Физика невозможного - [32]
В природе самую низкую температуру можно обнаружить в открытом космосе; она составляет 3 К, т. е. на три градуса выше абсолютного нуля. (Это благодаря остаточной теплоте Большого взрыва, которая до сих пор заполняет Вселенную.) Но КБЭ существует при температуре от одной миллионной до одной миллиардной градуса выше абсолютного нуля; такую температуру можно получить только в лаборатории.
При охлаждении некоторых форм вещества почти до абсолютного нуля их атомы (все без исключения) сваливаются на самый низкий энергетический уровень и начинают вибрировать в унисон, т. е. становятся когерентными. Волновые функции всех атомов перекрываются, поэтому в каком-то смысле КБЭ напоминает гигантский «сверхатом», причем все составляющие его отдельные атомы колеблются в унисон. Существование этого необычного состояния вещества предсказали Эйнштейн и Шатьендранат Бозе еще в 1925 г., но прошло 70 лет, прежде чем в 1995 г. КБЭ был наконец получен в лабораториях Массачусетского технологического института и Университета Колорадо.
Вот как работает телепортационное устройство Брэдли и его команды. Начинается все с набора суперхолодных атомов рубидия в состоянии КБЭ. Затем на КБЭ направляют пучок атомов (все того же рубидия). Атомы пучка также стремятся перейти в состояние с самой низкой энергией, поэтому они сбрасывают излишки энергии в виде квантов света. Полученный таким образом световой луч посылают по оптоволоконному кабелю. Примечательно, что этот луч содержит всю квантовую информацию, необходимую для описания первоначального пучка вещества (т. е. информацию о расположении и скорости всех его атомов). Пройдя по кабелю, световой луч попадает в уже другой КБЭ, который превращает его в первоначальный поток вещества.
Этот новый метод телепортации ученые считают чрезвычайно многообещающим, так как в нем не задействована запутанность атомов. Но у этого метода есть свои проблемы. Он очень жестко определяется свойствами конденсата Бозе-Эйнштейна, который чрезвычайно сложно получить в лаборатории. Более того, КБЭ обладает достаточно необычными свойствами и в некоторых отношениях ведет себя как один гигантский атом. Необычные квантовые эффекты, которые можно наблюдать только на атомном уровне, в КБЭ в принципе можно увидеть невооруженным глазом. Когда-то это считалось невозможным.
Ближайшее практическое приложение КБЭ — создание атомных лазеров. Разумеется, основой лазера служит когерентный пучок фотонов, которые колеблются в унисон. Но ведь КБЭ представляет собой набор атомов, которые тоже колеблются в унисон; отсюда возможность создать поток когерентных КБЭ-атомов. Другими словами, КБЭ может стать основой для устройств, аналогичных обычным лазерам: это атомные, или вещественные, лазеры, которые сделаны из КБЭ-атомов. В настоящее время лазеры имеют широчайшее применение в обычной жизни, и атомные лазеры, возможно, войдут в нашу жизнь не менее глубоко. Но так как КБЭ может существовать только при температурах, едва-едва превышающих абсолютный нуль, прогресс в этой области наверняка будет медленным, хотя и уверенным.
Можем ли мы сказать с учетом всего уже достигнутого, когда мы сами получим возможность телепортироваться? В ближайшие годы физики надеются телепортировать сложные молекулы. После этого несколько десятилетий наверняка уйдет на разработку способа телепортации ДНК или, может быть, какого-нибудь вируса. Против телепортации человека — в точности как в фантастических фильмах — также нет никаких принципиальных возражений, но технические проблемы, которые надо преодолеть на пути к подобному достижению, поражают воображение. Пока, для того чтобы добиться когерентности крошечных световых фотонов и отдельных атомов, требуются усилия лучших физических лабораторий мира. О квантовой когерентности с участием реальных макроскопических объектов, таких как человек, речь пока не идет и еще долго идти не будет. Скорее всего, пройдет немало столетий, прежде чем мы сможем телепортировать обычные предметы, если это вообще возможно.
По существу, судьба квантовой телепортации тесно связана с судьбой проектов по разработке квантовых компьютеров. Оба направления пользуются одними и теми же законами квантовой физики и одинаковыми технологиями, поэтому между ними идет постоянный и очень активный обмен идеями. Квантовые компьютеры, возможно, когда-нибудь полностью заменят на наших столах привычные цифровые компьютеры. Более того, однажды может оказаться, что от этих компьютеров зависит будущее мировой экономики, поэтому данные технологии представляют громадный коммерческий интерес. Новые технологии, созданные на базе квантовых технологий, придут на смену современным технологиям, и Силиконовая долина, вполне возможно, уйдет в прошлое вслед за столицами американского автопрома.
Обычные компьютеры считают в двоичной системе счисления и оперируют только нулями и единицами, которые называются битами. Но квантовые компьютеры гораздо мощнее. Они могут оперировать кубитами, или квантовыми битами, которые могут принимать и промежуточные между 0 и 1 значения. Представьте себе атом, помещенный в магнитное поле. Он крутится как волчок, и ось его вращения может указывать вверх или вниз. Здравый смысл говорит нам, что спин атома может быть направлен вверх или вниз, но никак не в обе стороны одновременно. Но в странном мире квантов атом описывается как сумма обоих этих состояний, как суперпозиция атома с положительным спином и атома с отрицательным спином. В нечеловеческом мире квантов каждый объект описывается как сумма всех возможных состояний. (Если вы хотите дать квантовое описание крупного объекта, например кошки, это означает, что вам придется сложить волновую функцию живой кошки с волновой функцией мертвой кошки, так что в результате получится кошка, одновременно мертвая и живая, о чем я расскажу подробнее в главе 13.)
«Уравнение Бога» – это увлекательный рассказ о поиске самой главной физической теории, способной объяснить рождение Вселенной, ее судьбу и наше место в ней. Знаменитый физик и популяризатор науки Митио Каку прослеживает весь путь удивительных открытий – от Ньютоновой революции и основ теории электромагнетизма, заложенных Фарадеем и Максвеллом, до теории относительности Эйнштейна, квантовой механики и современной теории струн, – ведущий к той великой теории, которая могла бы объединить все физические взаимодействия и дать полную картину мира.
Инстинкт говорит нам, что наш мир трехмерный. Исходя из этого представления, веками строились и научные гипотезы. По мнению выдающегося физика Мичио Каку, это такой же предрассудок, каким было убеждение древних египтян в том, что Земля плоская. Книга посвящена теории гиперпространства. Идея многомерности пространства вызывала скепсис, высмеивалась, но теперь признается многими авторитетными учеными. Значение этой теории заключается в том, что она способна объединять все известные физические феномены в простую конструкцию и привести ученых к так называемой теории всего.
Прямое мысленное общение с компьютером, телекинез, имплантация новых навыков непосредственно в мозг, видеозапись образов, воспоминаний и снов, телепатия, аватары и суррогаты как помощники человечества, экзоскелеты, управляемые мыслью, и искусственный интеллект. Это все наше недалекое будущее. В ближайшие десятилетия мы научимся форсировать свой интеллект при помощи генной терапии, лекарств и магнитных приборов. Наука в этом направлении развивается стремительно. Изменится характер работы и общения в социальных сетях, процесс обучения и в целом человеческое развитие.
Кому как не ученым-физикам рассуждать о том, что будет представлять собой мир в 2100 году? Как одним усилием воли будут управляться компьютеры, как силой мысли человек сможет двигать предметы, как мы будем подключаться к мировому информационному полю? Возможно ли это? Оказывается, возможно и не такое. Искусственные органы; парящие в воздухе автомобили; невероятная продолжительность жизни и молодости — все эти чудеса не фантастика, а научно обоснованные прогнозы серьезных ученых, интервью с которыми обобщил в своей книге Мичио Каку.Издание подготовлено при поддержке Фонда Дмитрия Зимина «Династия».
Эта книга, конечно же, не развлекательное чтение. Это то, что называется «интеллектуальный бестселлер». Чем, собственно, занимается современная физика? Какова нынешняя модель Вселенной? Как понимать «многомерность» пространства и времени? Что такое параллельные миры? Автор этой книги, Мичио Каку, очень авторитетный ученый-физик. Поэтому в «Параллельных мирах» вы не найдете помпезной «псевдонауки». Мичио Каку — опытный литератор. Он умеет писать просто. И в этой книге вы не найдете сложных математических формул.
Описывая жизнь Альберта Эйнштейна, Митио Каку погружает нас в бурлящую атмосферу первой половины XX в. – две мировые войны, революция в Германии, создание атомной бомбы. Он показывает читателю невидимый обычно за триумфальной стороной открытий и озарений мир ученого – этапы становления, баталии в научном мире, зачастую непростые отношения с близкими. В книге представлен свежий взгляд на новаторскую деятельность Эйнштейна, перевернувшего представления человечества о пространстве и времени. Автор книги, Митио Каку, – всемирно известный физик и популяризатор науки.
Способны ли мы, живя в эпоху глобального потепления и глобализации, политических и экономических кризисов, представить, какое будущее нас ждет уже очень скоро? Майя Гёпель, доктор экономических наук и общественный деятель, в своей книге касается болевых точек человеческой цивилизации начала XXI века – массового вымирания, сверхпотребления, пропасти между богатыми и бедными, последствий прогресса в науке и технике. Она объясняет правила, по которым развивается современная экономическая теория от Адама Смита до Тома Пикетти и рассказывает, как мы можем избежать катастрофы и изменить мир в лучшую сторону, чтобы нашим детям и внукам не пришлось платить за наши ошибки слишком высокую цену.
Последняя египетская царица Клеопатра считается одной из самых прекрасных, порочных и загадочных женщин в мировой истории. Её противоречивый образ, документальные свидетельства о котором скудны и недостоверны, многие века будоражит умы учёных и людей творчества. Коварная обольстительница и интриганка, с лёгкостью соблазнявшая римских императоров и военачальников, безумная мегера, ради развлечения обрекавшая рабов на пытки и смерть, мудрая и справедливая правительница, заботившаяся о благе своих подданных, благородная гордячка, которая предпочла смерть позору, — кем же она была на самом деле? Специалист по истории мировой культуры Люси Хьюз-Хэллетт предпринимает глубокое историческое и культурологическое исследование вопроса, не только раскрывая подлинный облик знаменитой египетской царицы, но и наглядно демонстрируя, как её образ менялся в сознании человечества с течением времени, изменением представлений о женской красоте и появлением новых видов искусства.
Представьте, что в Англии растет виноград, а доплыть до Гренландии и даже Америки можно на нехитром драккаре викингов. Несколько веков назад это было реальностью, однако затем в Европе – и в нашей стране в том числе – стало намного холоднее. Людям пришлось учиться выживать в новую эпоху, вошедшую в историю как малый ледниковый период. И, надо сказать, люди весьма преуспели в этом – а тяжелые погодные условия оказались одновременно и злом и благом: они вынуждали изобретать новые технологии, осваивать материки, совершенствовать науку.
Перепады настроения, метаболизм, поведение, сон, иммунная система, половое созревание и секс – это лишь некоторые из вещей, которые контролируются с помощью гормонов. Вооруженный дозой остроумия и любопытства, медицинский журналист Рэнди Хаттер Эпштейн отправляет нас в полное интриг путешествие по необычайно захватывающей истории этих сильнодействующих химикатов – от промозглого подвала девятнадцатого века, заполненного мозгами, до фешенебельной гормональной клиники двадцать первого века в Лос-Анджелесе.
Книга Алисы Макмахон станет вашим гидом на дороге длиной в девять месяцев. Автор обеспечит вас всей необходимой информацией, поможет прогнать ненужные опасения и даст спокойное понимание того, что происходит в момент появления на свет новой жизни, а также ответит на многие вопросы, которые неизбежно возникнут до и после родов. Для широкого круга читателей и специалистов.
Огромное количество детей и взрослых по всему миру имеют проблемы с прикусом, и эти проблемы носят не только эстетический характер, они могут стать причиной серьезных заболеваний. В этой книге врач-стоматолог Сандра Кан, и Пол Р. Эрлих, известный биолог, изучают причины и последствия неправильного развития челюсти у современного человека, а также представляют новый взгляд на ортодонтию и лечение зубов. По их мнению, из-за недостаточного развития челюсти могут возникать апноэ, затруднение дыхания, болезни сердца, депрессия и другие опасные состояния.