп (Thomas Thiemann) из Института теоретической физики в Ватерлоо вывел точные выражения для вычисления квантовой вероятности шагов спиновой сети. В результате появилась четкая процедура для вычисления вероятности любого процесса, который может происходить в мире, подчиняющемся правилам нашей, теперь уже окончательно сформировавшейся теории. Остается только вычислять и делать предсказания о том, что можно будет наблюдать в тех или иных экспериментах.

В теории относительности пространство и время неотделимы и представляют собой единое пространство-время. При введении концепции пространства-времени в теорию петлевой квантовой гравитации спиновые сети, представляющие пространство, превращаются в так называемую спиновую пену. С добавлением еще одного измерения - времени -линии спиновой сети расширяются и становятся двумерными поверхностями, а узлы растягиваются в линии. Переходы, при которых происходит изменение спиновой сети (шаги, описанные выше), теперь представлены узлами, в которых сходятся линии пены. Взгляд на пространство-время как на спиновую пену был предложен несколькими исследователями, в том числе Карло Ровелли (Carlo Rovelli), Майком Рейзенбсргером (Mike Reiscnberger), Джоном Вэрретом (John Barrett), Луи Крейном (Louis Crane), Джоном Бейзом (John Baez) и Фотини Маркопулу (Fotini Markopoulou).

Мгновенный снимок происходящего подобен поперечному срезу пространства-времени. Аналогичный срез спиновой пены представляет собой спиновую сеть. Однако не стоит заблуждаться, что плоскость среза перемещается непрерывно подобно плавному потоку времени. Так же как пространство определяется дискретной геометрией спиновой сети, время задается последовательностью отдельных шагов, которые перестраивают сеть. Таким образом, время тоже дискретно. Время не течет, как река, а тикает, как часы. Интервал между «тиками» примерно равен времени Планка, или 10^-43 с. Точнее говоря, время в нашей Вселенной отмеряют мириады часов: там, где в спиновой пене происходит квантовый шаг, часы делают один «тик».

Предсказания и проверки

Теория петлевой квантовой гравитации описывает пространство и время в масштабе Планка, который слишком мал для нас. Так как же нам проверить ее? Во-первых, очень важно выяснить, можно ли вывести классическую общую теорию относительности как приближение к петлевой квантовой гравитации. Другими словами, если спиновые сети подобны нитям, из которых соткана ткань, то вопрос стоит так: удастся ли правильно вычислить упругие свойства куска материала путем усреднения по тысячам нитей. Получим ли мы описание «гладкой ткани» классического эйнштейновского пространства, если усредним спиновую сеть по многим длинам Планка? Недавно ученые успешно решили эту сложнейшую задачу для нескольких частных случаев, так сказать, для некоторых конфигураций материала. Например, низкочастотные гравитационные волны, распространяющиеся в плоском (неизогнутом) пространстве, можно рассматривать как возбуждение определенных квантовых состояний, описанных в соответствии с теорией петлевой квантовой гравитации Хорошей проверкой для петлевой квантовой гравитации оказалась одна из давнишних загадок о термодинамике черных дыр, и в особенности об их энтропии. Физики разработали термодинамическую модель черной дыры, опираясь на гибридную теорию, в которой материя рассматривается квантово-механически, а пространство-время - нет. В частности, в 1970-х гг. Якоб Бекенштейн (Jacob D. Bekenstein) вывел, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее поверхности (см. статью «Информация в голографической Вселенной», «В мире науки», №11, 2003 г). Вскоре Стивен Хокинг (Stephen Hawking) пришел к выводу, что черные дыры, особенно маленькие, должны излучать.

Чтобы выполнить, аналогичные вычисления в рамках теории петлевой квантовой гравитации, мы принимаем границу области В за горизонт событий черной дыры. Анализируя энтропию соответствующих квантовых состояний, мы получаем в точности предсказание Бекенштейна. С таким же успехом наша теория не только воспроизводит предсказание Хокинга об излучении черной дыры, но и позволяет описать его тонкую структуру. Если когда-либо удастся наблюдать микроскопическую черную дыру, теоретические предсказания можно будет проверить, изучая спектр ее излучения.

Вообще говоря, любая экспериментальная проверка теории петлевой квантовой гравитации сопряжена с колоссальными техническими трудностями. Характерные эффекты, описываемые теорией, становятся существенными только в масштабе длины Планка, который на 16 порядков меньше, чем можно будет исследовать в ближайшее время на самых мощных ускорителях (для исследования меньших масштабов необходима более высокая энергия).

Впрочем, недавно ученые предложили несколько доступных способов проверки петлевой квантовой гравитации. Длина световой волны, pacпространяющейся в среде, претерпевает искажения, что приводит к преломлению и дисперсии лучей. Аналогичные метаморфозы происходят со светом и частицами, движущимися через дискретное пространство, описываемое спиновой сетью.

К сожалению, величина упомянутых эффектов пропорциональна отношению длины Планка к длине волны. Для видимого света оно не превышает 10^-28, а для космических лучей с наибольшей энергией составляет порядка одной миллиардной. Иными словами, зернистость структуры пространства чрезвычайно слабо сказывается практически на любом наблюдаемом излучении. Но чем большее расстояние прошел свет, тем сильнее заметны последствия дискретности спиновой сети. Современная аппаратура позволяет нам регистрировать излучение гамма-всплесков, расположенных в миллиардах световых лет (см. статью "'Ярчайшие взрывы во Вселенной», «В мире науки», №4, 2003 г.).

Опираясь на теорию петлевой квантовой гравитации, Родольфо Гамбини (Rodolfo Gambini) и Джордж Пуллин (Jorge Pullin) установили, что фотоны различных энергий должны перемещаться с несколько разными скоростями и достигать наблюдателя в разное время. Спутниковые наблюдениях гамма-всплесков помогут нам проверить это. Точность современных приборов в 1 000 раз ниже необходимой, но уже в 2006 г будет запущена спутниковая обсерватория GLAST, прецизионное оборудование которой позволит провести долгожданный эксперимент.

Нет ли здесь противоречия с теорией относительности, в которой постулируется постоянство скорости света? Вместе с Джованни Амелино-Камелиа (Giovanni AmelinoCamelia) и Хояо Магуэйо (Joao Magueijo) мы разработали модифицированные версии теории Эйнштейна, которые допускают существование фотонов высокой энергии, движущихся с разными скоростями. В свою очередь постоянство скорости относится к фотонам низких энергий, т.е. длинноволновому свету.

Другое возможное проявление дискретности npocтранства-времени связано с космическими лучами очень высокой энергии. Более 30 лет назад ученые установили, что протоны космических лучей с энергией более 3 10¹⁹ эВ должны рассеиваться на космическом микроволновом фоне, заполняющем пространство, и поэтому никогда не достигнут Земли. Тем не менее в японском эксперименте AGASA было зарегистрировано более 10 событий с космическими лучами даже большей энергии. Оказалось, что дискретность пространства повышает энергию, требуемую для реакции рассеивания, и позволяет высокоэнергетическим протонам навещать нашу планету. Если наблюдения японских ученых подтвердятся, а другое объяснение не будет найдено, то можно будет считать, что дискретность пространства засвидетельствована экспериментально.

Космос

Теория петлевой квантовой гравитации заставляет нас по-новому взглянуть на происхождение Вселенной и помогает представить, что происходило сразу после Большого взрыва. В соответствии с общей теорией относительности в истории мироздания был самый первый, нулевой момент времени, что не согласуется с квантовой физикой. Расчеты. проведенные Мартином Боджовальдом (Martin Bojowald) па основании теории петлевой квантовой гравитации, указывают, что Большой взрыв фактически был Большим отскоком, так как до него Вселенная быстро сжималась. Теоретики уже работают над новыми моделями ранней стадии развития Вселенной, которые вскоре можно будет проверить в космологических наблюдениях. Не исключено, что нам с вами еще посчастливится узнать, что же происходило до Большого взрыва.

Не менее серьезно стоит вопрос о космологической постоянной: положительна или отрицательна плотность энергии, пронизывающей "пустое" пространство? Результаты наблюдения реликтового фона и далеких сверхновых свидетельствуют о том, что темная энергия существует. Более того, она положительна, поскольку Вселенная расширяется с ускорением. С точки зрения теории петлевой квантовой гравитации, здесь нет никакого противоречия: еще в 1990 г. Хидео Кодама (Hideo Kodama) составил ypaвнения, точно описывающие квантовое состояние Вселенной с положительной космологической постоянной.

До сих пор еще не решенi целый ряд вопросов, в том числе чисто технических. Какие коррективы следует вносить в частную теорию относительности при чрезвычайно высоких энергиях (если вообще следует)? Поможет ли теория петлевой квантовой гравитации доказать, что различные силы, включая тяготение, являются аспектами единственного фундаментального взаимодействия?

Быть может, петлевая квантовая гравитация - это действительно квантовая общая теория относительности, потому что в ее основе нет никаких дополнительных предположений, кроме основных принципов квантовой механики и теории Эйнштейна. Вывод о дискретности пространства-времени, описываемого спиновой пеной, следует непосредственно из самой теории, а не вводится как постулат.

Однако все, о чем я здесь рассуждал, - это теория. Возможно, пространство на самом деле гладко и непрерывно в любых, сколь угодно малых масштабах. Тогда физикам придется ввести дополнительные радикальные постулаты, как в случае теории струн. А поскольку в конечном счете все решит эксперимент, у меня есть хорошие новости - ситуация может проясниться в ближайшее время.

Дополнительная литература:

• Three Roads to Quantum Gravity. Lee Smolin. Basic Books, 2001.

• The Quantum of Area? John Baez. Nature, vol.421, pp, 702-703; February 2003.

• How Far Are We from the Quantum Theory of Gravity? Lee Smolin. March 2003.
Препринт на сайте http://arxiv.org/hep-th/0303185.

• Welcome to Quantum Gravity. Special Section, Physics World, Vol.16, No,11, pp.
27-50; November 2003.

• Loop Quantum Gravity. Lee Smolin, Доступно на сайте
www.edge.org/3rd _culture/smolin03/smolin03_index.html

Ли Смолин (Lee Smolin) - сотрудник Института теоретической физики в Ватерлоо и адъюнкт-профессор физики Университета Ватерлоо, Окончив колледж в Гемпшире, он получил звание кандидата наук в Гарвардском университете, а затем преподавал в Йельском, Сиракьюсском и Пенсильванском университетах. Кроме квантовой гравитации Ли интересуется физикой элементарных частиц, космологией и фундаментальными вопросами квантовой теории, В его книге The Life of the Cosmos («Жизнь космоса»), выпущенной в 1997 г. издательством Oxford University Press, рассматриваются философские вопросы современной физики и космологии.