Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» № 1 за 2005 года (2772)

Самое крупное подземное озеро – Большое – имеет площадь 1 300 м2 и глубину до 3 метров. В нем содержится около 2 000 кубометров воды. Начало подъема воды и пик паводка запаздывают в пещере на 5—7 суток по сравнению с рекой. Весенний подъем уровня озер в пещере достигает максимум 2 м, в то время как Сылва поднимается на 4—5 м. Во время наводнений уровень Сылвы может подниматься на 7—8 м, а озер – на 3—4 м. В паводки вода из Сылвы просачивается в пещеру и попадает в грот Вышка, подземное озеро в котором находится на расстоянии 120 м от реки. Далее поток направляется в грот Великан, из него по лабиринту пещерных озер – постоянных и сезонных, в грот Длинный, где все воды образуют единый водоем.

В прошлом пещерные водоемы настолько беспрепятственно сообщались с рекой, что в подземные ходы заплывали крупные рыбы, чьи пожелтевшие скелеты неоднократно находили в углублениях пола.

В последние несколько десятков лет температура пещеры постоянно повышается, что, конечно, не идет на пользу ее «сокровищам». До настоящего момента ученые не пришли к единому мнению, происходит ли это по естественным причинам или из-за вмешательства людей. Одной из основных естественных причин считается глобальное потепление. Кроме того, в 1979 году из-за наводнения значительная часть пещеры была залита водой. Паводок способствовал «вымыванию холода», который так и не восстановился.

Среди версий, объясняющих повышение температуры воздуха в пещере деятельностью человека, доминируют сразу три: нарушение проветривания, тепловыделение осветительных приборов и многолюдность экскурсий. В пользу двух последних утверждений говорит исследование, проведенное в Бриллиантовом гроте, в ходе которого удалось выяснить, что в выходные дни, когда туристов особенно много, температура здесь стабильно повышается на один градус.

Для улучшения воздухообмена, что, возможно, помогло бы восстановить микроклимат Кунгурской пещеры, было предложено пробурить две скважины диаметром 300– 500 мм и глубиной 75 м над одним из гротов. Однако пока нет уверенности в эффективности этого мероприятия, и потому многие ученые, занимающиеся наблюдением за состоянием микроклимата уникального подземного лабиринта, предлагают начать с расчистки естественных входов в пещеру, заваленных сцементированными льдом камнями.

В мире немало разных пещер, но ни одна из них не может сравниться с Кунгурской. В ней нет тех великолепных известковых натеков, которыми так славятся другие пещеры, не может она удивить и редкими горными породами и минералами, по ее подземному лабиринту не текут быстрые реки. Кунгурская ледяная пещера словно создана, чтобы человек мог восхититься тем, что способна сотворить Природа, имея под рукой такие нехитрые материалы, как лед и вода.

Лев Вейсман | Фото автора

XX век ознаменовался рождением двух основных физических теорий – общей теории относительности и квантовой механики. Развиваясь независимо, они очень долго не могли найти общего языка для плодотворного сотрудничества, и только к концу века появились скромные надежды на умиротворение этих двух фундаментальных теорий в рамках одного еще более универсального подхода. Запланированное на XXI век создание «единой теории поля» уже идет полным ходом, и, быть может, уже совсем скоро даже школьники будут знать, почему наш мир таков, каким мы его видим.

Обычная квантовая механика описывает движение элементарных частиц с малыми по сравнению со скоростью света скоростями. При приближении скорости к световой энергия любой частицы становится столь значительной, что начинают массово появляться новые частицы и испускаться кванты света. Особенно сильно это заметно при столкновении двух релятивистских частиц, когда рождается множество новых, гораздо более тяжелых, чем сталкивающиеся. Увы, но квантовая механика не рассматривает процессы рождения и уничтожения и применима лишь для систем с неизменным числом частиц. В результате даже переходы атома из одного состояния в другое, сопровождаемые испусканием и поглощением фотонов, корректно описать в рамках квантовой механики невозможно. Она дает лишь приближенное описание, справедливое в той мере, в какой можно пренебречь испусканием и поглощением частиц. Однако круг стоявших проблем не исчерпывался описанием взаимных превращений частиц, задача ученых заключалась в том, чтобы научиться квантовать классические поля, то есть изучить системы с бесконечным числом степеней свободы. Обе эти задачи были успешно решены еще в первой половине ХХ века, без каких-либо кардинальных пересмотров геометрии нашего мира.

Метод квантования систем с переменным числом частиц, называемый методом вторичного квантования, был впервые предложен английским физиком Полем Дираком в 1927 году и развит советским физиком Владимиром Фоком в работе 1932 года. А описание частиц, движущихся со скоростями, сравнимыми со скоростью света, сегодня успешно происходит в рамках релятивистской квантовой механики.

Одним из важнейших объектов квантовой теории поля является вакуум. Физический вакуум – это не совсем пустое место. Для элементарных частиц это просто низшее энергетическое состояние соответствующих частице полей. И если полю, находящемуся в вакуумном состоянии, сообщить достаточную энергию, то происходит его возбуждение, то есть рождение частиц, квантов этого поля. Классический пример такого рода процесса – рождение электрон-позитронной пары под воздействием гамма-кванта. Не менее замечателен и обратный процесс – аннигиляция позитрона и электрона, сопровождающаяся рождением гамма-квантов.

Однако существует возможность экспериментально наблюдать и более тонкое влияние физического вакуума на поведение элементарных частиц и макроскопических предметов. Например, поляризация вакуума вблизи атомного ядра приводит к сдвигу энергетических уровней электрона в атоме водорода, экспериментально открытому в 1947 году У. Лэмбом и Р. Ризерфордом. Теоретический расчет этого сдвига, называемого лэмбовским, был произведен Г. Бете в 1947 году. Взаимодействие заряженных частиц с вакуумом изменяет и их магнитный момент. Первая квантовая поправка такого рода была вычислена Ю. Швингером в 1948 году.

Другое широко известное квантовое явление, обусловленное взаимодействием с вакуумом, – это эффект Казимира, предсказанный нидерландским физиком в 1948 году и экспериментально подтвержденный спустя 10 лет Э. Спаарнеем. Эффект Казимира проявляется в том, что между двумя незаряженными проводящими параллельными пластинами в вакууме возникает небольшая и зависящая от расстояния сила притяжения. Силы, возникающие благодаря эффекту Казимира, уникальны, так как они не зависят ни от масс, ни от зарядов, ни от иных характеристик пластин. Данный эффект является единственным макроскопическим проявлением физики вакуума квантованных полей.

Читать дальше