Космос - «мир, вселенная и мироздание» (др. греческий), первоначальное значение - «порядок, гармония, красота».
Впервые термин Космос для обозначения Вселенной был применён Пифагором...









Интересные сайты:




Дрессировка кота, как средство познания мира

Оговоримся сразу: о котах как таковых, то есть о милых пушистых мурлыках, здесь не будет сказано ни слова. Речь пойдет о такой забавной разновидности научной деятельности, как мысленные эксперименты с участием котов, кроликов, обезьян и прочих живых (а иногда и неживых) существ. Ученые прибегают к мысленным экспериментам в основном для того, чтобы сделать некоторые свои неудобопонятные идеи более доступными для восприятия простого смертного.

Кто быстрее: Ахиллес или черепаха?

Зачинателем традиции мысленных экспериментов является, по-видимому, древнегреческий философ Зенон (V век до нашей эры). Знаменитый парадокс Зенона об Ахиллесе и черепахе служил его современникам отличным пробным камнем для понимания разницы между физической (непрерывной) природой движения и его математическим (дискретным, то есть разбитым на временные участки) представлением.

Суть парадокса заключалась в следующем. Пусть Ахиллес находится позади черепахи на расстоянии 1000 шагов. За то время, пока быстроногий Ахиллес пробежит это расстояние, черепаха проползет 100 шагов. Когда Ахиллес пробежит эти 100 шагов, черепаха проползет вперед на 10 шагов. Пока Ахиллес преодолевает расстояние в 10 шагов, черепаха продвинется на один шаг... ну, и так далее.

В общем, чисто математическое представление движения приводило к парадоксальному выводу: Ахиллес никогда не догонит черепаху!

Средневековый математик Леонардо Пизанский (1170-1250 годы), более известный как Фибоначчи, для прояснения смысла своего главного открытия - чисел Фибоначчи - предлагал «посадить в садок» пару кроликов, самца и самку.

Эти кролики каждый месяц производили на свет другую пару кроликов (тоже самца и самку), которые также начинали размножаться. Если предположить, что ни один кролик не мог умереть или удрать из садка, то с течением времени количество кроличьих пар как раз и будет представлять собой последовательность Фибоначчи: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34... - то есть ряд, где каждое последующее число равно сумме двух предыдущих.

С развитием теории вероятности популярнейшим участником мысленных экспериментов становится обезьяна. В силу того что обезьяна наиболее похожа на человека и может копировать некоторые его механические действия, она «усаживается» за пишущую машинку и начинает увлеченно молотить по клавишам.

Вопрос: может ли обезьяна, нажимая на клавиши совершенно случайным образом, в конце концов напечатать... сборник сонетов Шекспира? Как ни странно, да. Просто ей для этого понадобится очень-очень много времени. Значительно больше, чем время существования нашей Вселенной.

Демоны на службе у науки

Демон Максвелла

Помимо животных, ученые охотно привлекали к участию в мысленных экспериментах и разные мистические сущности - к примеру, демонов. Самыми известными из них считаются демоны Лапласа и Максвелла. И если демон Лапласа всего-навсего обладал полным знанием о каждой частице во Вселенной и потому мог, не напрягаясь, прочитать ее прошлое и предсказать будущее, то демон Максвелла был настоящим тружеником.

Известный британский физик и математик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879 годы), озабоченный, как и многие ученые того времени, неприятными ограничениями второго начала термодинамики (суть которого сводится к тому, что построить вечный двигатель невозможно), «посадил» своего демона в герметичный сосуд, наполненный газом и разделенный на две (верхнюю и нижнюю) половины.

После чего заставил его выполнять работу привратника: сквозь крошечную, размером с молекулу, дверцу в перегородке демон должен был пропускать вниз только быстрые молекулы газа. Медленные молекулы, перед носом которых демон захлопывал дверцу, обречены были оставаться в верхней половине сосуда. Понятно, что через достаточно долгое время газ разделится на две половины: холодный газ, состоящий из медленных молекул, в верхней части и горячий, из быстрых молекул - в нижней.

Вот вам и вечный двигатель, потому что разницу температур можно использовать для совершения полезной работы... Ура?! Как бы не так!

Все дело в том, что, когда мы имеем дело с объектами микромира, в данном случае с молекулами газа, их движение подчиняется законам не обычной механики, а квантовой - а там все происходит несколько иначе.

Так что вечный двигатель построить все-таки невозможно. Разобраться, в чем принципиальная разница между механиками и где лежит граница применимости каждой из них, ученым помог самый, наверное, знаменитый участник мысленных экспериментов и настоящий «мученик науки» - кот Шрёдингера.

Скорее жив, чем мертв...

«Мучить» кота с целью определить границу между классической и квантовой механикой придумал австрийский физик Эрвин Шрёдингер (1887-1961 годы).

В 1935 году он «посадил» пушистого бедолагу в закрытый металлический ящик. Туда же были помещены стеклянная емкость с синильной кислотой и некий механизм, разбивающий эту емкость в случае распада находящегося там же радиоактивного вещества. Вероятность распада в течение одного часа равна 50%. Если распад происходит, кот умирает. Если не происходит, кот остается жив. Стало быть, по истечении часа кот с равной вероятностью останется жив или умрет.

С точки зрения классической механики (и здравого смысла) все просто: через час открой ящик и посмотри. Не открыв ящик, мы не можем знать точно, жив кот или скончался в страшных мучениях. Но мы знаем, что кот находится в одном из двух возможных состояний - либо жив, либо мертв.

А вот с точки зрения квантовой механики, основным законом которой является принцип неопределенности, кот до момента открытия ящика находится одновременно в обоих этих состояниях - жив-мертв. Кроме того, он одновременно находится и внутри ящика, и где-то еще.

К тому же (еще один постулат квантовой механики) сам факт наблюдения за объектом изменяет его. То есть, открывая ящик и просто разглядывая кота, мы тем самым можем «перевести» его в другое состояние. Или телепортировать куда-нибудь. Возможно, даже частями...

Шутки шутками, а в квантовой механике все так и обстоит. Если бы реальный живой кот мог уменьшиться до размера элементарной частицы, ему пришлось бы ой как несладко!

Ну и какая от кота польза?..

И в самом деле, какая? Кроме теоретиков, рвущихся к пониманию основ мироздания, кому еще могут понадобиться черепахи Зенона, коты Шрёдингера, демоны Максвелла и прочая виртуальная живность?

Насчет демонов и черепах не знаем, а вот коты Шрёдингера, похоже, скоро найдут свое применение и начнут приносить не только теоретическую, но и практическую пользу.

Во всяком случае, на это рассчитывают российские ученые. Совсем недавно, в мае 2017 года, журнал Nature Photonics опубликовал на эту тему статью профессора Александра Львовского, начальника лаборатории квантовой оптики Российского квантового центра (РКЦ).

Коты, как известно, совершенно не стадные животные. Однако физики РКЦ разработали методику «дрессировки» котов Шрёдингера для того, чтобы несколько котов могли соединиться друг с другом и стать в некотором роде единым целым.

Речь здесь идет, разумеется, о микроскопических котах, которые полностью подчинены законам квантовой механики и пребывают одновременно в двух возможных состояниях: «кот жив» - «кот мертв».

В экспериментах роль котов играют пары частиц света - фотонов - с противоположной фазой электромагнитного поля (по аналогии с кошачьим «жив» - «мертв»).

Если удастся соединить очень большое количество таких световых «котов» в единое целое, то это целое, сохраняя свои квантовые свойства, может стать заметным даже невооруженному глазу - то есть перейти в область макромира.

Ожидается, что «мегакотов Шрёдингера» кроме чисто исследовательских целей можно будет использовать в качестве усилителей квантовых сигналов и «строительных блоков» квантовой памяти суперкомпьютеров будущего.

Ольга СТРОГОВА







Предыдущая     Статьи    











Друзья сайта: