ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 04: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

И тем не менее теоретики отважно продолжают свои изыскания. К примеру, еще в 30-е годы XX века советский физик М. П. Бронштейн применил к описанию гравитационных волн математический аппарат квантовой теории микромира. Он предположил, что гравитационные волны должны быть если не тождественны, то, по крайней мере, родственны электромагнитным колебаниям, свету.

Действительно, ныне теория показывает, что при некоторых условиях гравитационные волны вполне могут вести себя как потоки неких частиц, квантов этих волн. По аналогии с фотонами и электронами эти частицы получили название гравитонов. Гравитоны, с одной стороны, очень похожи на фотоны, полагают теоретики. Как и частицы света, они всегда должны двигаться с максимальной скоростью. Их масса должна быть связана с движением — масса покоя, как таковая, отсутствует.

С другой стороны, между этими частицами должны быть и определенные отличия. Фотон взаимодействует только с электрическими заряженными частицами, гравитон же со всеми — он представитель всемирного тяготения.

Следующий логический шаг — обнаружение квантов времени. Существуют ли они на самом деле? Точно этого пока никто не знает — у нас нет приборов, которые смогли бы фиксировать эти частицы. Единственное, на что мы пока можем положиться, — на опыт всей физики. А он, этот опыт, учит: нет никакого времени, которое бы существовало «само по себе». Оно всегда связано с явлениями, которые происходят в окружающем нас мире. А значит, вполне вероятно, что на него должны распространяться законы этого мира. Так что в этом смысле мы вполне можем говорить о возможности существования неких частиц времени — хронотонов. Или хрононов?.. Точного названия для этих частиц пока нет, и их еще никому, как мы говорили, не удалось обнаружить. Хотя об атомарности, квантованности времени спорили еще мудрецы древности.

Однако физика — наука точная. Она не может существовать на одних предположениях. И если мы хотим реально говорить о возможности путешествий во времени, а тем более о машинах, это время преобразующих по нашему желанию, то, конечно, необходимы эксперименты, которые бы позволили отыскать не только кванты тяготения, но и кванты времени. Мерилом истины может быть только эксперимент. Но возможен ли он в нашем конкретном случае? Теоретики, а тем более экспериментаторы пока не могут ответить на этот вопрос однозначно.

Дело в том, что некоторые расчеты показывают, что уменьшить неопределенность в данном вопросе смогут лишь эксперименты, при которых микрочастицы должны будут обладать энергиями порядка 109 джоулей. Однако самые мощные ускорители, которые планируется построить в ближайшее время, могут обеспечить едва ли миллиардную долю этой энергии. По всей вероятности, подобный ускоритель вообще никогда нельзя будет построить — ведь для его работы не хватит никаких планетарных ресурсов.

Впрочем, кое-какой выход из положения все-таки намечается. Если мы не можем создать подобные условия на нашей планете, надо поискать — не существуют ли они где-то во Вселенной. И тогда, наблюдая за ходом эксперимента в лаборатории природы, мы и сможем получить ответ на интересующие нас вопросы.

В связи с таким подходом многие исследователи в последние годы самым настоятельным образом советуют повнимательнее присмотреться к вакууму, то есть к космической пустоте, которая окружает все небесные тела. Судя по некоторым данным, эта пустота может оказаться вовсе не так пуста, как казалось еще недавно.

На сегодняшний день под вакуумом понимают такое состояние физической системы, когда в ней нет ни полей, ни частиц. Это состояние наименьшей возможной энергии, но оно вовсе не значит, что энергии в системе нет вовсе. В вакууме все время протекают самые различные превращения. И, разобравшись в них, мы наверняка еще очень многое поймем в сущности окружающего нас мира, в том числе и в такой странной и загадочной на сегодняшний день физической субстанции, какой является время.

Пока же давайте рассмотрим еще один аспект обсуждаемой нами проблемы. А зачем, собственно, надо путешествовать во времени и в пространстве? Чтобы получить какую-то информацию.

Но ведь ее можно получить не только непосредственным наблюдением.

Однако прежде чем вы поймете, к чему я клоню, маленькое литературное отступление.

В одной из новелл испанского писателя XVI века Франциско Кеведы обвиняемый так отвечает на вопрос судьи: «Пять человек и все почтенные отцы семейств показывают, что видели меня в полдень выходящим из здешней церкви. А вы, дон Педро, хотите меня убедить, будто я в ту же минуту покидал дом несчастного дона Хоакино в Авидолвизе, до которого полдня пути. Можно ли быть в двух местах одновременно?..»

Сраженный такой логикой судья оправдывает подозреваемого в убийстве. Однако весь вечер его терзают сомнения. «Так-то оно так, — бормочет он себе под нос за ужином, — но этот мошенник способен на все»…

Действительно, кое-кому из литературных героев, прежде всего персонажам сказок, удавалось, если и не быть в двух местах одновременно, то в мгновение ока переноситься из одной точки пространства в другую. Но мгновенно — все-таки не одновременно. Если бы за ними следил какой-то дошлый наблюдатель, то он видел бы лишь мелькание, а не самих персонажей, пытающихся быть в двух местах одновременно. Согласитесь, это все-таки не то, что имел в виду кеведовский дон Педро.

Однако, как ни странно, его идея на сегодняшний день ближе всего к реализации не в очередном литературном произведении, а в одной из лабораторий Национального института стандартов и технологий в г. Боулдере, штат Колорадо.

Меньше всего данное открытие можно назвать случайным. У него есть свои истоки. Но относятся они, конечно, не к тому времени, когда жил и творил Кеведа, а к началу нашего столетия, когда Альберт Эйнштейн показал, что свет может проявлять себя не только как движение волны, но и как движение частицы. Не так просто было свыкнуться с мыслью, что нечто может быть и тем и другим. В физике еще продолжалось смятение умов, когда Луи де Бройль подлил масла в огонь, предположив, что если волны могут вести себя как частицы, то и частицы могут двигаться подобно волнам. То есть, говоря иначе, все на свете имеет двойственную природу — и частицы, и атомы, и молекулы… В общем, любые материальные объекты, в том числе, вероятно, и мы с вами.

Двойственная природа частиц и атомов была доказана достаточно давно, а вот молекул — всего лишь в 1999 году. Дэвид Ричард, физик из Массачусетского технологического института, выяснил, что и молекулы могут вести себя и как частицы, и как волны. Он сам и его коллеги, увлекшиеся мезофизикой, то есть наукой, изучающей промежуточные явления между макро- и микромиром, задаются сегодня вопросом: «Где же граница применимости парадоксальных законов квантовой механики?» Законам, по которым, с одной стороны, частицы, находящиеся в разных концах вселенной, могут как бы ощущать движение друг друга. А с другой — чем точнее мы измеряем скорость частицы, тем неопределеннее, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, становится ее положение в пространстве.

Что можно сказать сегодня о парадоксе кошки, который придумал в 1935 году австрийский физик Эрвин Шредингер?

То был мысленный эксперимент, который, по мысли его автора, должен был уравнять микромир с нашим обычным миром. «Предположим, в закрытом ящике находится кошка, — рассуждал Шредингер. — А рядом с ней — флакон с ядом. Там же имеется атом радиоактивного элемента. Как только он распадется, особый молоточек ударит по флакону, тот разобьется и кошка погибнет от яда. Вероятность распада — 50 %. Что мы можем сказать о кошке, глядя на ящик?..»

С житейской точки зрения, кошка либо жива, либо нет. «С позиций же квантовой механики, она и жива и мертва с вероятностью 0,5, — скажет физик-теоретик. — И такое состояние будет продолжаться до тех пор, пока мы не откроем ящик. Взглянув на кошку, мы тем самым сделаем ее состояние определенным, сведем на нет ее волновую функцию…»

Немало мистического тумана было в свое время напущено вокруг шредингеров-ской кошки. Как понять, что она может быть жива и мертва одновременно? Получается, что она наполовину находится в нашем, а наполовину в ином мире… А если такое возможно в теории, то как выглядит на практике? Не являются ли всем известные призраки и привидения этакими «родственниками подуху» шредингеровской кошки?..

Ученый уж и сам был не рад, что пустил в оборот такую абстракцию. Кошка и ее приключения не давали ему покоя долгие годы. Лишь в наши дни эта теоретическая выдумка, кажется, начала конкретизироваться.

Карлос Страус и Майкл Мойл из Рочестерского университета (штат Нью-Йорк) решили воссоздать физический эквивалент мысленного эксперимента. Они прицелились в один из электронов атома калия, находившийся на внешней орбите, и послали в него два лазерных импульса. Получив избыточную энергию, электрон обычно либо переходит на более высокую орбиту, либо вообще покидает атом. Но в данном случае не произошло ни того ни другого. Подняться выше электрон не смог, поскольку и так находился на самой высокой, внешней орбите. Удалиться же восвояси ему тоже не удалось — энергия подавалась не враз, как это необходимо при отрыве, а так сказать, порционно. И электрон в конце концов… разделился надвое — на два разных состояния, подобно шредингеровской кошке, которая наполовину жива, наполовину мертва. Причем когда к раздвоенному электрону присмотрелись, оказалось, что обе «половинки» находятся еще и в разных местах — на прежней своей орбите и на орбите, более близкой к центру атома.

Такое положение было в 1999 году. Но как сообщил совсем недавно журнал «Сайнс», в двух местах одновременно удалось зафиксировать уже целый атом. Произошло это в том самом Институте стандартов и технологий, где недавно были созданы сверхатомы — конденсат Эйнштейна — Бозе, состоящий из замороженных почти до абсолютного нуля частиц, сваленных в общую кучу. (О том, что при сверхнизких температурах атомы и частицы ведут себя не так, как обычно, разговор нужен отдельный.)

Согласно описанию, операция по раздвоению атома выглядела так. Группа физиков во главе с Кристофером Монро мощным лазерным импульсом отодрала от атома калия один из двух внешних электронов. В результате нейтральный атом превратился в положительно заряженный ион, а стало быть, и может реагировать на электромагнитные взаимодействия.

Чтобы оперировать дальше, атом надо было обездвижить. Тот же лазер короткими импульсами в противофазе сковал тепловые движения, и температура атома упала почти до абсолютного нуля. Атом поместили в электромагнитную ловушку, где другой лазер — осторожно и деликатно — коснулся лучом второго, еще оставшегося на своей орбите электрона.

При этом у электрона были равные шансы завертеться волчком как по часовой стрелке, так и против нее. Экспериментаторы лишили его права выбора. Лазерный луч посылался таким образом, что электрон превратился в своего рода крутильный маятник, вращавшийся попеременно то в одну, то в другую сторону.

Дальше начинается, казалось бы, уж чистой воды фантастика. Еще одна манипуляция лазерным лучом, деликатное прикосновение к самому ядру, и два атомных состояния — одно, тяготевшее к вращению по часовой стрелке, а второе — к вращению против — были разведены в пространстве. Разошлись они, как в море корабли, правда, на куда меньшее расстояние — всего на 83 нанометра. В микроскоп такую дистанцию не разглядишь, но на интерференционной картине уже видно: вот след одного атома, а вот другого.

Столь хитроумный, но вместе с тем не представляющий вроде бы ничего сверхъестественного эксперимент наводит между тем на весьма странные выводы и предположения. Судите сами.