Читать книгу "Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени - Митио Каку"

Эйнштейн, хоть и работал в Принстоне практически в изоляции, дожил до дня, когда общая теория относительности начала открывать перспективные направления исследований в космологии, теории черных дыр и гравитационных волн и в других областях. Однако последние годы его жизни были полны невзгод. В 1948 г. он получил известие о том, что Милева после долгой и трудной жизни, посвященной заботе об их душевнобольном сыне, умерла, судя по всему, от удара, во время очередной истерики Эдуарда. (Позже в ее постели было найдено 85 000 франков – очевидно, последние деньги, оставшиеся от продажи квартиры в Цюрихе. Они пошли на оплату содержания и лечения Эдуарда.) В 1951 г. умерла его любимая сестра Майя.

В 1952 г. скончался Хаим Вейцман – человек, организовавший когда-то, в 1921 г., триумфальное турне Эйнштейна по Америке и ставший президентом Израиля. После этого израильский премьер Давид Бен-Гурион неожиданно предложил пост президента Израиля Эйнштейну. Конечно, это была большая честь, но ученый был вынужден отказаться.

В 1955 г. Эйнштейн получил известие о том, что умер Микеле Бессо, помогавший в свое время оттачивать идеи специальной теории относительности. Эйнштейн трогательно писал сыну Бессо: «За что я больше всего уважал Микеле, так это за то, что он сумел прожить столько лет с одной женщиной, и не только в мире, но в постоянном единстве – то, в чем я, как ни печально, дважды потерпел неудачу… Так что в прощании с этим странным миром он еще раз опередил меня ненадолго. Это ничего не значит. Для тех из нас, кто верит в физику, это разделение на прошлое, настоящее и будущее – всего лишь иллюзия, хотя и весьма настырная».

В том же году, когда здоровье начало ухудшаться, Эйнштейн сказал: «Безвкусно продлевать жизнь искусственно. Я свое дело сделал; пора уйти. Я сделаю это элегантно». Эйнштейн умер 18 апреля 1955 г. от аневризмы (разрыва) аорты. После его смерти карикатурист Херблок опубликовал в Washington Post трогательный рисунок, где на Земле, видимой как бы из космоса, была помещена большая табличка с надписью «Здесь жил Альберт Эйнштейн». В ту ночь в газеты всего мира полетела по телеграфным проводам фотография рабочего стола Эйнштейна с рукописью его величайшей незавершенной теории – единой теории поля.

Глава 9

Пророческое наследие Эйнштейна

Биографы в большинстве своем игнорируют последние 30 лет жизни Эйнштейна, рассматривая их как нечто неловкое, недостойное гения, как пятно на его во всем остальном кристально чистой истории. Однако научный прогресс последних десятилетий позволил нам совершенно по-новому взглянуть на наследие Эйнштейна. Дело в том, что его работа была настолько фундаментальной, так перевернула само основание человеческого знания, что влияние Эйнштейна до сих пор ощущается в физике. Многие семена, посеянные Эйнштейном, прорастают только сейчас, в XXI в., прежде всего потому, что наши инструменты – космические телескопы, рентгеновские космические обсерватории, лазеры – стали достаточно мощными и чувствительными, чтобы проверить самые разные его предсказания, сделанные несколько десятилетий назад.

Можно утверждать, что крошки со стола Эйнштейна помогают сегодня ученым выиграть Нобелевскую премию. Более того, с появлением теории суперструн эйнштейнова концепция обобщения всех сил, служившая когда-то объектом осмеяния и пренебрежительных комментариев, в наше время выходит на центральное место в мире теоретической физики. В этой главе обсуждаются новые достижения в трех областях, где наследие Эйнштейна продолжает жить и править миром физики: это квантовая теория, общая теория относительности и космология, а также единая теория поля.

В 1924 г., когда Эйнштейн только написал работу по конденсату Бозе – Эйнштейна, он не думал, что это занятное явление будет обнаружено в сколько-нибудь обозримом будущем. Ведь для того чтобы все квантовые состояния коллапсировали в гигантский суператом, необходимо было охладить материалы почти до абсолютного нуля.

В 1995 г., однако, Эрик Корнелл из Национального института стандартов и технологии и Карл Виман из Университета Колорадо сделали именно это, получив чистый конденсат Бозе – Эйнштейна из 2000 атомов рубидия при температуре на двадцать милиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Кроме того, Вольфганг Кеттерле из Массачусетского технологического института независимо от них тоже получил конденсат Бозе – Эйнштейна, в котором было достаточно атомов натрия, чтобы проводить на нем важные эксперименты. Он доказал, что эти атомы демонстрируют интерференционную картину, соответствующую состоянию, когда атомы скоординированы друг с другом. Иными словами, они вели себя как суператом, предсказанный Эйнштейном более 70 лет назад.

После первоначального объявления открытия в этой быстро развивающейся области посыпались как из рога изобилия. В 1997 г. в МТИ Кеттерле с коллегами создали первый в мире «атомный лазер» с использованием бозе-эйнштейновского конденсата. Как известно, удивительные свойства лазерному свету придает то, что фотоны движутся в унисон друг с другом, тогда как обычный свет хаотичен и некогерентен. Поскольку вещество тоже обладает волновыми свойствами, рассуждали физики, поток атомов можно сделать когерентным; однако прогресс в этом направлении стопорился из-за отсутствия бозе-эйнштейновского конденсата. Теперь же физики достигли своей цели тем, что сначала охладили набор атомов и превратили их в конденсат, а затем направили на этот конденсат лазерный луч, который выстроил из атомов синхронизированный пучок.

В 2001 г. Корнелл, Виман и Кеттерле были удостоены Нобелевской премии по физике. Нобелевский комитет наградил их «за экспериментальное наблюдение бозе-эйнштейновской конденсации в разреженных газах атомов щелочных металлов и за первые фундаментальные исследования свойств таких конденсатов». Практическое применение конденсата Бозе – Эйнштейна еще впереди, пока идет лишь процесс осознания. Лучи атомных лазеров могли бы оказаться в будущем ценным инструментом в применении к нанотехнологиям. Возможно, они позволят манипулировать отдельными атомами и создавать слои атомных пленок для полупроводников в компьютерах будущего.

Помимо атомных лазеров некоторые ученые говорят о построении квантовых компьютеров (компьютеров, вычисляющих при помощи отдельных атомов) на основе бозе-эйнштейновского конденсата, которые со временем могли бы заменить обычные кремниевые компьютеры. Другие говорят о том, что скрытая масса, или темная материя, может отчасти состоять из бозе-эйнштейновского конденсата. Если это так, то именно в этом странном состоянии может находиться бо́льшая часть вещества Вселенной.

Кроме того, деятельность Эйнштейна вынудила квантовых физиков заново обдумать свою преданность первоначальной копенгагенской интерпретации этой теории. Еще в 1930–1940-е гг., когда квантовые физики радостно хихикали за спиной Эйнштейна, игнорировать этого гиганта современной физики было совсем несложно, ведь значительные открытия в квантовой физике делались едва ли не ежедневно. Кто готов был тратить время на проверку фундаментальных положений квантовой теории, когда физики спешили собирать Нобелевские премии как яблоки с ветки? Проводились сотни расчетов по свойствам металлов, полупроводников, жидкостей, кристаллов и других материалов, результаты которых легко могли привести к созданию целых промышленных отраслей. На остальное просто не было времени. Вследствие этого физики десятилетиями просто привыкали к интерпретациям копенгагенской школы, «заметая под ковер» не имеющие ответа глубокие философские вопросы. Споры Бора с Эйнштейном были забыты. Однако сегодня, когда на многие «простые» вопросы о веществе получены четкие ответы, гораздо более сложные вопросы, поднятые Эйнштейном, по-прежнему остаются без ответа. В частности, по всему миру проводятся десятки международных конференций, на которых физики заново рассматривают проблему кота Шрёдингера, упомянутую в 7-й главе. Теперь, когда экспериментаторы научились манипулировать отдельными атомами, проблема кота перестала носить чисто академический характер. Более того, от ее решения может зависеть конечная судьба компьютерных технологий, которыми определяется значительная доля мирового богатства, поскольку компьютеры будущего, возможно, будут работать на транзисторах, построенных из отдельных атомов.