Знание-сила, 2006 № 07 (949)

После этого было предпринято несколько попыток найти новые свидетельства существования питекантропа.

И вот в январе 1931 года на Яву прибыл немецкий антрополог Густав Генрих Ральф фон Кенигсвальд. В августе того же года один из его коллег обнаружил в Нгандонге, на Соло Ривер, кое-какие ископаемые останки гоминида. Фон Кенигсвальд определил найденные образцы как яванскую разновидность неандертальца, отнеся находку к более позднему, чем Pithecanthropus erectus, времени.

В 1934 году фон Кенигсвальду в местечке Сангиран удалось отыскать окаменелую правую половину верхней челюсти взрослого Pithecanthropus erectus. Несмотря на скудость материала, ему тем не менее удалось реконструировать череп из находившихся в его распоряжении 30 фрагментов. Он назвал его Pithecanthropus II.

Игорь Лалаянц

Вот уже и сто лет прошло с тех пор, как Эйнштейн провозгласил абсолют времени, «увязанного» с пространством в единый пространственно-временной континуум, то есть нечто непрерывное и неразрывное. Нобелевскую премию Эйнштейн получил во временном «пакете» с Бором — в 1921 и 1922 годах соответственно. Оба всю жизнь спорили, поскольку Бор говорил о случайности, а Эйнштейн — не веря в квантовую механику, — что «Бог в кости не играет».

Бор велик тем, что провозгласил — в отличие от Резерфорда — наличие энергетически упорядоченных электронных орбит, или орбиталей. Он также предсказал возможность электронных «скачков», которые впервые реально зафиксировали в эксперименте 75 лет спустя, когда изобрели лазерные атомные ловушки.

Фиксация скачков дала в распоряжении физиков уникальный по своей точности временной стандарт, без которого сегодня немыслимы ни лазеры, ни исследования на ускорителях и «смэш»-коллайдерах, а также «банальная» мобильная телефонная связь и Глобальная Позиционная Система (GPS), поскольку местоположение телефона или объекта определяется именно по разнице во времени.

Однако измерить скорость и положение электрона на орбите экспериментально не удалось. Бор говорил, что сам исследователь влияет на квантовый объект, каковым является электрон, а Гейзенберг вообще провозгласил свой знаменитый принцип неопределенности — невозможность одновременного измерения скорости и координаты. Положение спас Шредингер со своей волновой функцией, и сегодня ученые говорят, что функция эта, или орбиталь одиночного электрона, представляет собой математический «конструкт», созданный для описания мультиэлектронной волновой функции молекул. Надо понимать, что квантовый мир долгие десятилетия был весьма виртуальным, поэтому и язык для его описания представляет собой набор символов и формул. Наш же естественный язык в этом случае бессилен (нечто подобное целый век было в генетике, когда никто не знал, какова природа гена — как только была открыта его ДНКовая сущность, язык сразу же упростился и стал понятен обычным людям).

За четыре года до эпохальной серии статей Эйнштейна за океаном в семье Полингов родился мальчик, которого назвали Лев-Лайнус. Он действительно оказался львом, мощный рык которого долгие десятилетия доминировал в мировой науке.

Вполне в духе модных тоща увлечений нарождающейся квантовой механики Полинг отправился после окончания Калифорнийского технологического института в далекий Мюнхен к Шредингеру. Результатом «квантового» периода научной карьеры ученого стал солидный труд «Природа химической связи», увидевший свет в 1939 году С этой книгой под мышкой расхаживал по Кембриджу один из первооткрывателей спирали ДНК Дж. Уотсон незадолго до 1954 года, когда Полингу была присуждена Нобелевская премия по химии. Полинг мечтал увидеть, как меняются орбитали валентных электронов в момент образования и разрыва связей, что представляет собой суть химических процессов.

И вот, похоже, в университете канадской столицы Оттавы сделан первый реальный шаг по пути исполнения мечты большого ученого. Статья канадских ученых в журнале «Нейчур» называется весьма символично: «Томографическое изображение молекулярных орбиталей».

Поясним, что греческое слово «том» переводится как разрушать, нарезать, делить и так далее. Отсюда «атом», или «не-делимый», а также книжный том (книги в Риме писали на длинных свитках пергамента, которые приходилось ради удобства чтения разрезать на отдельные куски-«тома»). Уже в наше время были придуманы знаменитые компьютерные томографы, с помощью которых можно из отдельных двухмерных — плоскостных изображений — «имиджей» реконструировать трехмерную структуру.

Поясним эту сложную математическую операцию бытовым примером. Если взять хлебный батон и нарезать его на хлеборезке тонкими последовательными ломтиками, то, собрав все эти двумерные кусочки воедино, мы вновь «реконструируем» батон.

Так недавно, по сообщению журнала «Сайенс», была с помощью компьютерного томографа «нарезана» мумия юноши-фараона. Шаг при «компьютеризации» головы Туганхамона, проведенной под эгидой Верховного совета античности Египта, составлял всего 0,5 миллиметра! Исследование проводилось «вслед» рентгеновскому просвечиванию 1968 года, когда в затылке был обнаружен костный осколок, что дало повод рождению самых разных спекуляций...

А как же проводили «томографию» электронной орбитали? Классическими методами изучения электронной оболочки и плотности являются дифракция рентгеновских лучей, что позволяет проводить рентгеноструктурный анализ даже гигантских биологических макромолекул, а также рассеяние электронов. Однако возможность «увидеть» высшие оккупированные — занятые орбитали можно только с помощью электронной спектроскопии или сканирующего туннельного микроскопа.

Первый метод представляет собой рассеяние электронов, которое позволяет определить усредненную плотность самых внешних валентных электронов. При втором же способе электронные плотности как бы «размазываются» по подложке, состояние поверхности которой оказывает на эту самую плотность свое влияние. Поэтому подобные искажения никого не удовлетворяли, и как преодолеть «запрет» гейзенберговского принципа, никто не знал. И вот — удивительный технологический прорыв!

Одним из главных «выходов», или продуктов весьма оторванной от чаяний простых людей квантовой механики было создание лазера, длина волны которого варьирует в самом широком диапазоне, начиная с инфракрасного и кончая на сегодняшний день промежутком между ультрафиолетовым и рентгеновским спектром. Соответственно с уменьшением длины волны — «энергонасыщенностью» — увеличивалась частота, а следовательно, уменьшался промежуток времени, за который волна электромагнитного излучения совершала «рабочий цикл». Так были созданы фемтосекундные лазеры, а вслед за ними и аттосекундные, продолжительность импульса которых составляет соответственно 10' 15и 10' 18секунды!