Знание – сила 2000 05-06

В чем тут дело, остается неясным. Споры вокруг «сверхбыстрого света» продолжаются уже несколько лет.

А недавно был обнаружен «сверхмедленный свет». О том, что в веществе свет движется медленнее, чем в пустоте, написано в любом учебнике физики. Многократно перерассеиваясь на атомах, он замедляете!' Чем больше коэффициент преломления, тем замедление заметнее. В некоторых веществах скорость света уменьшается в несколько раз.

А можно ли замедлить свет до скорости пешехода? Казалось бы – нет, поскольку с увеличением рассеяния резко возрастает поглощение света и вещество с большим показателем преломления становится непрозрачным И, тем не менее, недавно группе американских физиков удалось замедлить свет до 17 метров в секунду, то есть до скорости велосипедиста, и есть возможность затормозить бег световых импульсов еще в несколько раз.

Природа оказалась неисчерпаемой не только вширь, но и вглубь, и за последним измеренным знаком нас ждет еще много удивительного…

В лаборатории Стэнфордского университета на знаменитом ускорителе удалось получить вещество из свет? го бишь буквально из ничего. Действовать наоборот, то есть превращать вещество в энергию, ученые наловчились еще в тридцатые годы, сумев расщепить атом. В наши дни эта операция стала рутинной процедурой на АЭС. Теперь же в эксперименте, проведенном в Калифорнии, физики в лабораторных условиях сумели смоделировать принципы, по которым протекал Большой взрыв. Для этого они придумали изощренную схему соударения частиц. Благодаря ей энергия нарастала лавинообразно.

Вот как протекал эксперимент. Лазер мощностью 1000 миллиардов ватт направил световой луч на участок площадью всего в одну миллиардную долю квадратного сантиметра. Импульс длился лишь триллионную долю секунды. Плотность энергии была такова, что в этот миг ее хватило бы на то, чтобы покрыть потребность в электроэнергии на всей территории Северной Америки. И вот этот мощный лазерный луч столкнулся с электронным лучом, летевшим почти со световой скоростью, – его генерировал ускоритель.

С чем сравнить их столкновение? Представьте себе: шарик для игры в настольный теннис вдруг попадает в грузовик, мчащийся на него. Итак, удар, катаклизм, катастрофа. Испущенный лазером фотон тут же превратился в высоко заряженный гамма-квант. При следующем соударении с лазерными фотонами эта частица получила новый энергетический импульс и породила электрон-позитронную пару, то есть превратилась в вещество. Оно родилось из света, а значит – буквально из ничего.

Вакуум – воплощенная пустота – буквально пронизан жизнью, он «бурлит». В нем рождаются и исчезают виртуальные частицы. Никто не может их уловить, зарегистрировать их появление. Даже при температуре, равной абсолютному нулю, когда прекращается всякое тепловое излучение, пустое пространство все еще заполнено квантовыми флуктуациями – так называемым нулевым излучением.

Долгое время виртуальные частицы были неуловимы для наблюдения, оставаясь лишь предметом теоретических штудий. Правда, еще в 1948 году нидерландские физики Хендрик Казимир, получивший позднее Нобелевскую премию, и Дик Полдер предложили схему эксперимента, который мог бы выявить присутствие этих частиц.

Итак, если в вакууме расположить параллельно друг другу два зеркала, сведя расстояние между ними к крохотной доле миллиметра, то возникнет слабая электромагнитная сила, которая будет слегка притягивать их. Причиной этого эффекта может быть лишь «бурление» вакуума.

Согласно принципу дополнительности, сформулированному Нильсом Бором, элементарные частицы одновременно имеют и волновую природу. Поэтому в зазоре, разделяющем оба зеркала, могут появляться лишь фотоны, чья длина волны кратна величине зазора. Все остальные фотоны оттуда исчезают. Наоборот, с наружной стороны зеркал могут возникать фотоны с любой длиной волны. Значит, там гораздо больше виртуальных частиц. За счет их избытка начинает действовать небольшая сила, которая и прижимает зеркала друг к другу, «поигрывает ими».

Лишь к концу XX века в Лос-Аламосской лаборатории сумели точнейшим образом подтвердить «эффект Казимира». Правда, пришлось изменить саму схему эксперимента. Было очень трудно расположить параллельно два зеркала, расстояние между которыми не превышало тысячной доли миллиметра. Поэтому их заменили на шар и пластину изготовленные из кварца и покрытые позолотой. С помощью крутильных весов измерялась индуцированная электромагнитная сила, действовавшая между шаром и пластиной. Когда эти предметы разделяло расстояние всего в 0,75 микрометра, величина возникавшей силы равнялась примерно миллиардной доле ньютона, причем погрешность измерения достигала всего пяти процентов.

К. Торн

Американский физик Кип Торн задался вопросом: а нельзя ли по пространственно-временным туннелям проникать в отдаленные районы космического пространства или даже в другие вселенные? Благодаря им, «червоточинам» мироздания, можно перехитрить законы природы и миновать барьер световой скорости. Разумеется, чтобы пуститься в межзвездный полет, надо выполнить ряд условий, иначе экспедиция не удастся. Торн сформулировал их так.

– Во-первых, не всякая «червоточина» годится для путешествий. Вы же не рискнете переходить реку по тонкому льду и не отправитесь в горы, коша ожидают схода лавин. Вот и космический туннель должен быть стабильным объектом. Что станет со звездолетом, если туннель неожиданно сомкнется?

– Путешествие сквозь подобный туннель не должно длиться более года.

– Туннель должен пребывать в допустимом времени и пространстве. Он не может поглощать бесконечно большие количества материи и энергии.

Путешествие во времени с помощью «червоточины»

– Гравитационные силы следует свести к минимуму.

Кип Торн и его помощник Майкл Моррис нашли простое и элегантное решение уравнений Эйнштейна. Оно описывает «песочные часы» с двумя сплющенными чашами и узким коридором, соединяющим их. Позднее американский ученый Мэтт Виссер и другие исследователи показали, что во Вселенной могли бы существовать «червоточины» иного рода. К примеру, модель Виссера представляет собой угловатую катушку (разумеется, четырехмерную) с прямоугольным коридором: космические корабли могли бы передвигаться по нему гораздо увереннее, чем по туннелю, связывающему две половинки песочных часов.