КНИЖНАЯ ПОЛКА
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
Кандидат химических наук Л.А. ДЕМИНА
Еще совсем недавно трудно было даже вообразить мир вещей, окружающий сегодня современного человека. Какие открытия ждут нас в будущем, что из смелых прогнозов писателей-фантастов имеет шанс сбыться у нас на глазах? На эти вопросы в книге "Физика невозможного"1 пытается ответить американский физик японского происхождения Митио Каку, один из авторов теории струн2. Рассказывая о самых сложных явлениях и новейших достижениях современной науки и техники, автор просто и доступно говорит о сложных понятиях современной физики, стремясь объяснить основные законы Вселенной так, чтобы они стали понятны даже школьнику, который только начинает увлекаться наукой.
Альберту Эйнштейну приписывается фраза: "Вы не понимаете физическое явление до тех пор, пока не сможете объяснить его своей бабушке". Митио Каку взялся объяснить читателю, что "невозможное" очень часто относительно, потому что благодаря удивительному прогрессу науки может рано или поздно превратиться в установленный научный факт. Научатся ли люди когда-нибудь проходить сквозь стены, становиться невидимками и мгновенно преодолевать космическое пространство? Если эти чудеса невозможны сегодня, останутся ли они невозможными и через сто или через миллион лет?
1 Митио Каку. Физика невозможного, М.: ООО "Альпина нон-фикшн", 2009.
2Теория струн сочетает в себе идеи квантовой механики и теории относительности.
Не может не восхищать концептуаль-ность самой идеи, положенной в основу данной книги. Используя язык и образы научной фантастики - от телепортации до телекинеза - ученый ярко и увлекательно разъясняет подходы и пределы современной физики и предсказывает степень вероятности и время появления той или иной технологии, явления или прибора.
Все "невозможные" явления автор делит на три категории, первую из которых составляют технологии, невозможные сегодня, но не нарушающие известных законов природы. Поэтому, по мнению ученого, они могут стать возможными уже в этом веке или в следующем. К этой категории можно отнести защитные силовые поля, телепортацию, двигатели на ативеществе, некоторые формы телепатии, телекинез и невидимость.
Ко второй категории "невозможностей" относятся такие технологии как машина времени, гиперпространственные путешествия и возможность проникновения сквозь "кротовые норы" - пространственные ходы, соединяющие черную дыру и соответствующую ей белую дыру. Эти понятия лишь недавно всерьез обозначились в современной астрофизике и практической космологии. По убеждению автора, если упомянутые технологии вообще возможны, их реализация может растянуться на тысячи и даже миллионы лет.
И, наконец, третья группа "невозможностей" включает в себя концепции, которые противоречат законам физики. Если когда-нибудь они также окажутся возможны, это будет означать фундаментальный сдвиг в современных представлениях о физике. "Удивительно, но невозможных технологий этого типа оказалось очень мало", - отмечает Каку. К ним он причисляет только машины с вечным двигателем и способность предсказывать будущее. Вероятно, известный ученый хочет избежать ловушки, в которую в свое время попал лорд Кельвин, категорично заявлявший в 1895 г., что летательные аппараты тяжелее воздуха вообще невозможны.
В защиту такой классификации автор приводит следующие соображения:
© Л. А. Демина
63
"Представляется, что такая классификация имеет смысл, - ведь ученые с ходу отвергают многие технологии, постоянно присутствующие в научно-фантастических произведениях, как совершенно невозможные, но на самом деле имеют в виду всего-навсего, что они невозможны для примитивной цивилизации вроде нашей... Технологии, недоступные нашей цивилизации в ее нынешнем состоянии, не обязательно столь же невозможны для цивилизации иного типа. Любые утверждения о возможном и невозможном должны учитывать, что за тысячи и миллионы лет техника любой цивилизации уйдет далеко вперед".
Остановимся более подробно на некоторых явлениях из первой группы, свидетелями которых нам, возможно, посчастливится стать уже в этом веке.
"Защитное силовое поле" (или силовой щит) довольно часто можно встретить в научной фантастике. Оно представляет собой тонкий, невидимый энергетический барьер, способный отражать как снаряды, так и лазерные лучи и восстанавливаться в случае повреждения. Кроме того, такое защитное поле позволяет работать в помещениях, которые соприкасаются с вакуумом (например, в космосе), поскольку удерживает атмосферу внутри помещения и не дает ей выйти за его пределы. Автор сравнивает силовые поля, способные глубоко затронуть все без исключения стороны нашей жизни, с лампочкой Эдисона, которая коренным образом изменила современную цивилизацию.
Следует отметить, что понятие силового или физического поля было введено в науку благодаря открытиям великого английского ученого XIX в. М. Фарадея в области электромагнетизма. Вращающийся магнит создает поле, которое заставляет двигаться электроны в проводнике, рождая электрический ток.
В настоящее время известен лишь один метод создания энергетического щита: использование электромагнетизма для воздействия на движение металлических объектов. Другие защитные поля, описываемые в научно-фантастической литературе, не подчиняются известным законам физики, однако некоторые свойства таких полей может имитировать плазма - газ, состоящий из ионизированных атомов, который называют четвертым состоянием вещества. Например, известная сегодня технология "плазменного окна" обеспечивает разделение газа и вакуума и в то же время позволяет радиации и другим частицам с высокой энергией проходить через него. Изобретателем плазмен-
ного окна является американский физик Э. Гершкович из Брукхейвенской национальной лаборатории (Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк, США). В 1995 г. он изобрел устройство для электронной сварки металлов высотой около одного метра и 0.3 м в диаметре, которое нагревает газ до температуры 6500 °С, формируя тем самым плазму, сразу же попадающую в ловушку из электрических и магнитных полей. Давление, создаваемое частицами плазмы, не дает воздуху ворваться внутрь и заполнить собой вакуумную камеру. Тем самым была решена главная проблема метода электронной сварки - необходимость сооружения большой вакуумной камеры размером, возможно, с целую комнату.
Можно вообразить создание в будущем плазменных окон с большими энергиями и температурами, при которых будут испаряться все попадающие в них объекты, например, снаряды. Однако для создания более реального силового поля с известными по литературным произведениям характеристиками, по мнению автора, потребуется многослойная комбинация нескольких технологий. Например, внешний слой будет представлять собой плазменное окно, разогретое до температуры, достаточной для испарения металлов. Вторым слоем может являться завеса из тысяч перекрещивающихся высокоэнергетических лазерных лучей. За лазерной завесой должна следовать сеть из углеродных нанотрубок, которая во много раз прочнее стали. Такая сеть будет невидима, так как каждая отдельная нанотрубка имеет размеры, сравнимые с размерами атомов, но пространственная сеть из углеродных нано-трубок превзойдет по прочности любой другой материал.
Уже сегодня в Интернете появились сообщения3, что компания Darpa (США), являющаяся исследовательской базой Пентагона, приступила к разработке одностороннего силового щита, который нельзя пробить снаружи, но сквозь который можно стрелять -преграды на пути пуль не будет. Конечно, детали проекта широко не освещаются, но известно, что основой для такого щита станут так называемые "метаматериалы" - искусственные вещества, способные взаимодействовать с электромагнитными волнами так, как не могут это делать природные материалы.
Невидимость - одна из самых древних концепций древней мифологии, также может стать возможной благодаря метамате-риалам. Они разрабатываются для создания
3 www.kompiki/ru
64
веществ с абсолютными камуфлирующими свойствами, которые позволят скрывать предметы или людей не только в радиочастотном диапазоне, но и в видимом спектре. Наконец-то исследователи смогут создать что-то вроде сказочного плаща-невидимки.
Существование таких материалов до недавнего времени также считалось невозможным, поскольку они нарушают законы оптики. Однако в 2006 г. ученые из Университета Дьюка (штат Северная Каролина) и Имперского колледжа в Лондоне успешно опровергли общепринятое мнение и при помощи метаматериалов, созданием которых занимались несколько лет, сделали объект невидимым для микроволнового излучения.
Мы видим любые предметы лишь потому, что они отражают большую часть падающего на них света, частично поглощая его. Если предмет перестанет отражать и поглощать свет, он станет практически невидимым. В этом случае свет и другие электромагнитные волны, например сигналы радиолокатора, попросту огибают объект, не отражаясь от него, - они словно распространяются в пустом пространстве. Каким же образом можно достичь невидимости?
При создании метаматериалов в вещество внедряют крошечные имплантаты, которые отклоняют электромагнитные волны. Например, исследователи из Университета Дьюка внедрили в медные ленты, уложенные плоскими концентрическими кругами, множество крошечных электрических контуров, получив сложную структуру из керамики, тефлона, композитных волокон и металлических ингредиентов. Такие контуры играют ту же роль, что атомы и молекулы в однородном веществе, - отвечают за электрические, магнитные и оптические свойства, поскольку представляют собой микроскопические соленоиды и конденсаторы. В отличие от атомов и молекул такие элементы можно специально подбирать, конструируя из них метаматериал, который может обладать отрицательным коэффициентом преломления в определенном диапазоне частот. Тогда лучи света не рассеиваются на поверхности материала, а скользят вдоль нее.
Предмет, изготовленный из такого материала или облицованный им, становится недоступен для приборов, которые ведут наблюдение в соответствующем диапазоне частот, ведь он не отражает электромагнитные волн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.