Знание-сила, 2005 № 12 (942)

• Скорость света всегда одинакова, движется ли источник света или неподвижен. Странно, не правда ли? Именно размышления над этим парадоксом помогли Эйнштейну в создании частной теории относительности. Бесчисленные эксперименты, проведенные с тех пор, лишь подтверждали эту гипотезу. Тем не менее в последние годы ученые вновь и вновь рассуждают о том, можно ли передавать сигналы со СВЕРХСВЕТОВОЙ СКОРОСТЬЮ (см. «3 - С», 4/1997,11/2003). Быть может, исследование космического излучения поможет физикам XXI века определить, существуют ли ТАХИОНЫ (см. «3 - С», 12/2004), гипотетические частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью. По одной из гипотез, воображаемый мир тахионов располагается «параллельно» нашему миру.

• С появлением частной теории относительности мы начали все отчетливее понимать, насколько загадочен и сложен ФЕНОМЕН ВРЕМЕНИ. Ведь из уравнений, выведенных Эйнштейном, явствовало: чем быстрее перемещается человек, тем медленнее для него течет время. Мощные источники гравитации также замедляют течение времени. Обе эти гипотезы доказаны экспериментально (подробнее о доказательствах см. «3 - С», 1/2002). Приходится признать, что наши привычные представления о времени крайне примитивны, поскольку опираются лишь на известные нам факты — на наблюдение за природой одного крохотного уголка мироздания. Вселенная же непомерно велика и неведома. Нам остается лишь задавать вопросы. Почему время течет в одном направлении? Почему оно необратимо, как кажется нам? Ведь основные законы физики, описывающие природные феномены, инвариантны по отношению к времени (подробнее о феномене времени см. «3 - С», 11—12/2002). Некоторые физики считают даже принципиально возможными ПУТЕШЕСТВИЯ ВО ВРЕМЕНИ (см. «3 - С», 5/2000).

Альберт Эйнштейн v его сестра Майя в годы эмиграции в США

• В КВАНТОВОМ МИРЕ не работает привычная нам логика. Уж слишком разительно отличается поведение электронов, фотонов и атомов от того, что говорит нам повседневный опыт. Элементарные частицы проносятся сквозь стены, не пробивая их. В одно и то же время движутся несколькими путями. Готовы моментально копировать поведение друг друга. Для этих частиц любой наблюдатель — Бог. Принимаясь измерять их параметры, мы неизбежно меняем субатомарную явь. Мы заставляем неопределенное, неясное обретать четкие очертания. Но какое отношение это имеет к измеряемой реальности? Пока мы не всматриваемся в элементарную частицу, она пребывает одновременно во множестве состояний. Лишь в тот момент, когда мы измеряем ее параметры, она «решает», какое состояние ей принять (о странностях квантового мира, в том числе о ТЕЛ ЕПОРТАЦИИ частиц, читайте «3 - С», 8/2000,8/2001,12/2003, 1/2004).

• Но где пролегает граница между макромиром и микромиром? Особый интерес вызывают макроскопические объекты, которые ведут себя по законам квантового мира. Пример тому — КОНДЕНСАТ БОЗЕ-ЭИНШТЕЙНА (см. «3 - С», 4/1997), крохотное облачко из миллионов атомов, которое ведет себя буквально как один огромный атом. Этот феномен предсказал в середине 1920-х годов Альберт Эйнштейн, анализируя расчеты, которые проделал индийский физик Шатьендранат Бозе. Данный конденсат интересен и с технической точки зрения. Он может стать элементом КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА. Такого рода компьютеры, — предполагается, что они войдут в обиход в XXI веке, — гораздо эффективнее современных вычислительных машин (см. «3 — С», 10/2000,6/2003).

Актуальность исследований конденсата показывает следующий факт. В октябре 2005 года Нобелевскую премию в области физики получили американские ученые Рой Глаубер и Джон Холл и их немецкий коллега Теодор Хенш. В год Эйнштейна они были удостоены награды, так сказать, за исследование эффектов, связанных с конденсатом Бозе-Эйнштейн а, а именно за вклад в развитие лазерного спектроскопирования.

Дело вот в чем. Нобелевский лауреат 2001 года и один из открывателей конденсата Бозе-Эйнштейна Вольфганг Кеттерле показал, что от конденсата можно «отщипывать» кусочки. Это позволит построить атомный лазер, который будет генерировать излучение вещества, а не света. Конденсат представляет собой идеальную вещественную волну, подобно тому как лазерный свет — идеальную электромагнитную волну. Отдельные его атомы можно описывать волновой функцией, как и когерентный свет. Однако длина волны атомов значительно меньше, чем длина световой волны. Поэтому с помощью атомного лазера можно создавать самые крохотные структуры, перемещая атомы с точностью до нанометра. Это открытие принесет ощутимый прогресс в нанотехнологии. Преимущество атомных лазеров перед традиционной светооптикой заключается в их чрезвычайно высокой точности. «Применение атомного лазера, — говорит Теодор Хенш, — это, насколько мне известно, самый точный метод, с помощью которого можно манипулировать атомами».

• Не все понятно и в макромире. Нельзя не поразиться тому, что мы не можем адекватно объяснить некоторые простейшие феномены, например, поведение кофе в чашечке, когда помешиваем его ложкой, подливая туда молоко. Возникали бы эти завихрения лишь в чашечках кофе! Нет, те же самые вихревые турбулентные потоки порой вгоняют в ужас пассажиров самолета. Завихрения возникают и в реках, и в облаках. Как сказали бы ученые, они представляют собой «самоорганизующуюся систему». Почему же ТУРБУЛЕНТНЫЕ ПРОЦЕССЫ с таким большим трудом поддаются расчету? Потому что мы имеем дело с хаотическим, нелинейным поведением. Остается надеяться, что в XXI веке эта задача будет разрешена.

• Загадкой остается и ПРИРОДА ТВЕРДЫХ ТЕЛ, обусловливающая такие их неожиданные свойства, как магнетизм или сверхпроводимость (см. «3 — С», 3/2004). Ученые по-прежнему не могут объяснить, почему некоторые твердые тела иногда утрачивают электрическое сопротивление. Как взаимодействуют при этом электроны и атомы кристаллической решетки? Если же отсутствует теория, то как создать идеальные сверхпроводящие материалы? Проблема в том, что внутри твердого тела — громадное количество частиц. Например, в кристалле размером с кусочек сахара содержится больше атомов, чем звезд в Млечном Пути. Описать подобную систему нельзя даже с помощью самых мощных компьютеров. Приходится прибегать к упрощенным расчетным моделям, которые дают лишь приблизительные решения. Очевидно, какого-то прогресса поможет достичь нанотехнология — одно из важнейших направлений науки XXI века (см. «3 - С», 5/2002).

Вопросы, вопросы, вопросы... Мы плохо представляем себе положение дел в физике сто лет назад, в канун великого открытия Эйнштейна (подробнее о современных доказательствах его теории читайте «3 — С», 1/2002). Тогда казалось, что после XIX века — века открытий, века Максвелла и Фарадея, Кельвина и Гельмгольца — в этой науке почти не осталось тайн. Профессия физика превращалась на глазах современников в нечто рутинное.