Текст книги "Тайны космоса"

Для Земли эти комья льда – диаметром всего несколько километров – в общем-то не представляют опасности: встречаются они довольно редко и быстро испаряются. Гораздо опаснее те ледяные глыбы-долгожители, что составляют так называемое облако Оорта. Хотя это облако находится довольно далеко оно в 100 раз дальше от нас, чем Плутон, – некоторые из ледяных махин порой смещаются к центру Солнечной системы и могут достичь Земли.

Препятствия пустоты. Если наш космический корабль благополучно минует эту область, увернувшись от огромных ледяных градин, несущихся ему навстречу, то перед ним откроется пустынное пространство. Впрочем, абсолютного вакуума здесь тоже нет: в каждом кубическом сантиметре этой пустоты хотя бы одна молекула газа да встречается. И все-таки космический вакуум в миллиарды раз «пустыннее» того, что создают в своих лабораториях ученые. В некоторых районах Вселенной – например, в так называемых темных туманностях (облаках частиц, укрывающих от наших взоров обширные районы Млечного Пути) – плотность вакуума еще ниже. Так, скажем, в туманности Угольного Мешка на 100 куб. м пространства отыщется всего одна-единственная частица. Однако сама по себе эта туманность настолько велика, что – несмотря на сверхнизкую плотность она содержит достаточно материи для формирования новых звезд.

К счастью, подобные туманности – «туманные мели» – легко заметить: всматриваясь в них, мы видим их, потому что… ничего там не видим. Путешествие сквозь эту туманность весьма любопытно: его можно сравнить с ездой на автомобиле по бесконечному неосвещенному туннелю. Тут не помогут даже самые мощные прожекторы. Им нечего освещать: в лучшем случае под давлением света отпрянет в сторону пара-другая пылинок. И более ничего! Всюду царит все тот же непроглядный мрак. Этак и в черную дыру угодить недолго…

Эти темные облака мешают распространению света и передвижению материи, способны отпугнуть космических путешественников – и в то же время они могут быть источником жизни! Согласно новейшим данным, облака состоят из фуллеренов – огромных молекул углерода (своего рода «футбольных мячей»), которые, словно русская матрешка, вставлены одна в другую. Вот главная их хитрость: тонкая пленка воды защищает эти молекулы от холода, царящего в безжизненной ледяной пустоте. Под давлением слабого ультрафиолетового излучения, испускаемого отдаленными звездами, углерод может реагировать с другими органическими компонентами, которые содержатся там же, в межзвездных облаках. Порой в результате реакций возникают сложные органические молекулы. Впоследствии они могут долететь до какой-либо планеты и осесть на ее поверхности, дав начало новой цепочке жизни.

Загадочные молнии. Впрочем, довольно говорить об этой странной туманности. Допустим, мы миновали ее. Теперь все трудности позади? Как бы не так! Расслабляться нельзя. Время от времени всю нашу Галактику пронизывают загадочные молнии гамма-лучей. Их называют еще Gamma-Burster («гамма-разряды»). Эти странные молнии вспыхивают на какието доли секунд, однако мощность их такова, что кажется, будто энергия целой звезды на один-единственный миг сосредоточилась в этих грозных галактических стрелах. Мы не знаем, где они возникают. Быть может, они вспыхивают за пределами галактик. Некоторые ученые полагают, что они рождаются в тот момент, когда материя внезапно сталкивается с остатками антиматерии. В любом случае они смертельно опасны для будущих космонавтов, ежели те не научатся защищаться от них.

Погружение в туманность. Не думайте, что все туманности на одно лицо, что любая из них мрачна и безжизненна, как туманность Угольного Мешка. Попробуем мысленно перенестись в туманность Орла астрономы именуют ее для простоты «Ml6». На этот раз наш полет будет напоминать скорее погружение в батискафе на дно диковинного моря. Повсюду фонтанами бьют клубы серных испарений. Все окутано зловещим дымом. Кажется, что мы проплываем мимо так называемых Черных Курильщиков – глубоководных гейзеров, обнаруженных не так давно на дне наших, земных океанов. Как только не именовали эти черные облака, замеченные в туманности Орла, специалисты, обслуживающие телескоп Хаббла! Эти прагматики и рационалисты до мозга костей называли их «волшебными замками», «космическими змеями», даже «подводными коралловыми рифами, вознесенными на небеса».

В созвездии Змеи – лететь до него 7 тыс. световых лет – еще одно диковинное творение природы: испаряющиеся газовые шары. Они возникли из газопылевых облаков. Ультрафиолетовые лучи, испускаемые звездами, отгоняли клубы этих облаков прочь. Теперь они исподволь уплывают подальше от звезд. Астрономы называют эти объекты EGGS (Evaporating Gaseuous Globules). Слово «egg», как известно, означает «яйцо». И в самом деле, шары скорее напоминают огромные яйца, из которых вылупляются… звезды. Как только оболочка яйца лопнет, звезда перестает расти и теперь сеет в пространство свет.

Не будем более задерживаться здесь. Такие отважные путешественники, как мы с вами, непременно должны побывать в Лагунной туманности, что раскинулась в созвездии Стрельца, в 5 тыс. световых лет от нас. Там бушуют ужасные бури. Все, кто смотрел фильм «Твистер» («Смерч»), легко могут представить себе этот космический катаклизм. Детали его показаны в фильме очень реалистично: торнадо, огромные черные воронки, синеватые клочья дыма, вихри, разметывающие и смешивающие ледяные облака газа и пыли. Горячие потоки сталкиваются с холодными истечениями газа. Аналогично возникают космические ураганы – красочные, эффектные и смертельно опасные для космонавтов.

В этой части космоса тоже зарождаются новые звезды. Например, в самом центре Лагунной туманности виднеется необычная звезда, напоминающая песочные часы.

Звезда-пистолет и прочие страсти. Тем временем нас занесло в очень неуютный край. Здесь не стихают ветры. Нас обдает потоками пыли, окутывает клубами тумана. Мы поднимаемся из «глубин» Лагунной туманности и приближаемся к Пистолетной звезде одной из самых массивных звезд известной нам Вселенной. Некогда она была тяжелее всех остальных звезд нашей Галактики: масса ее в 200 раз превышала массу нашего Солнца. Сегодня ее вес лишь в 60 раз больше, зато светит она в 10 млн раз ярче. Через 1-2 млн лет – для Вселенной это небольшой срок – она сбросит свои оболочки и, разогретая до 100 тыс. градусов, начнет стрелять зарядами плазмы. Сначала она прожжет дыры в пелене пыли, окружающей ее, а затем и взорвется. Так что будущим космонавтам следует держаться от нее подальше.

В отдаленных районах Вселенной можно встретить звезды, чья температура еще выше, чем у Пистолетной звезды. Речь идет о так называемых нейтронных звездах, или пульсарах. Первый из них был открыт астрономами в созвездии Тельца. Это – центральная звезда Крабовидной туманности. В 1054 году здесь вспыхнула Сверхновая звезда. Затем ее материя уплотнилась настолько, что протоны и электроны перестали существовать, превратились в нейтроны. Если бы космонавты, направившись к пульсару, решили взять пробу его грунта, то крохотный наперсток, наполненный его веществом, весил бы у нас на Земле столько же, сколько весит громадный линкор. Размеры нейтронной звезды малы. Так, ее диаметр может составлять каких-нибудь три десятка километров. Зато температура на ее поверхности достигает 1,2 млн градусов!

Пульсары стремительно вращаются: они успевают совершить до 30 оборотов в секунду. Одновременно они излучают сфокусированные рентгеновские лучи, напоминая обычный наземный маяк. Со временем они перестают пульсировать и умирают. Зато пока существуют, нейтронные пульсирующие звезды остаются самыми крохотными и самыми горячими объектами Вселенной.

Именно эти звезды, благодаря своему жесткому излучению, таят наибольшую опасность для людей, рискнувших отправиться в большое космическое путешествие. Вспомните, например, сколько неприятностей причинила уже потухшая нейтронная звезда героям фантастического романа И. А. Ефремова «Туманность Андромеды»…

А ведь ничего такого не случилось бы, имей космонавты на руках подробный прогноз вселенской погоды. Но тогда, правда, не было бы и романа…

Компьютер вместо звездолета

Итак, мы с вами убедились, что полеты на космических кораблях – далеко не лучший способ времяпрепровождения. Да и погода в космосе неважная… Но как же тогда осваивать космическое пространство, колонизировать другие планеты? Интересную идею подсказывают нам опять-таки фантасты и… шпионы.

Обмен разумов. Вспомните, во все времена у шпионов была одна главная трудность: чтобы успешно работать, они должны были удачно акклиматизироваться в стране своего пребывания. То есть, говоря иначе, благодаря легенде и «крыше», знанию местных наречий и обычаев они должны как можно меньше отличаться от местных жителей. Лучше всего стать в точности такими же, как и они.

Для достижения этой цели не брезговали никакими средствами, в том числе дело доходило и до подмены одной личности другой. Вспомните хотя бы, в «Тайне двух океанов», чтобы попасть на борт экспериментальной лодки «Пионер», шпион попросту убивает своего родственника и, пользуясь внешним сходством с ним, переодевается в его форму, использует его документы и т. д.

Нечто подобное, как ни странно, предлагают использовать разведчикам будущего и фантасты.

Тратя большую часть времени на пребывание в стенах корабля или какого-то убежища на поверхности планеты, выходя наружу лишь в неуклюжем скафандре, напрочь отгораживающем от местных условий, много не узнаешь. Это все равно что пытаться шпионить в клоунском наряде. На какое-то время маскарад спасает, но стать незаметным наблюдателем в нем вряд ли удастся…

И потому ныне переосмысливаются даже сами способы космических путешествий – стратегия, казалось бы отработанная веками. «Чем летать туда-сюда самому, не проще ли поменяться телами с кем-то из местных жителей» – такую идею, например, проводит в своей повести «Обмен разумов» известный американский фантаст Роберт Шекли. Путешественник, собирающийся посетить иные миры, дает объявление в галактической прессе и подыскивает себе кандидата на обмен, который бы хотел совершить встречное путешествие, то есть поглядеть на нашу матушку-Землю.

При этом Шекли вполне справедливо указывает на ряд преимуществ, получаемых таким путешественником. Так, вместе с телом, идеально приспособленным для местных условий, путешественник получает и ряд полезных инстинктов, сохраняющихся в подкорке и помогающих ему ловко двигаться в непривычном для него поле тяготения, потреблять местную пищу, не страдать от чрезмерной, на взгляд землянина, жары или, напротив, жуткого холода…

Правда, юморист Шекли не упускает возможности также указать, что в таком обмене, как и во всяком другом, есть свои недостатки. Например, в той же повести ловкий мошенник ухитрился одновременно поменяться телами с 12 существами из иных миров, и, когда их разумы прибыли, оказалось, что многим уже негде разместиться…

Ну а если серьезно, каким образом может быть осуществлен такой обмен на практике? Можно ли во обще перемещать в пространстве какие-то объекты, не используя традиционных средств доставки, начиная с обычной телеги и кончая суперфотонным звездолетом?

Теория телепортации. «Ну-ка лучани меня, Скотти!» – обращается герой нашумевшего в США фантастического боевика «Звездные походы» к своему коллеге и в мгновение ока оказывается за миллионы километров от своего корабля.

«Современных космических путешественников не устраивает добровольная отсидка в космической тюрьме», – столь резко, но, пожалуй, справедливо откомментировал один из экспертов НАСА происходящее в фильме. Действительно, никому уже не хочется лететь от звезды к звезде многие десятки лет. А потому, «путешествуя в иные миры, тело оставьте дома» – призывает, например, путешественников грядущего известный наш специалист в области космонавтики, доктор технических наук, профессор К. П. Феоктистов. И далее так развивает свою мысль.

Поскольку «ломиться» сквозь пространство с помощью звездолетов и прочих механических конструкций, как уже говорилось, бессмысленно – полученная информация все равно успеет безнадежно устареть, пока звездолет обернется туда-обратно, стоит, наверное, обратить внимание на другие способы, в частности, на путешествие разумных существ в виде пакетов информации. Говоря иначе, в космическое пространство отправляется «информационный двойник человека», отделяемый от него примерно так же, как сегодня отделяют информационное обеспечение, пакет программ от работающей с ними ЭВМ.

Если пакет информации – аналог личности передать по эфиру с одной станции на другую и на последней переписать заново в материальный носитель, то на далекой планете, в окрестностях дальней звезды появится этакий интеллектуальный «двойник» оставшегося на Земле исследователя. Он сможет действовать и удовлетворять человеческое любопытство точно так же, как это делал бы сам исследователь.

Принцип принципу рознь! Можно ли осуществить такой проект на практике? Доктор Самюэль Бронштейн, работающий в одном из подразделений всемирно известной корпорации IBM, полагает, что законы физики не препятствуют такому воссозданию на практике. Во всяком случае, к передаче первых атомов и субатомных частиц он и его коллеги намерены приступить уже через несколько лет.

«Как же так, – возможно, скажете вы. – Ведь еще недавно, согласно принципу неопределенности Вернера Гейзенберга, считалось, что нельзя с одинаковой четкостью определить и местоположение частицы, и ее заряд. А коли так, значит, копия на том конце линии связи будет весьма приблизительной, нечто вроде карикатуры на оригинал…»

Да, все это верно. Но специалисты ныне больше уповают на другой принцип – принцип корреляции Эйнштейна-Подольского-Розена. Свяжите вместе две субатомные частицы, гласит он, а потом разнесите на сколь угодно большое расстояние, и вы обнаружите, что частицы все равно копируют движения друг друга. Вот это явление и является ключом к телепортации.

Возьмем три субатомные частицы: А, В и С – в разных фазовых состояниях. Попробуем перенести на С состояние А, используя частицы В в качестве посредника. Для этого сначала сблизим В и С. Породнившись, они получат некую общность. Переправим частицу В отправителю, и он транслирует ее в пункт назначения. Здесь частица будет просканирована, получены все ее характеристики. Сама она при этом будет разрушена, но информация о ней полностью перейдет к получателю. И если он ознакомит с нею частицу А, имеющуюся у него, то вполне может получиться, что она станет идентичной частице С.

«Итак, – говорит доктор Бронштейн, – телепортация человека – всего лишь инженерная проблема. Принципиальных трудностей тут нет».

Эффект «спутывания» существует. Именно это подтвердила недавно в своем опыте группа австрийских физиков под руководством Антона Зайлингера. Воспользовавшись теоретической разработкой исследовательской группы американца Чарлза Беннета, опубликованной еще 5 лет тому назад, исследователи попытались воспроизвести все вышеописанные манипуляции на практике.

Итак, передача информации от частицы к частице возможна за счет так называемого эффекта «спутывания» (entanglement), стали рассуждать экспериментаторы. При этом не так уж важно, что мы до сих пор не понимаем, каким образом частицы, образующие пару, мгновенно узнают о перемене состояния друг друга. Ведь бывает порой и в нашей обыденной жизни, что близкие друг другу люди, например влюбленные, узнают о произошедшем с другим несчастье даже без помощи радио или телефонного провода. Посему давайте попросту постараемся изолировать эту пару частиц от постороннего воздействия и посмотрим, как они реагируют на перемену состояний друг друга…

В своей статье, помещенной в декабрьском выпуске 1997 года всемирно известного журнала «Нейчур», Зайлингер с коллегами пишут, что пара «спутанных» квантов света – фотонов – была создана ими за счет так называемой параметрической конверсии. Суть работы, занявшей 4 года, в общих чертах такова.

Австрийские физики пропустили частицу света фотон – через специальный кристалл. При этом фотон расщепился на два фотона, обладавших меньшими энергиями. Дочерние фотоны помчались дальше, но уже в разных направлениях. Несмотря на это, связь между ними сохранилась.

Для человека, незнакомого с квантовой механикой, такая взаимосвязь кажется чисто мистической. Однако эффект действительно существует на практике и выражается, например, так. Если бы физики измерили один фотон и обнаружили, что он коллапсировал, скажем, в состоянии вертикальной поляризованности, то о его партнере можно с уверенностью сказать, что он в тот же миг стал бы поляризованным горизонтально.

Взаимный коллапс происходит мгновенно и скоростью света – это-то и есть самое удивительное! – не ограничен. Но один коллапс для передачи информации использовать нельзя. Информация может быть извлечена только при декодировании квантового канала, дополненного неквантовым. Таким образом, получается, что система прививает какое-то определенное состояние частице-реципиенту практически без измерения, а значит, и без разрушения. Неизмеренное, оно тем не менее в закодированной форме отражается на второй частице, где бы она ни находилась.

Эйнштейн был не прав? Если у Зайлингера расстояние между двумя дочерними фотонами было невелико – эксперимент не выходил за рамки лаборатории, у физиков из Женевского университета, работавших в группе Николаса Гайзина, мы видим иную картину. Расстояние между двумя дочерними фотонами тут составило 10 с лишним километров – именно столько разделяет две деревушки в окрестностях Женевы – Делью и Берне. Одна находится на севере от Женевы, а другая – на юго-западе. С городом и между собой они связаны телефонной линией, сделанной из волоконной оптики. По волокну-световоду и помчались дочерние фотоны, образовавшиеся из расщепленного луча, пропущенного через кристалл ниобата калия, и достигли каждый своего детектора.

Как мы помним, согласно принципу неопределенности, невозможно одновременно узнать, какова энергия фотона и время, когда он вылетел из кристалла в Женеве. Более того, пока его не измерили, его состояние – смесь разных состояний.

Эйнштейн, которому претила всякая неопределенность, считал это абсурдом и в 1935 году предложил мысленный эксперимент, который ныне – спустя более 60 лет – удалось воспроизвести на практике.

Великому теоретику показалось, что принцип неопределенности отражает не истинное положение вещей, а всего лишь неправильно сделанные измерения. В терминах сегодняшних экспериментов его мысль должна выглядеть так: «Вы можете узнать энергию фотона, измерив энергию его партнера, а измерив время, когда партнер прибыл к месту своего назначения, вы узнаете, когда он покинул кристалл. Оба фотона вылетели из кристалла в один какой-то миг, и, хотя их энергия может быть неодинаковой, в сумме она составляет энергию родительского фотона. Никакой неопределенности, все можно узнать, если измерять, руководствуясь здравым смыслом, а не фантазиями. Измерения не могут внести в реальность никаких перемен. Она от них не зависит».

Эксперименты австрийских и швейцарских физиков опять-таки показали правоту квантовой механики. «То было торжество неопределенности над здравым смыслом и призраков над привычными представлениями о причинно-следственных связях», говорит Гайзин.

Теперь мы знаем: Алиса ревнует справедливо. Вообще-то говоря, опыты с фотонами начались еще в 1981 году, когда физик Аллен Аспек из Парижского университета впервые поразил своих коллег подобным фокусом. Но у него, как и у Зайлингера, фотоны разлетались всего на несколько метров. Теперь это расстояние увеличилось до 10 км, и результат остался неизменным. Посмотрим, каким он будет в 2005 году, когда Гайзин собирается довести расстояние между фотонами до 100 км – именно такова дистанция между Женевой и Берном, где когда-то в патентном бюро работал Эйнштейн.

Но уже сегодня, продолжая аналогию с влюбленной парой, мы можем перевести полученные результаты с языка физики на обыденный таким образом. Представим себе, что один из полученных фотонов экспериментаторы мысленно приписали к отправителю информации, Алисе, а второй – к получателю, Бобу. И наконец, существует третий участник эксперимента – некая Кэрол (в данном конкретном случае тоже замаскированная под частицу).

Как вы думаете, изменится ли состояние Алисы, если Кэрол сообщит ей, что видела вчера на дискотеке Боба, лихо плясавшего с какой-то блондинкой? Безусловно, да. Как и то, что, скорее всего, Алиса тут же всеми мыслимыми и немыслимыми способами даст знать Бобу, что она по этому поводу думает.

Так вот, экспериментаторы на квантовом уровне установили, что такая передача осуществляется мгновенно. После чего и принявшая информацию частица тут же переходит в другое состояние (Боб принимается извиняться и успокаивать Алису).

Как именно происходит передача информации, какой беспроволочный «телефон» тут работает, французским, австрийским и швейцарским исследователям разобраться пока не удалось. Быть может, об этом больше расскажут итальянские ученые, статья об эксперименте которых должна быть опубликована в одном из ближайших номеров другого престижного научного журнала «Физикал Ревью Леттерс»?..

Тем не менее многие научные эксперты, в том числе, например, академик РАН Виталий Гинзбург, полагают, что данные эксперименты с пересылкой квантового пакета открывают принципиальные возможности к дальнейшему исследованию телепортации на практике.

Правда, пересылки материальных объектов, а тем более людей, из одной точки пространства в другую уже завтра никто не обещает. «Например, чтобы с разрешающей способностью до 1 мм описать в трех измерениях только внешность какого-либо человека, требуется 10 гигабайтов компьютерной памяти, – говорит уже упоминавшийся нами доктор Бронштейн. – Для описания на субатомном уровне ее нужно несоизмеримо больше. И на трансляцию последовательности с использованием имеющихся ныне линий связи на передачу особенностей любой личности может уйти порядка… 100 млн веков!»

Таким образом, остается надеяться, что со временем ученые изобретут какие-то способы мгновенной сверхдальней связи, использующей каналы, пронизывающие пространство-время. Или возьмут на вооружение идею, опять-таки высказанную Константином Феоктистовым.

Возможно, мы не одни размышляем над подобной проблемой, полагает он. Очень может быть, что гдето там, у чужой звезды, представители иной цивилизации ломают голову (или что там у них для этого еще есть) над подобной же проблемой. И когда-нибудь поиски, ведущиеся с двух концов, увенчаются совместным успехом – информационный мост будет установлен.

Тогда в любой момент мы сможем послать сигнал на тот конец линии: «Ау, инопланетяне! Будьте готовы поменяться…» Отправим им информационную посылку, содержащую полное представление о каком-то землянине, а в ответ получим…

Что именно – это уж, наверное, повод для очередного фантастического сюжета. Основанного тем не менее на последних научных данных.