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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  2009 9 16 震不倒的樓<
  那福忠 September 16, 2009
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   印尼又發生大地震,人類的天災,無論是風災、水災、旱災、傳染病,都能在發生以前預測,即使不太準確,至少也有一段緩衝時間來因應,唯獨地震還不能預測。全球科學家多年來研究預知地震發生的時間,到現在為止還沒有顯著成效,僅能在地震發生之後發出警報。像日本氣象廳的地震緊急速報系統,在地震發生之後發出警報,利用震波從震央到固定地點的時差,警告大家因應,只是這段緩衝的時間太短,僅有 10 到 20 秒,如果距震央太近傳,連這幾秒鐘都沒有。這一點時間對個人用處不大,卻能給飛機場、疾駛中火車警告,啟動緊急因應系統,或可減輕一些災難。

   既然不能預報,只有加強防災,現在新蓋的大樓,都把有防震的設計,但舊的大樓卻沒有防震的功能,遇到強震還有倒塌的可能。美國史坦福大學的 Gregory Deierlein 教授,設計出每棟現有樓都能用的方法,經十幾年的研究與實驗,日前在著名的日本兵庫地震研究中心,以實際建築四分之三的規模,模擬成功,證實方法可行。這個作法是在樓邊架一座與樓同樣大小的鋼架(如圖、點選放大),鋼架的底部不固定是活的,地震來的時候先劇烈搖晃,吸收了大部分震動,所以稀釋了樓房的震動。

   單讓鋼架搖晃,還是會影響相連的樓房,鋼架左右搖晃之後要隨時維持直立,而起要把地震的力量分散到別處,才能讓樓房受創最小,所以鋼架有特殊的設計來做這兩件事。一是豎立的鋼架,內裝一條有彈性的鋼索,鋼架左右搖晃,鋼索就把鋼架朝直立的方向拉回,有如彈簧、橡皮筋的作用。另外每條豎立鋼架的底部雖然是活動的,但不是懸空,而是穿在一隻「鞋」裡,鞋槽的兩邊有許多蝴蝶狀的鋼製「保險桿」,鋼架隨著地震上下震動,靠著保險桿,把震動的力量分散,緩衝了上下震動的幅度。

   Deierlein 教授是這方面的專家,以前雖然測試過各個零件,這次是首次組合所有零件的整體測試,證實確實可以把大樓的震幅減到最輕。在經濟上的考量,所用的建材都是現成的,保險桿每次碰撞可能變形,所以設計的容易更換,也都是現成的材料。對新大樓,鋼架最好設計成大樓結構的一部分,但舊有大樓也能在外圍加裝,讓這個避震方式更有經濟效益。有興趣的讀者可觀看一段 YouTube 影片。

   英國利物浦大學 Sebastien Guenneau 教授,與義大利、法國科學家,研究更近一步的避震理論,就是隱形術。地震如果有眼睛,就會找地上的建築物攻擊,如果看不見,就不會去攻擊。幾位科學家的理論就是用一個隱形罩,把大樓罩在裡面,讓地震的震波「看不見」,就可逃過一劫。地震當然沒有眼睛,只有兩種震波,一種是從震央地底向外擴散,另一種是從地表向四周擴散,地底的震波非常複雜,科學家不易掌握,但對地表的震波卻能掌握,幸運的是,重大災難都是地表震波造成的。

   這幾位科家設計的隱形罩,不是把大樓遮蓋起來,那是視覺的隱形,地震從地面上來,所以隱形罩要放在地上。作法是以大樓為中心,用豎立的塑膠板把大樓圍成一個圈圈,而且從裡到外圍很多圈。但塑膠的材料必需嚴格控制,要震波完全通過,不能干擾、不能反射,但每一圈調整成不同的震動頻率。地震發生,震波進入一層層越來越小的圈圈,力道被切割成斷續但增強的震波,一旦遇到哪一層圈的震幅頻率與地震的震波相同,共振的結果,那一層圈就會劇烈震動形成一個弧形,震波就繞過內層的圈圈,傳到大樓後面去了。

   震波離開大樓,因為沒有經過阻擋,又恢復以前力道,所以要每棟樓都有圈,才有整體防震的效用。這雖然還是理論,科學家則認為極有潛力,關鍵就在圈圈的塑膠材料,已經有人著手研究。同樣的原理,也可以用在颱風與海嘯的掌控上,像是把海岸隱形,讓風浪看不見,這當然離落實還有一段距離。

   大家最有興趣的恐怕是視覺的隱形,如同哈利波特把隱身衣披到身上人就不見了,理論也是讓光線繞道進行,通過隱形衣之後,又恢復正常進行的方向,所以看前看後都找不到隱身衣的人。光線僅能直走,要變更方向並不容易,現在實驗成功的僅有讓電磁波拐灣,讓電磁波看不見隱形的物件,科學家為此振奮不已。想終有一天,讓眼睛看不見的隱身衣會出現。


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