Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Попробуем определить прогресс не с позиции пчелы, рыбы или человека, а с точки зрения жизни как таковой. Антиподом жизни является смерть. Прогресс жизни, следовательно, заключается во все более успешном противостоянии смерти, а смысл совершенствования состоит в приближении к бессмертию.

В ходе прогрессивного развития жизни организмы становятся все более «живыми», уменьшается вероятность их гибели от непредвиденных причин. Когда сообщают, что после пронесшегося тайфуна пляж покрыт толстым слоем гниющих водорослей, погибли тысячи выброшенных на берег рыб и сотни птиц, несколько человек подучили ранения, им оказана медицинская помощь, то эти цифры сами по себе характеризуют прогресс.

Организмы, которые мы интуитивно (и совершенно правильно) воспринимаем как низшие, обладают почти неограниченными приспособительными возможностями, но приспособление дается им путем огромных потерь. Высшие организмы могут называться так не потому, что они сложнее или эффективнее, или ближе к нам, а потому, что платят меньшую дань смерти.

Лестница природы возникла потому, что и одноклеточные водоросли, и люди способны к устойчивому существованию в пространстве и времени, но первые существуют за счет производства огромного числа почти идентичных копий, большая часть которых неизбежно гибнет до естественного завершения жизненного цикла, образуя «отходы производства», тогда как вторые стремятся сохранить каждое индивидуальное существование и не допустить «отходов» (если не считать рецидивов стратегии одноклеточных в регрессивные периоды войн и революций).

В биосфере непрерывно происходит отмирание, обесценивание живой энергии — производство энтропии. Прогресс, как и в любой развивающейся системе, заключается в сокращении производства энтропии. •

Александр Семенов

К трем известным со школы состояниям вещества — твердому, жидкому и газообразному — наука не столь давно добавила еще два: нейтронное и плазму.

Список, однако, не исчерпан — природа изобретательна и совсем недавно полку состояний прибыло.

В июле 1995 года физики из Колорадо объявили о создании нового состояния вещества, которое называется конденсатом Бозе—Эйнштейна. Была лишь одна сложность: они узнали о новом веществе но некоторым косвенным признакам и не видели его воочию. Год спустя группа под руководством Вольфганга Кеттерле из Массачусетсского технологического института повторила результат коллег с фантастической наглядностью.

В начале двадцатых годов Альберт Эйнштейн и совсем молодой индийский физик Сатисндра Нат Бозе пришли к выводу, что некоторые газы, если их хорошенько заморозить — до миллионной доли градуса Кельвина,— теряют свойства газа и ведут себя, как нечто единое. Если говорить в терминах квантовой механики, волновые функции частиц (математическое представление их положения и других параметров) все больше расплываются, пока не перекроются полностью друг с другом. У элементарных частиц никогда нельзя точно определить координату и импульс, а лишь с некоторой вероятностью. Волновая функция — это и есть вероятность для частицы иметь какое-то значение координаты и импульса.

Все элементарные частицы обладают спином — собственным вращательным моментом. Они похожи на маленькие волчки и их поведение сильно зависит от величины этого самого спина. Компанейски ведут себя только частицы со спином единица — фотон, к примеру. Те, у кого спил не целый, а половинка, как у электрона, на такое единодушие никогда не способны. Наоборот, они просто не могут выносить друг друга — занимать одно и то же место в пространстве. Частицы с полуцелым спином называют фермионами. А бозоны (те, что подчиняются статистике Бозе—Эйнштейна) стремятся в коллектив и только тепловое движение мешает им зажить дружно. Конденсацией же это явление называется по аналогии со слипанием при охлаждении капелек пара в жидкость.

Больше семидесяти лет красивую гипотезу не удавалось проверить, поскольку никто не мог охладить газ до столь низкой температуры. Но в 1995 году группа физиков под руководством Эрика Корнелла из американского Национального института стандартов и технологии и Карла Бимана из Колорадского университета удалось выполнить эту задачу при помощи комбинации магнитных полей и лазерного луча. Они охлаждали рубидий до тех нор, пока около двух тысяч его атомов не слиплись в нечто единое.

Физики использовали крошечный шарик рубидия, который окружало облачко его диффузных паров. Они охладили шарик и пары до ста семидесяти миллиардных долей градуса, а потом дошли до двадцати миллиардных градуса. Это в триста раз меньше, чем было когда-либо достигнуто в других лабораториях, — абсолютный рекорд температуры!

Атомы в конденсате объединены в нечто целое, как взвод солдат, подчиняющихся приказу невидимого командира.

• Пики на рисунке отражают три последовательных состояния пяти миллионов атомов натрия при их охлаждении до миллиардных долей градуса. Самый правый пик — холоднее всего.

• Одни из героев заметки — Эрик Корнелл (слева) и Карл Виман — у своей установки.

Нормальные атомы при комнатной температуре движутся со скоростями около двух тысяч километров в час, а охлажденные до рекордного холода замедлились до одного метра в секунду. Достигалось такое замедление тем, что атомы «обрабатывали» лучами лазера. Это позволило охладить их до двадцати миллионных градуса. После этого около десяти миллионов холодных атомов были заперты в магнитную ловушку и охлаждать дальше их стали, выкидывая самые «горячие» атомы, то есть самые быстрые. Этот процесс был очень похож на то, как дуешь на чашку с чаем, стараясь остудить ее содержимое: поток воздуха уносит самые энергичные молекулы воды, которым удается взлететь над поверхностью жидкости на самое большое расстояние. Остаются те, что «похолоднее». Вместо воздуха в эксперименте использовали специальные радиоволны.

Самые «холодные» атомы, к сожалению, имеют печальное свойство просто-напросто падать вниз из ловушки, и авторам открытия пришлось модернизировать ее так, чтобы не растерять драгоценные «ледышки».