Древние римляне, вероятно, создали конструкции, действующие как сейсмозащитные экраны, задолго до появления концепций метаматериалов и трансформирующей оптики. Об этом заявляют французские исследователи в статье Role of nanophotonics in the birth of seismic megastructures.
Авторы отмечают, что план фундамента некоторых римских театров и амфитеатров удивительно напоминает современные электромагнитные «невидимые плащи». По их мнению, такие «археологические метаматериалы» могли косвенно защищать здания от землетрясений, отклоняя сейсмические волны вокруг песчаной подложки.
Метаматериалы – искусственно созданные структуры, способные управлять электромагнитными или акустическими волнами способами, не встречающимися в природе. На их основе разработана математическая теория трансформационной оптики, позволяющая проектировать устройства, в том числе «невидимые плащи», которые отклоняют микроволны вокруг объекта.
Одна из перспективных идей применения метаматериалов – создание «зон», отклоняющих сейсмические волны от зданий. Концепция предполагает окружить сооружение сетью отверстий или бетонных колонн, зарытых в грунт. При прохождении волн определённой длины они многократно отражаются, вызывая деструктивную интерференцию и формируя «запретный диапазон», что значительно уменьшает тряску.
В 2012 году Стефан Бруле и инженеры компании Ménard (Лион) совместно с исследователями Института Френеля (Марсель) продемонстрировали эту идею, пробурив двумерную решётку скважин глубиной 5 м. При генерации акустических волн рядом с полем они обнаружили, что первая пара рядов скважин отражает большую часть энергии обратно к источнику.
Бруле считает, что именно римляне могли первым открыть такой приём, пусть и не осознавая его. Во время отпуска он изучал археологические остатки города Отон (Центральная Франция) и увидел аэрофотоснимок, где фундамент галло-римского театра, скрытый под полем, выглядел как полукруглая «получка» невидимого плаща.
Позднее найденные фотографии археологических раскопок показали фундамент более чётко. Сопоставив их с изображением 20‑см‑ного прототипа «невидимого плаща», построенного в Институте Френеля, Бруле обнаружил почти полное совпадение: столбы театра и элементы плаща выстроены в серии концентрических (полукруглых) окружностей, сходящихся к центру.
Аналогичные схемы обнаружены в фундаменте Колизея и других амфитеатров, где вместо полукруга использованы полные концентрические эллипсы. Отношения радиусов соседних фигур почти одинаковы.
Как римляне пришли к такому дизайну? Бруле предполагает, что многовековой опыт строительства в сейсмоактивных регионах постепенно оттачивал форму, хотя возможен и простой случайный фактор.
Себастьен Гённо, также из Института Френеля, провёл компьютерные симуляции, подтверждающие гипотезу, но подчёркивает, что реальная сложность грунта требует полевых экспериментов. Планируется построить модель из заземлённых бетонных свай, расположенных в характерных концентрических эллипсах диаметром не менее 20 м, что подходит для коротковолновых сейсмических волн в мягких почвах.
