Из чего построен свет (Сергей ЛЕСКОВ)

Из чего построен свет (Сергей ЛЕСКОВ, Известия науки)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 69
Нобелевская премия за 2005 год по физике решением Шведской Королевской академии наук присуждена американцам Рою Глауберу и Джону Холлу, а также немецкому ученому Теодору Хэншу за вклад в развитие лазерной спектроскопии. Работы всех трех ученых выполнены в области квантовой оптики, которая в последние десятилетия стала одним из самых бурно развивающихся и перспективных с прикладной точки зрения направлений науки. Глаубер из Гарварда получит половину премии в 1,3 млн долл., вторую половину разделят Холл из Колорадского университета и Хэнш из Института имени Макса Планка.
По традиции нынешние нобелевские лауреаты - пожилые люди. Рою Глауберу, Джону Холлу и Теодору Хэншу соответственно 80, 71 и 64
года. Их работы являются продолжением исследований, которые начал в 1920-х годах Луи де Бройль, отпрыск старинного рода французских
герцогов. Де Бройль обратил внимание на двойственную природу света и положил конец классической оптике, где свет считали либо потоком
частиц, либо электромагнитной волной. Поначалу ученые высмеивали принца де Бройля,
но в 1929 году в 37 лет, в возрасте, неприличном для нынешних лауреатов, он был удостоен Нобелевской премии. Кстати, через несколько лет выдающийся физик стал членом
Французской академии еще и по разряду литературы.
Рой Глаубер в 1963 году заложил основы квантовой оптической теории. Ученый сумел объяснить принципиальную разницу между горячими источниками света - нитями накаливания с различной частотой и фазой и лазерами, которым свойственны определенные
частота и фаза. Джон Холл и Теодор Хэнш добились измерений колебаний молекул с точностью до 15-го порядка. Ученые работали над высокоточным определением цвета молекул, добившись прорыва в лазерной прецизионной спектроскопии. Эти исследования были
использованы при разработке высокоточных часов и спутниковых устройств глобального
позиционирования (GPS).
Работы нобелевских лауреатов относятся к области квантовой оптики, которая обещает революцию во многих прикладных областях - создание квантовых компьютеров,
трехмерного телевидения, голографических систем, лазеров нового поколения. Квантовая
оптика имеет самое непосредственное отношение к нанотехнологиям, которые впервые
позволят человеку заимствовать функции Творца и создавать материалы и объекты с заданными свойствами и не существовавшие прежде в природе.
Первая кафедра квантовой оптики в нашей стране была организована в МФТИ академиком Григорием Ландсбергом, автором знаменитого учебника физики. Многие годы
этой кафедрой руководил член-корреспондент АН Сергей Мандельштам, один из немногих
физиков, ставший жертвой борьбы с космополитами. В известной мере положения квантовой оптики подрывали ясную и законченную картину марксистско-ленинского мироздания.
Квантовая оптика - наука о взаимодействии электромагнитного поля с веществом, а электромагнитное поле рождается в любой среде, где
есть заряды. Если удалось зарегистрировать поле, можно судить о процессах в веществе независимо от того, живое это вещество или просто
атом. Квантовые исследования ведутся в широкой спектральной области: от рентгеновской до миллиметровой. Объект может находиться при
сверхнизких или сверхвысоких температурах, может подвергаться воздействию высокого давления или сильных электромагнитных полей, в веществе могут происходить химические превращения. Все воздействия оказывают влияние на спектры вещества. Спектры излучения или поглощения являются часто единственным источником информации о процессах в веществе, о его структуре и свойствах. Все астрофизические данные, перевернувшие современную науку, получены на основе оптико-спектральных исследований.
В 2003 году в Калифорнийском технологическом институте сумели заманить в ловушку атом цезия. Это достижение назвали демонстрацией «одноатомного» лазера, который сможет найти применение в квантово-информационных технологиях или, говоря проще, приведет к созданию квантового компьютера, что станет новым технологическим прорывом.
- Обычно в лазерном излучении свет испускается как бы коллективно, - говорит академик Вячеслав Осико. - Свет от одного атома более
управляем, чем в обычных лазерах. Это принципиальный шаг к квантовым компьютерам. То, что светом можно управлять, доказали в декабре в
совместном эксперименте наши и американские физики: удалось "остановить" свет в газе из разогретых атомов.
- Идея квантовых компьютеров возникла 15-20 лет назад, - разъясняет академик Камиль Валиев. - В квантовом компьютере бит информации - это не просто положение атома в одном из двух состояний, но, возможно, одновременно в обоих состояниях. Это неизмеримо повышает
быстродействие компьютера. На задачу, которую обычный компьютер решал бы тысячу лет, квантовый компьютер затратит несколько часов. В
2003 году проведены важные эксперименты на пути его создания. Фотоны, атомы и электроны удалось поймать в ловушку, но проблема в том,
что квантовое состояние является очень хрупким, неустойчивым, подвержено атаке шумов. Даже оптимисты не обещают, что реальные квантовые компьютеры появятся раньше чем через 20 лет. В России исследованиями в области квантовых компьютеров занимаются на достойном
уровне.
Внеземные цивилизации молчат, но их все равно ищут (Любовь СТРЕЛЬНИКОВА, Известия науки)
Исполнилось 40 лет программе поиска внеземных цивилизаций SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence). Итоги подводили в Специальной астрофизической обсерватории РАН в Карачаево-Черкесии ведущие астрофизики, биологи и гуманитарии России.
Скажу сразу: внеземные цивилизации не обнаружены. Пока. "Ожидать быстрых результатов здесь нельзя. Мы делаем только первые
пробные шаги, осмысливаем проблему", - говорит Лев Гиндилис, один из основателей SETI в России. Сорок лет - это действительно исчезающе
малая величина в истории цивилизации, просто ничто.
Все началось в 1959 году, когда в Nature появилась статья Дж. Коккони и Ф. Моррисона о возможности радиосвязи с внеземными цивилизациями (ВЦ). В 1960 году американский астроном Фрэнк Дрейк провел первые поиски сигналов от предполагаемых внеземных цивилизаций. На
роль объектов поиска были выбраны звезды Тау Кита и Эпсилон Эридана. Помните, у Высоцкого "в далеком созвездии Тау Кита"? В начале 60-х
в Государственном астрономическом институте им. Штернберга (ГАИШ) была сформирована инициативная группа для организации работы по
поиску сигналов ВЦ. Эту затею активно поддержали наши выдающиеся физики В.А. Амбарцумян, Я.Б. Зельдович, В.А. Котельников, И.Е. Тамм,
С.Э. Хайкин и многие другие. Тогда американцы еще не ввели в обиход название SETI, поэтому российская программа называлась почеловечески - "Проект Ау".
SETI развивалась на фоне событий, которые переживала наша страна, от эпохи "бури и натиска" после запуска первых космических спутников до "смутного времени" конца ХХ века, когда нарождающийся русский капитализм нанес сокрушительный удар по российской науке. И тем
не менее за 40 лет удалось сделать многое. Энтузиасты проекта провели несколько всесоюзных конференций и симпозиумов, в том числе и советско-американских, по проблемам поиска ВЦ, куда приезжали нобелевские лауреаты Ф. Крик, Дж. Таунс и В.Л. Гинзбург. Но помимо активного
обсуждения проблемы астрофизики вели наблюдения за космосом, осваивая все большие его глубины. Сегодня техника позволяет снимать
спектры излучения звезд и просматривать Вселенную во всем диапазоне радиоизлучений. Но Вселенная молчит.
- Нельзя же так потребительски относиться к ВЦ, - считает Александр Зайцев из ИРЭ РАН. - Если все во Вселенной ищут чужие послания,
а сами ничего не отправляют, то какой смысл искать!
За эти годы было отправлено всего пять радиопосланий. Первое, безадресное, содержало три слова "Мир, Ленин, СССР" (кто бы это понял, кроме нас!) и ушло в космос в 1962 году. В 1974 году американцы с радиолокационного телескопа в Аресибо отправили свой сигнал, чем
вызвали бурю негодования общественности (кто знает, что на уме у этих внеземных цивилизаций), после чего в Америке наложили запрет на
такого рода общение с ВЦ. Три последующих послания, в том числе и международных, отправил Александр Зайцев с радиолокационного телескопа в Евпатории в 1999, 2001 и 2003 гг. Они содержали как цифровую (тексты), так и аналоговую информацию (музыка) и отправились к нескольким звездам солнечного типа. Добираться до цели они будут больше 30 лет. Столько же будет идти ответный сигнал на Землю. Так что
есть шанс в 70-х годах получить ответ.
А может, мы одиноки во Вселенной, как считал Иосиф Шкловский? Или все дело в "окне контакта", которое чрезвычайно мало? Земная цивилизация формировалась более четырех миллиардов лет. Ее технологический этап занимает на этой ленте времени всего последние 100 лет,
то есть ничтожный отрезок, и для цивилизаций разного возраста вероятность совпадения "окон контакта" очень мала.
Физический институт АН и ГАИШ проанализировали весь массив открытых звезд, а это несколько сотен тысяч, и составили список из 100
ближайших к Земле звездных систем. Из этой сотни 58 явно могут быть объектами SETI. "Но все это - попытки найти цивилизацию, подобную
нашей, - считает член-корреспондент РАН Анатолий Черепащук. - Возможно, иные цивилизации, старше нашей на миллионы лет, общаются
между собой с помощью "темной материи". Возможно, именно наличие темной материи и темной энергии и объясняет молчание Вселенной".
Академик Н.С. Кардашев предполагает, что существуют цивилизации трех типов. Первый тип - это наша земная цивилизация, второй тип цивилизации, освоившие энергию своей звезды. А третий - цивилизации, освоившие гигантскую энергию Галактики. Они умеют искусственно
создавать туннели в пространстве-времени, аналоги так называемых кротовых нор, и перемещаться в нем мгновенно, со скоростями больше
скорости света. Н.С. Кардашев считает, что не исключено и существование зеркальных миров, построенных из зеркально-симметричных, по отношению к обычным, частиц. Может, их жители ходят среди нас, но никак с нами не взаимодействуют?
- Я думаю, что усилия астрофизиков и физиков сегодня должны быть сосредоточены на разгадке природы темной материи и темной энергии, - считает А.М. Черепащук. - И тогда мы сами сможем "крутить" поля, создавать туннели в пространстве-времени и посылать через них сигналы иным цивилизациям, которые будут доставлены мгновенно. Это будет принципиально новая связь, которая позволит нам осваивать Галактику и наконец понять, кто мы.
Аппарат Gravity Probe B проверил общую теорию относительности Эйнштейна (Известия науки)
Почти через 90 лет после публикации Общей теории относительности Эйнштейна ученые подвергли ее, ставшие уже привычными, положения самому серьезному испытанию. Семнадцатимесячный эксперимент завершен, но его результат будет известен еще примерно через год.
Аппарат Gravity Probe B был выведен на орбиту 20 апреля 2004 года с базы ВВС США "Вандерберг". Установленные на борту зонда четыре высокоточных сферических гироскопа должны проверить существование двух эффектов, предсказанных Общей теорией относительности —
во-первых, искривления пространства-времени, вызванного гравитационным полем Земли, и во-вторых, захвата системы отсчета (считается,
что Земля и вообще любое вращающееся достаточно массивное тело "накручивает" на себя пространство-время). Согласно расчетам ученых,
если эти эффекты действительно проявляются, то за каждый год нахождения Gravity Probe B на орбите оси вращения его гироскопов должны
отклониться на 6,6 угловых секунд и 42 угловые миллисекунды соответственно.
На сегодняшний день участники эксперимента благополучно получили собранные космическим аппаратом данные и приступили к их обработке в вычислительном центре Стэнфордского университета. Ожидается, что на анализ и проверку результатов эксперимента уйдет весь следующий год. Об этом сообщают "Элементы" и PhysOrg со ссылкой на NASA.
Опровергнута одна из формул Эйнштейна (Известия науки)
Специалисты из политехнического университета Лозанны EPFL, университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) и Европейской
лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory, Гейдельберг) впервые точно измерили броуновское движение микроскопической частицы.
В уникальном опыте броуновское движение взвешенной в жидкости частицы микронного размера удалось записать с геометрической точностью менее одного нанометра и с временным шагом в несколько микросекунд. Такой точности измерений удалось добиться с помощью так
называемого фотонного силового микроскопа. Оказалось, броуновское движение единственной частицы происходит иначе, чем постулировал
Эйнштейн сто лет назад. Потому команда исследователей предложила исправленную версию стандартной модели броуновского движения.
Эйнштейн первый рассчитал параметры броуновского движения, показав, что нерегулярное перемещение частиц, взвешенных в жидкости,
вызвано случайными ударами соседних молекул, совершающих тепловое движение. Исследователи теоретически знали: если частица является
намного большей, чем окружившие её молекулы, она не будет совершать совершенно случайное движение, которое предсказал Эйнштейн. Получив импульс от столкновения с молекулой, частица, в свою очередь, влияет на поток в жидкости, причём огромную роль тут будет играть и
инерция жидкости, и инерция частицы. Но до сих опр не было никакого экспериментального поддтверждения этим представлениям, на уровне
единственной частицы, которое наглядно показало бы все эти эффекты.
Именно такой опыт и поставила международная команда. В нём физики увидели, что время, которое требуется частице, чтобы сделать переход от баллистического движения (после удара) до движения диффузионного – намного больше, чем предсказывала классическая теория.
Исследователи составили новую версию уравнения, описывающего броуновское движение, и отметили, что расхождение с прежней теорией наблюдается тем большее, чем к меньшим масштабам времени переходит наблюдатель.
Эти данные очень важны для исследований в ряде областей – в нанотехнологиях, например, или в биохимии, где броуновские эффекты
играют огромную роль.