Фотонам время нипочем!

Революционное открытие в области квантовой физики сделала группа ученых из Женевского международного научного центра. При опытах с фотонами они обнаружили отсутствие привычного для физики понятия времени.

«Мы неожиданно увидели, что для парных фотонов, которые под воздействием лазера испускаются атомом, не существует времени и они продолжают взаимодействовать в совершенно иной и непонятной для классической физики сфере», — заявил руководитель экспериментов Антуан Суарес.

Опыт, проведенной женевской группой, основывался на достижении французского физика Алекса Аспека , который в 1981 году провел в Париже эксперимент, опровергший предположение Эйнштейна о сохранении законов классической физики на квантовом уровне.

Великий теоретик предсказал в 1935 году возможность вычисления положения в пространстве и силы импульса двух взаимодействующих фотонов. Первые сомнения относительно этого высказал еще Нильс Бор. Однако только Аспеку удалось найти доказательства ошибочности предположений Эйнштейна относительно законов квантовой физики и тем самым поставить под сомнение само классическое понятие пространства в отношении фотонов.

Ныне экспериментаторы пошли еще дальше и включили в эксперименты с парными фотонами изменение ключевого параметра — времени. Их результаты стали полностью неожиданными для самих ученых — оказалось, что парные фотоны взаимодействуют вне времени. Таким образом, находит экспериментальное подтверждение предварительный вывод о возможности на квантовом уровне существования частиц в двух и более пространственных точках одновременно.

Эксперимент женевских исследователей подтвердили и их датские коллеги из Орхусского университета. Им удалось провести несколько успешных опытов с отдаленными друг от друга облаками газов, состоящих из атомов цезия. В итоге выяснилось, что воздействие на атомы в облаке-оригинале мгновенно сказывалось на его дубликате.

Спрашивается, какой прок от всего этого? Мгновенно и синхронно изменяющиеся параметры в двух удаленных точках позволяют наладить великолепный канал связи. А возможность сверхскоростной передачи информации означает революцию не только в технике связи, но и в компьютерных технологиях. Открывается принципиальная возможность создания квантовых компьютеров, которые будут отличаться от своих предшественников примерно так же, как конторские счеты отличаются от современных ЭВМ.

Кроме того, в отдаленном будущем подобная технология, возможно, будет использоваться для квантовой телепортации. То есть, говоря совсем уж просто, в одном месте «разберут» объект на атомы, телепортируют их и где-нибудь за тридевять земель, на расстоянии тысяч или даже миллионов световых лет, мгновенно появится двойник первого объекта. И современные космолеты окажутся не нужны.

И. ЗВЕРЕВ

 

Как стать миллионером на решении задач?

В свое время мы рассказали о том, как была получена крупная премия за доказательство теоремы Ферма (см. «ЮТ» № 7 за 1997 г.). А книга, описывающая этот научный подвиг, стала бестселлером. И вот вам новый факт. В апреле сего года российский математик Григорий Перельман в аудитории Массачусетского технологического университета прочел своим коллегам цикл лекций, посвященных доказательству так называемой проблемы Пуанкаре.

Серое вещество мозга — большая ценность.

Она была сформулирована еще в 1904 году французским ученым Жюлем Анри Пуанкаре и затрагивает проблемы топологии. Этот раздел математики часто называют «геометрией на резиновом листе», поскольку она имеет дело со свойствами геометрических форм, которые сохраняются, даже если эта форма растягивается, скручивается, изгибается. Иными словами, деформируется без разрывов.

Топология особенно важна для изучения проблем теоретической физики, поскольку позволяет понять свойства пространства.

Проблема Пуанкаре рассматривает так называемую трехмерную сферу. Давайте попробуем представить этот странный предмет, разобравшись для начала со сферой двумерной. Чтобы получить ее, нужно взять плоский резиновый лист, вырезать из него диск и натянуть на некий трехмерный предмет, чтобы вся окружность диска оказалась собранной в одной точке. Наглядный пример тому — рюкзак, горловину которого затягивают шнуром.

А вот если попробовать той же резиновой пленкой обтянуть тор-бублик, то никоим образом не удастся затянуть узел в одной точке…

Так вот, проблема Пуанкаре гласит, что сфера — единственная трехмерная фигура, в которой любая замкнутая петля может быть сжата в точку.

Казалось бы: что здесь такого? Однако до сих пор никому не удалось доказать истинность этого предположения.

Для математиков решение важно еще и потому, что без доказательства трудно понять свойства гиперповерхности. И значительная часть топологии поэтому попросту не развивается.

Кроме того, судя по некоторым предположениям, наша Вселенная вполне может оказаться трехмерной сферой. Так что решение проблемы Пуанкаре весьма пригодилось бы и в космологии.

Эту гипотезу за прошедшее столетие пытались штурмовать неоднократно. Но безуспешно. Впрочем, 37-летнего Григория Перельмана это не остановило.

Г. Перельман

Впервые он заинтересовался проблемой еще в школьные годы, когда учился в знаменитой 239-й математической средней школе г. Ленинграда. По ее окончании, как участник международных математических олимпиад, он был зачислен на мехмат Ленинградского государственного университета без экзаменов, по результатам собеседования. В студенческие годы неоднократно побеждал на городских и всесоюзных математических олимпиадах.

Университет окончил с отличием и тут же поступил в аспирантуру при Санкт-Петербургском отделении Математического института имени В.А. Стеклова. Ныне кандидат физико-математических наук. Известен среди коллег работами в различных областях топологии и геометрии.

Если международные светила, тщательно проверяющие сейчас доказательства Перельмана, не найдут в его работе ошибок, он получит премию в 1 млн. долларов от Института математики Клэя.

С.НИКОЛАЕВ

Кстати…

ЗАДАЧИ ЕЩЕ ОСТАЛИСЬ…

Кроме гипотезы Пуанкаре, как сообщает журнал New Scientist, в перечне Института Клэя остаются другие задачи, за решение которых можно получить значительные премии.

Например, задача Навье — Стокса описывает потоки в текучих средах. Еще в 1821 году французский инженер и математик Клод Навье начал составлять уравнения для описания потока вязкой жидкости. Позже уравнения были усовершенствованы ирландцем Джорджем Габриэлем Стоксом и теперь известны как уравнения Навье — Стокса.

Именно они описывают те воздушные потоки, которые удерживают самолет в воздухе. И все же инженеры, создающие большие пассажирские лайнеры и космические «челноки», вынуждены и по сей день пользоваться приблизительными формулами для этих уравнений, рассчитывая их на компьютерах. Найти же точное их решение пока не удалось никому.

Причем, чтобы выиграть приз Института Клэя, даже не обязательно решить эти уравнения. Он достанется тому, кто первым докажет, что применительно к текучей среде в трехмерном пространстве существует такое решение уравнений Навье — Стокса, которое всегда истинно.

Другие задачи из призового списка Института Клэя на первый взгляд не имеют такой практической ценности, однако они по-прежнему не дают покоя математикам. А иногда и физикам.

Например, гипотеза Янга — Миллса о разрыве массы гласит: если элементарная частица обладает массой, существует нижний предел этой массы, которой она может обладать. Проблема занимает центральное место как в математике, так и в квантовой физике, поскольку объясняет, почему масса обладает квантовыми свойствами.

Для того чтобы объяснить разрыв массы, необходимо решить уравнения, которые объединяют все силы природы. И как только ученые получат ответ, в их распоряжении окажется «теория всего», создание которой наверняка заслужит Нобелевскую премию по физике.

PS. Одно из решений проблемы Пуанкаре представлено по адресу uk/sta ff/L Математически корректные условия задач, за каждую из которых обещан 1 млн. долларов, можно найти на сайте Института Клэя, США:

Приятно, что молодое поколение продолжает интересоваться математикой. И хорошо, что интерес этот ныне может быть стимулирован и финансово.