Рубрика: Физика

(Сентябрь 2002)

Антигравитация – наука, лженаука или большой государственный секрет?

Давнишний фантастический рассказ Рэймонда Джоунза «Уровень шума» («Noise Level» by Raymond F. Jones, 1952) описывает забавную историю про то, как американские политики и военные – страстно желавшие заполучить «антигравитации», но постоянно наталкивавшиеся на непрошибаемую впертость своих ученых-ортодоксов – для стимуляции исследовательских работ решили пойти на обман.

Ради этого были тщательно сфабрикованы история и целый документальный якобы фильм о секретной демонстрации генералам портативного антигравитационного устройства-ранца, разработанного неким гениальным, никому неизвестным молодым изобретателем. К несчастью, самоуверенный гений пренебрег мерами безопасности и в ходе поразительных показов взлета-посадки-полетов ранец его вдруг (непосредственно в ходе киносъемок) взорвался, уничтожив и себя, и своего создателя.

Никаких расчетов и чертежей к изобретению, естественно, отыскать не удалось, тем не менее, столь убедительной наглядной демонстрации, проведенной в антураже строжайшей государственной тайны, оказалось достаточно, чтобы сломить веру физиков в принципиальную невозможность подобного устройства и заставить их, наконец, непредвзято подумать и поэкспериментировать…

В результате уже через несколько недель ученые и инженеры создали собственную антигравитационную установку, пусть и не портативную, но вполне работоспособную.

По иронии судьбы, три главных компонента фантастического рассказа — (а) сильнейшее интуитивное чувство о существовании возможностей для манипулирования гравитацией, присущее тем, кто не обременен научной догмой; (б) неискоренимая склонность властей к засекречиванию всего важного; и (в) истовое неверие ученых-ортодоксов в то, чего «не может быть, потому что не может быть никогда» — это, по сути дела, квинтэссенция той ситуации, что реально сопровождает историю вокруг антигравитации в течение последнего полувека.

Тайное оружие

Сам термин «антигравитация» среди «настоящих» ученых уже давно стал чем-то вроде компрометирующего клейма, которым метят лже-науку. Клейма, от которого словно от чумы бегут все серьезные исследователи, так или иначе занимающиеся гравитацией. И которым не брезгуют разве что всякого рода еретики-отщепенцы, журналисты да писатели-разоблачители, в изобилии публикующие в печати или Интернете свои открытия и расследования.

Одна из последних книг такого ряда, «Охота за нуль-точкой» Ника Кука («The Hunt for Zero Point: Inside the Classified World of Anti-Gravity Technology» by Nick Cook, 2002) одновременно выпущена минувшим августом в английском издательстве Arrow и американском Broadway Books.

Среди огромного множества подобных публикаций эту книгу сильно выделяет ее автор, англичанин Ник Кук — многолетний редактор и консультант известного справочно-обозревательного еженедельника Jane’s Defence Weekly, посвященного военной технике и имеющего в военно-промышленных кругах заслуженную репутацию одного из наиболее солидных и авторитетных изданий.

Понятно, что благодаря своему положению Ник Кук имеет богатейшие связи и контакты среди правительственных чиновников и военных многих стран. По этой причине его книга с расследованием 50-летнего периода секретных работ США вокруг антигравитационных технологий, поначалу создававшихся нацистской Германией, просто не могла не привлечь внимание публики.

Прекрасно известно, что в конце второй мировой войны американцы интернировали в США многих немецких ученых, занимавшихся наиболее передовыми научными проектами, в том числе и Вернера фон Брауна, в тот период создателя баллистической ракеты «Фау-2», а впоследствии — «отца» грандиозно успешной миссии по высадке человека на Луне.

Не новость и то, что военные США в глубокой тайне постоянно разрабатывают всевозможные технологии, само существование которых официально отрицается, а примерно 11 миллиардов долларов ежегодно выделяются на них через «черные» каналы финансирования. Именно так, к примеру, многие годы создавались по технологии «стелс» истребитель F-117 и бомбардировщик B2.

Значительно меньше известно о полумифических секретных программах Третьего рейха, проводившихся Luftwaffe и SS в рамках антигравитационных проектов под условными наименованиями «Bell» и «Repulsine», но именно они и заинтересовали в свое время Ника Кука.

Все началось с того, что однажды на его редакторский стол попала ксерокопия необычной статьи из старого, 1956 года американского журнала. Статья была браво озаглавлена «Грядут G-машины!» и сопровождалась картинкой с летчиком, спускающимся по ступеням парящего в воздухе бескрылого самолета.

Кук решил было поначалу, что это обычный розыгрыш, однако его наметанный глаз быстро выделил в статье имена известных в ту эпоху деятелей аэрокосмической индустрии, заявлявших, что антигравитация может стать следующим большим прорывом в технологии. Более того, кое с кем из этих людей Кук был шапочно знаком.

Заинтригованный сюжетом, Кук позвонил в Lockheed Martin, чтобы разыскать и проинтервьюировать одного из таких знакомцев — находившегося уже давно на пенсии ведущего инженера корпорации Джорджа Тримбла (George S. Trimble).

Девушка, сидевшая на телефоне связей с общественностью, поначалу охотно вызвалась помочь и назначила время для интервью, но затем перезвонила и озадаченно сообщила, что сам Тримбл резко отменил встречу. Более того, по ее впечатлению, старого человека явно сильно напугала тема предстоящего разговора, а потому журналисту настоятельно порекомендовали впредь с подобными просьбами не обращаться…

Столь крутой поворот событий в поначалу рядовом для журналиста мероприятии и подтолкнул Ника Кука к сбору информации о секретных анти-G-разработках в США и Германии. Читать «В поисках утраченной гравицапы» далее

(Сентябрь 2012)

Совсем еще молодое, но уже очень горячее направление исследований в физике – «топологические изоляторы» – открывает новые захватывающие перспективы для развития электронных технологий. Попутно раскрывается и кое-что неожиданное о тайнах устройства вселенной…

Представлены к награде

Летом каждого года, строго в один и тот же день 8 августа в мировом сообществе физиков происходит очередное вручение престижной «цеховой» премии – медали Дирака.

Эта награда была учреждена в середине 1980-х годов Международным институтом теоретической физики в г. Триесте, Италия, и присуждается ученым-лауреатам на основе двух основных принципов: (а) за выдающийся теоретический вклад в развитие физической науки; (б) медали Дирака удостаиваются лишь те, кто прежде не получал других знаменитых наград, таких как Нобелевская премия, медаль Филдса, премия Вольфа.

(К счастью для медалистов, весьма почетная премия Дирака никак не препятствует получению в дальнейшем вышеперечисленных наград.)

Три последние медали, врученные 8 августа 2012 (день 110-й годовщины со дня рождения одного из главных основоположников квантовой физики П.А.М. Дирака), особо примечательны вот по какой причине.

В науке очень нечасто случается так, чтобы сугубо теоретически открытый физиками новый материал был почти сразу же обнаружен экспериментально и, более того, быстро нашел множество чрезвычайно перспективных применений в технологиях электроники и других практических приложениях.

Все нынешние лауреаты – Д. Холдейн, Ч. Кейн и Ш. Чжан (Duncan Haldane, Charles Kane, Shoucheng Zhang) – независимо друг от друга работают в разных университетах США над развитием квантовой теории конденсированного состояния вещества. А медали Дирака они удостоены как исследователи, существенно продвинувшие наше понимание весьма необычного типа материала, для которого теперь уже общепринятым стало название «топологический изолятор».

Чтобы в общих чертах дать представление о необычности топологических изоляторов, достаточно перечислить их отличительные особенности.

Как можно понять уже из названия, материалы такого типа принято относить к изоляторам или, иначе, диэлектрикам либо полупроводникам, не пропускающим, вообще говоря, через себя электрический ток. Но за одним очень важным исключением – в своем тончайшем поверхностном слое этот материал проводит ток как металл (и даже лучше).

Для наглядности можно представлять себе топологический изолятор (ТИ) чем-то вроде куска дерева, покрытого сверху медью, только в данном случае речь идет не о двух веществах, а об образце одного и того же материала. Причем материала такого, в котором особое квантовое состояние электронов в поверхностном слое делает их не просто переносчиками тока, но «топологически защищенными» переносчиками.

В более доходчивых общечеловеческих словах это означает, что данные квантовые состояния электронов чрезвычайно стабильны – в отличие от обычных состояний частиц на поверхности, здесь они не могут быть разрушены загрязнениями, неоднородностями или другими несовершенствами материала.

Почему в характеристики состояния электронов привлекают раздел геометрии, именуемый топология, пояснить удобнее чуть позже.

Здесь же важно подчеркнуть, что топологические свойства этого материала могут устойчиво сохраняться вплоть до высоких температур. А это означает богатый потенциал ТИ для применения в самых разнообразных практических приложениях микроэлектроники и компьютерной техники – от очень быстрых, энергетически экономичных межсоединений, процессоров, памяти и вплоть до топологических квантовых компьютеров. Читать «Технологии будущего: топологические изоляторы» далее

(Июнь 2010)

Система акустических коммуникаций дельфинов пока еще чересчур сложна, похоже,  для ее освоения человеком. Более простой путь к общению – это освоение дельфинами человеческих технологий. Вроде планшета iPad.

В июле этого (2010) года группа исследователей-дельфинологов SpeakDolphin.com из г. Майами, Флорида,  начинает большой цикл экспериментов с целью установления устойчивой двусторонней формы общения между человеком и дельфинами.

Данный проект был анонсирован в средствах массовой информации еще в мае, когда лидер группы Джек Кассевиц (Jack Kassewitz) в сотрудничестве с молодым дельфином-двухлеткой по имени Мерлин, постоянно живущим в мексиканском дельфинарии Dolphin Discovery, продемонстрировали принципиальную возможность использования сенсорного планшета iPad в качестве своеобразного транслятора-переводчика при коммуникациях между различными биологическими видами.

Хотя в биологической науке в целом по сию пору нет единодушного согласия относительно того, можно ли вообще систему коммуникаций дельфинов называть «языком общения», у исследователей-дельфинологов на этот счет обычно никаких сомнений нет.

Джек Кассевиц, в частности, много лет работающий над изучением коммуникационных особенностей дельфинов, абсолютно уверен как в наличии у этих животных весьма развитого разума, так и чрезвычайно продвинутого языка общения друг с другом. Язык этот, правда, по причинам давно разошедшихся путей эволюции, мало похож на человеческий.

Новейшие результаты исследований позволяют предполагать, что сложной структуры высокочастотные звуки, издаваемые дельфинами под водой, способны передавать информацию, которая в терминах физики является, по сути, акустической голограммой.

Поскольку люди обычно не общаются голограммами, но тоже могут объясняться картинками-символами,  Кассевиц ныне вплотную занялся проектом по созданию такого символьного языка, который и дельфины, и люди могли бы использовать хотя бы для примитивных коммуникаций друг с другом.

Конечно, куда заманчивее было бы создать технику, генерирующую и воспринимающую акустические голограммы дельфиньего языка, однако это, видимо дело достаточно отдаленного будущего.  Мы же сейчас находимся лишь в самом начале данного пути.

Одним из важнейших прорывов к пониманию сути и к дешифрованию языка дельфинов можно, наверное, считать недавнее, 2008 года британо-американское исследование, проведенное SpeakDolphin.com совместно с английским инженером-акустиком Джоном Стюартом Рейдом (John Stuart Reid). В  ходе  этого проекта были получены первые адекватные и сделанные в высоком разрешении изображения тех звуков, что дельфины издают в воде.

Ключевым элементом технологии, на которую опирались исследователи, стал так называемый КимаСкоп (см. сайт CymaScope.com) – новый инструмент акустического анализа, сконструированный Рейдом и раскрывающий внутренние подробности в структуре звуков, что позволяет изучать их как картинку-паттерн.

(Для общей информации здесь следует, наверное, пояснить, что «кима» – по-гречески «волна». От этого корня пошло название «киматика» – направление акустики, занимающееся визуализацией звуков и вообще колебаний. Наиболее известным примером киматического направления исследований являются «фигуры Хладни» – разнообразные фигуры-узоры, формируемые песчинками, рассыпанными на поверхности колеблющихся мембран.)

По сути дела, в основе кимаскопа Рейда лежит тот же принцип, что и у мембран с фигурами Хладни, только в этом приборе в качестве мембраны используется поверхностное натяжение воды ( «потому что вода реагирует быстро и способна раскрывать сложные структуры в форме звука», как комментирует конструктор). Затем все эти тонкие детали вибраций могут быть зафиксированы с помощью цифровой камеры.

Предшествовавшие технологии для анализа звуков дельфинов обычно использовали спектрограф, отображающий звуки китообразных (китов и дельфинов) просто как графики изменений частоты и амплитуды сигнала во времени. Такой подход огрублял и искажал результат, существенно затрудняя анализ, поскольку в действительности звуки китообразных имеют более сложную объемную структуру.

Кимаскоп же, как полагают его создатели, регистрирует реальные звуковые вибрации, впечатанные в естественную среду обитания дельфинов, т.е. в воду, раскрывая весьма замысловатые визуальные детали в структуре издаваемых животными звуков.

Получающиеся на выходе кимаскопа снимки-кимаглифы, как их назвали, – это куда более точные и стабильно воспроизводимые в сигналах дельфинов структуры, которые как предполагается, позволят сформировать базис лексикона дельфиньего языка, где каждый паттерн представляет собой дельфинье «картинку-слово».

Результаты исследований мозга дельфина свидетельствуют, что области обработки акустической информации занимают там примерно такую же относительную долю, как в мозге человека – области обработки важнейшей для него визуальной информации.

Как поясняет Кассевиц, имеются сильные свидетельства тому, что дельфины способны «видеть» посредством звука – примерно подобно тому, как люди используют ультразвук, чтобы увидеть еще нерожденное дитя в материнской утробе. Читать «Межвидовое общение» далее

(Декабрь 2012)

«Проникновенье наше по планете особенно заметно вдалеке»… Строки известной песни Высоцкого принято вспоминать по самым разным поводам. Нынешний повод – одновременно и возвышенно-космический, и страстно-эротический, и юмористически-бытовой. Как сама жизнь.

Мы и вселенная

В эпическом сериале Cosmos, чрезвычайно популярной в свое время научно-популярной ТВ-передаче Карла Сагана о космических исследованиях, многим запомнились такие вдохновенные слова: «Какая-то наша часть знает – это то, откуда мы пришли… Мы мечтаем о возвращении. И мы можем это сделать. Потому что космос также и внутри нас. Мы все сделаны из звездного материала. Мы – это способ для космоса познать себя»…

С подачи астронома Сагана цепляющий термин Star-stuff –  «Звездный материал» – впоследствии у кого только не мелькал. Как краткий и очень поэтичный способ напомнить человеку о его космическом происхождении.

Ныне же, однако, с подачи нашего соотечественника, физика и компьютерщика Дмитрия Крюкова, появилась новая идея примерно в том же ключе. Быть может, не столь поэтичная, но в каком-то смысле даже более сильная

То, чем стал человек в результате миллионов лет эволюции – это все же несколько больше, чем просто химические элементы, из которых сделаны все планеты, звезды и галактики. Появляются свидетельства, что структура нашего мозга, а также нетривиальные вещи, которые мы с помощью этого мозга создаем – структуры типа интернета, социальных сетей и так далее – по сути своей аналогичны той структуре, что лежит в основе самой вселенной…

Именно таковы, в частности, результаты исследования, недавно опубликованные научным журналом  Nature Scientific Reports в статье под названием «Сетевая космология» (Krioukov, D. et al. «Network Cosmology», Nature Scientific Reports, v.2, p.793, 2012,  http://arxiv.org/abs/1203.2109).

Подробности о сути этой любопытной работы, проделанной интернациональным коллективом из 6 ученых, будут изложены чуть далее, а здесь – рассказ об одном из главных ее соавторов.

Выпускник Санкт-Петербургского университета, физик-теоретик по базовому образованию и старший научный сотрудник Калифорнийского университета Сан-Диего по нынешнему роду занятий,  Дмитрий Крюков живет и работает в США уже почти 20 лет. Широкая известность в стране и мире, однако, пришла к нему лишь совсем недавно. Причем при обстоятельствах столь необычных, что они заслуживают отдельной истории. Читать «Наши люди в Калифорнии» далее

(Февраль 2002)

Работа в форме забавы под названием: «А потом прихожу я и говорю вот что…»

Года два тому назад, когда газета «Нью-Йорк Таймс» брала у знаменитого британского ученого Роджера Пенроуза интервью в его рабочем кабинете в Оксфорде, журналистка не могла не обратить внимание на игрушки, тут и там рассованные по комнате. «Зачем это вам здесь?» — последовал вопрос. В ответ на него Пенроуз рассмеялся и обронил: «Наука и забава — вещи неразделимые»…

Довольно сложно пройти мимо того факта, что смысл этого диалога практически точно был воспроизведен тогда же, в 2000 году, и опять же в оксфордских декорациях, но только совсем другими людьми — профессором Дэвидом Дойчем и бравшим у него интервью Леонидом Левковичем-Маслюком.

Дойч сообщил, что работает почти исключительно дома. И тут же уточнил,что «работаю» — это не очень удачное слово для его занятий. Он скорее просто «делает то, что хочется». Решает задачи, смотрит телевизор, программирует, снимает анимационные фильмы, играет в компьютерные игры. Все эти занятия для него, собственно говоря, являются одним и тем же…

Когда слышишь такие признания, невольно всплывает слово «Лила». В индуистской философии этим термином обозначают разворачивающийся процесс познания Абсолютом самого себя. «Лила» с санскрита переводится как «забава» или «игра».

Наверное, не случайность, что эту «божественную игру» постижения себя и природы столь естественным образом осваивают наиболее яркие мыслители человечества. Один из них, безусловно, и «рыцарь науки» сэр Роджер Пенроуз — математик и физик, автор книг и преподаватель. Ученый, отмечающий в этом (2002) году свой 70-летний юбилей и считающийся одним из наиболее видных среди ныне живущих последователей Альберта Эйнштейна.

В 1960-е годы Пенроузом в совместных со Стивеном Хокингом работах были заложены основы современной теории «черных дыр». На рубеже 60-70-х им начата огромная, продолжающаяся и поныне работа по созданию «теории твисторов», в конечном счете призванная свести в единую стройную систему гравитацию и квантовую механику.

В 1970-е ученый сделал удивительное открытие совсем в иной области, подарив миру «мозаику Пенроуза» (как стала она в итоге называться), позволяющую с помощью пары плиток весьма простой формы мостить бесконечную плоскость никогда не повторяющимся узором.

В 80-90-е годы Пенроуз всерьез взялся за проблемы человеческого сознания и искусственного интеллекта, написав две весьма необычные книги — «Новый разум императора» и «Тени разума», — без преувеличения всколыхнувшие не только научное сообщество, но и широкую публику.

Однако все это, в конечном счете, проявления одной и той же забавы ученого под общим названием «А тут прихожу я и говорю…» Читать «Игры, в которые играет Пенроуз» далее