Знак вопроса 2002 № 04
Шрифт:
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
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.
Еще о феномене двойников
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?
Отнюдь не чеширский кот
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.
Разошлись, как в море корабли…
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.)