Митио Каку — Физика невозможного
Введение
Книга «Физика невозможного» впервые издана на русском языке в 2010 г. и с тех пор выдержала пять переизданий. Автор, известный физик, футуролог, популяризатор науки Митио Каку, основываясь на прочном фундаменте классической физики и информации о новейших достижениях современной науки, рассказывает о технологиях, которые могут быть созданы в обозримом будущем.
Путешествия во времени и полеты в другие галактики, создание плаща-невидимки и телепортация, думающие роботы и чтение мыслей на расстоянии — это звучит фантастически, но, по мнению автора, может быть реализовано на практике и логично вписывается в контекст развития физической науки.
Эта книга охватывает множество областей науки. Важно, что автор писал ее не в тиши кабинета, а встречался и консультировался с выдающимися учеными и исследователями. Среди них нобелевские лауреаты, физики, биологи, астрономы, астронавты.
Эта книга помогает увидеть, в каком необычном мире мы живем, и понять, что будущее уже рядом.
Возможно ли невозможное?
Мы привыкли думать, что путешествия во времени, световые мечи, параллельные вселенные, чтение мыслей на расстоянии, невидимость, телепортация и телекинез являются уделом писателей-фантастов. Мы считаем, что это невозможно. Но в XIX веке даже ученые не верили в возможность создания ракеты и атомной бомбы, в реальность космических полетов и существование черных дыр, считали шарлатанством радио и рентген. Сегодня это стало реальностью. Мир вокруг изменился удивительным образом и продолжает меняться каждый день. Возможно, считая что-то невозможным, мы заблуждаемся.
Автор книги делит невозможное на три категории:
|
|
• То, что сегодня невозможно, но не нарушает фундаментальных основ физики и, следовательно, может быть реализовано в течение ближайших десятилетий или столетия.
• То, что может стать возможным для цивилизации более высокого уровня развития и может быть реализовано в течение следующих тысячелетий.
• То, что противоречит законам физики и может быть создано, только если эти законы изменятся.
Технологии, которые могут появиться в обозримом будущем
В начале XX века стало ясно, что теория Ньютона не может объяснить всю картину мира. Ей на смену пришли специальная теория относительности Эйнштейна и квантовая механика, и картина мира изменилась. В отличие от теории Ньютона время в этой системе может меняться в зависимости от скорости движения. Энергия эквивалентна материи. Процессы в мире частиц и атомов не имеют физических причин и подвержены случайности и вероятности. Открытия и технологии, о которых пойдет речь дальше, были созданы на этом фундаменте.
Можно ли стать невидимым?
Невидимость — это давняя мечта человечества и один из любимых мотивов в литературе и кинематографе. Героев-невидимок можно найти в книгах Платона и Жюля Верна, Ильфа и Петрова, Джоан Роулинг и Толкина.
Еще несколько лет назад ученые считали, что невидимость невозможна, так как противоречит законам оптики. Свет представляет собой электромагнитные волны. Твердые объекты поглощают и отражают свет, так как атомы в них находятся на очень маленьком расстоянии и не пропускают световые волны, в отличие от прозрачных жидкостей и газов, где расстояние между атомами больше.
|
|
Свойство невидимости возникает на уровне строения атомной решетки, поэтому чтобы сделать человеческое тело невидимым, нужно поменять его строение на уровне атомов. Для этого его пришлось бы превратить в жидкость, нагреть до температуры кипения, а затем резко охладить. Это невозможно. Значит, решение в том, чтобы покрыть тело оболочкой, которая сделает его невидимым. Такую оболочку можно изготовить из метаматериалов, над созданием которых ученые работают в течение последнего десятилетия.
Метаматериалы обладают особыми оптическими свойствами и в отличие от всего, что есть в природе, могут управлять показателем преломления света. Другими словами, они способны делать то, что раньше было невозможно, — изменять маршрут световых волн таким образом, чтобы они обтекали объект и снова собирались в пучок.
В 2006 г. британским ученым, работающим над созданием метаматериалов, удалось с помощью лазера на короткое время сделать объект невидимым для микроволнового излучения. В 2007 г. ученые смогли создать метаматериал, работающий в видимом диапазоне света. Им удалось решить сложную задачу, так как волны видимого света очень короткие — их длина составляет от 700 до 400 нанометров, а волны света могут огибать только объект, который меньше, чем длина волны.
Возможно, в течение нескольких десятилетий ученым удастся создать цилиндр из метаматериалов, так как это самая простая форма. Следующий этап — решение более сложной задачи — создание метаматериалов, которые будут облегать тело.
|
|
Как создать меч джедая?
Видимый свет, который нас окружает, состоит из волн с разными частотами и фазами, другими словами, он некогерентен и быстро рассеивается.
До середины XX века даже видные ученые были убеждены, что создать гораздо более мощный по силе воздействия пучок когерентного света в принципе невозможно.
Нобелевский лауреат Чарльз Таунс бился над задачей создания первого пучка когерентного света в атмосфере полного скепсиса. В него никто не верил, ему советовали перестать тратить деньги на бессмысленные испытания и заняться чем-то стоящим. Несколько раз он был на пороге отчаяния, но не оставил своих попыток, и в 1953 г. был получен первый поток когерентного излучения микроволн — мазер (по первым буквам — microwave amplification through stimulated emission of radiation, что значит «усиление микроволн через стимуляцию излучения»). Вскоре подобных результатов удалось добиться при работе с видимым светом — так появился лазер. Сегодня лазер используется почти во всех сферах науки и техники.
Если лазер получил такое широкое распространение во всех сферах жизни, а лазерное оружие широко используется в научной фантастике, почему его до сих пор не существует? И можно ли сконструировать любимое оружие поклонников «Звездных войн» — световой меч?
К сожалению, создать меч джедая из «Звездных войн» невозможно. Это противоречит законам физики: во-первых, свет нельзя сделать твердым, во-вторых, световой луч не может обрываться в пространстве, как показывают в кино. Но можно создать похожий на него световой плазменный меч.
Создание лучевого оружия в перспективе возможно, если удастся разработать портативные источники энергии высокой мощности. Пока их не существует. Решения стоит ждать из области нанотехнологий, которые позволят создать миниатюрные батареи с огромной энергоемкостью. Возможно, это произойдет в течение ближайших ста лет.