Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - [50]
А ведь квантовая революция еще только началась. В ближайшие десятилетия мы увидим море технологических чудес, разработанных на основе современных достижений квантовой физики, таких как умные и топологические материалы. Возьмем графен, например: один-единственный слой атомов углерода с шестиугольной кристаллической структурой. В зависимости от того, какой он формы и что с ним делают, графен работает то как изолятор, то как проводник, а иногда даже как полупроводник.
Более того, последние исследования позволяют предположить, что два слоя графена, развернутые под определенным углом друг к другу, могут при определенных условиях, при низкой температуре и слабом электрическом поле, вести себя как суперпроводник, по которому ток идет практически без всякого сопротивления, – еще один поразительный квантовый феномен. Эта технология, известная как твистроника, как считается, даст толчок развитию целого ряда электронных приборов.
И это еще не все. Сейчас разрабатываются проборы и технологии нового поколения, которые получат широкое распространение еще при нашей жизни, – приборы, которые смогут создавать необычные состояния материи и манипулировать ими неким новым образом за счет применения разных квантовых ухищрений. Успехи в таких областях, как квантовая информационная теория, квантовая оптика и нанотехнологии, позволят создать целый ряд таких приборов. Например, высокоточный квантовый гравиметр позволит регистрировать мельчайшие изменения гравитационного поля Земли, так что геологам будет проще обнаружить залежи полезных ископаемых, а инженерам – точно установить местоположение трубопровода под дорожным полотном: копать не придется! Квантовые камеры, снабженные датчиками, дадут нам возможность увидеть, что находится позади препятствий; квантовая визуализация даст неинтрузивное отображение мозговой деятельности, что позволит лечить, например, деменцию. Квантовая ключевая дистрибуция (ККД) позволит безопасно обмениваться информацией между различными локациями. Квантовые технологии также помогут создать искусственные молекулярные машины, способные выполнять самые разнообразные задачи.
Медицина – прекрасный пример той области, где в ближайшее время будут применены открытия квантового уровня. В масштабах более мелких, чем живая клетка, мы разрабатываем целый ряд потрясающих новых технологий, например, на основе наночастиц с уникальными квантовыми свойствами, которые позволяют им прикрепляться к антителам, чтобы бороться с инфекциями, или дадут возможность «запрограммировать» их на реплицирование только внутри клеток опухолей или даже получать изображения клетки изнутри. Кроме того, квантовые датчики позволят нам производить гораздо более точные измерения и получать изображения отдельных биомолекул. А с помощью квантовых компьютеров, о которых мы поговорим в следующей главе, мы сможем секвенировать ДНК гораздо быстрее, чем теперь, а также решать некоторые задачи, предполагающие использование больших данных, касающихся всех аспектов состояния нашего здоровья, вплоть до молекулярного уровня.
А на самом деле их тысячи – примеров технологических и инженерных прорывов в области коммуникаций, медицины, энергетики, транспорта, визуализации и сенсорных технологий, которые появятся благодаря физике. Однако одна область заслуживает отдельного рассмотрения.
Квантовые компьютеры и наука XXI века
Если вас впечатлила квантовая революция XX века, то что же вы скажете, когда увидите, что нам готовит век XXI? Мы не только получили возможность создать более умные игрушки, которые, как считают некоторые, только усложняют нашу жизнь; они помогут нам решить некоторые важнейшие проблемы человечества и совершенно потрясающе трансформировать наш мир. Одним из самых интересных примеров применения открытий в физике, несомненно, является квантовый компьютер. Он будет совершенно иным, нежели наш обычный компьютер, и позволит решить множество задач, которые сейчас недостижимы даже с помощью самых мощных суперкомпьютеров. Квантовые компьютеры, как ожидается, помогут человечеству совершить прорыв в науке, особенно в паре с искусственным интеллектом.
Квантовые компьютеры используют самые парадоксальные особенности квантового мира. Классическая вычислительная техника основана на том, что информация хранится и обрабатывается в виде битов (обозначающих бинарный код). Один бит информации может иметь два значения: ноль или единицу. Сочетания электронных переключателей, соответствующих биту информации, где каждый или включен, или выключен, используются для создания логических вентилей – строительных блоков логических схем. В отличие от них квантовые компьютеры оперируют так называемыми квантовыми битами, то есть кубитами, которые не ограничены одним из этих бинарных состояний. Кубит может находиться в квантовой суперпозиции, которая включает одновременно и ноль, и единицу и, таким образом, может хранить гораздо больше информации.
Простейшим примером кубита является электрон, квантовый спин которого может быть направлен либо параллельно (верхний спин) либо антипараллельно (нижний спин) приложенному магнитному полю. Если затем дать дополнительный электромагнитный импульс, он превратит спин электрона из параллельного (0) в антипараллельный (1). Однако, поскольку электрон является квантовой частицей, электромагнитный импульс может отправить его в состояние суперпозиции верхнего (0) и нижнего (1) спина одновременно. Два запутанных электрона могут оказаться в суперпозиции четырех возможных состояний одновременно – 00, 01, 10 и 11. Если кубитов много, можно разработать сложнейшую квантовую логику.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.
Пища всегда была нашей естественной и неизбежной потребностью, но отношение к ней менялось с изменением социальных условий. Красноречивым свидетельством этого является тот огромный интерес к разнообразным продуктам питания, к их природе и свойствам, который проявляет сегодня каждый из нас. Только, достигнув высокого уровня жизни и культуры, человек, свободный от проблемы — где и как добыть пищу, имеет возможность выбирать из огромного ассортимента высококачественных продуктов то, что отвечает его вкусу, что полезнее и нужнее ему, и не только выбирать, но и руководить своим питанием, строить его сообразно требованиям науки о питании и запросам собственного организма.
Курс по скорочтению рассчитан на четыре недели. Имея дело с чтением, наиболее важным является наслаждение им. Не важно, что вы читаете: техническую литературу, детские книжки, романы или статьи в журналах, наслаждение – самый важный компонент эффективного чтения. Расслабьтесь, позвольте интересу завладеть вами... .
В работе проанализированы малоисследованные в нашей литературе социально-культурные концепции выдающегося немецкого философа, получившие названия «радикализации критического самосознания индивида», «просвещенной общественности», «коммуникативной радициональности», а также «теоретиколингвистическая» и «психоаналитическая» модели. Автором показано, что основной смысл социокультурных концепций Ю. Хабермаса состоит не только в критико-рефлексивном, но и конструктивном отношении к социальной реальности, развивающем просветительские традиции незавершенного проекта модерна.
Пражская весна – процесс демократизации общественной и политической жизни в Чехословакии – был с энтузиазмом поддержан большинством населения Чехословацкой социалистической республики. 21 августа этот процесс был прерван вторжением в ЧССР войск пяти стран Варшавского договора – СССР, ГДР, Польши, Румынии и Венгрии. В советских средствах массовой информации вторжение преподносилось как акт «братской помощи» народам Чехословакии, единодушно одобряемый всем советским народом. Чешский журналист Йозеф Паздерка поставил своей целью выяснить, как в действительности воспринимались в СССР события августа 1968-го.
Книга посвящена первой успешной вооруженной революции в Латинской Америке после кубинской – Сандинистской революции в Никарагуа, победившей в июле 1979 года.В книге дан краткий очерк истории Никарагуа, подробно описана борьба генерала Аугусто Сандино против американской оккупации в 1927–1933 годах. Анализируется военная и экономическая политика диктатуры клана Сомосы (1936–1979 годы), позволившая ей так долго и эффективно подавлять народное недовольство. Особое внимание уделяется роли США в укреплении режима Сомосы, а также истории Сандинистского фронта национального освобождения (СФНО) – той силы, которая в итоге смогла победоносно завершить революцию.
Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной.
Наше происхождение началось не на Земле, а, на самом деле, в космосе. Основываясь на научных открытиях и исследованиях, где пересекаются несколько наук — геология, биология, астрофизика и космология, — вы узнаете, как сформировались наши знания о космосе. В этой книге Нил Деграсс Тайсон и Дональд Голдсмит отправят вас в космический тур, где вы узнаете о рождении галактики, исследованиях Марса, об открытии воды на одной из лун Юпитера и многое другое.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Надеемся, что отсутствие формул в книге не отпугнет потенциальных читателей. Шон Кэрролл – физик-теоретик и один из самых известных в мире популяризаторов науки – заставляет нас по-новому взглянуть на физику. Столкновение с главной загадкой квантовой механики полностью поменяет наши представления о пространстве и времени. Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались.