Наука не может существовать без потрясений и исследовательского азарта. В любое время ее питают Великие Идеи. Часть из них ошибочны — другие приводят к новым прорывам. Разработка таких идей и попытки их опровергнуть двигают науку вперед. Побочным результатом становятся достижения в технике и появление новых отраслей науки. Когда-то лучшие умы человечества будоражили идеи философского камня, флогистона, витализма или языка, на котором говорил Адам. Всё это давно на свалке истории, но заблуждениям мы обязаны нынешними успехами физики, химии, лингвистики и медицины.
Какие же идеи волнуют современных ученых? Предлагаем вашему вниманию подборку из 20 Великих Идей современной науки. Они находятся на самых разных стадиях своего развития. Некоторые уже вполне освоены и активно переносятся в повседневную практику, как например специальная теория относительности (СТО), некоторые до сих пор спорны, и, возможно, будут отброшены — как гипотеза Геи. Но все они, безусловно, представляют собой настоящее топливо для современной науки.
Темная энергия
Наша Вселенная находится во власти силы, которая, кажется, возникает буквально из ниоткуда. Известная как «темная энергия», эта сила сформировала сегодняшнюю Вселенную и ведет ее к неизвестному пока будущему.
Понимание этой причудливой антигравитационной силы — одна из самых сложных задач, стоящих перед учеными XXI века. В современном понимании существование темной энергии означает отличную от нуля энергию вакуума. Темная энергия заставляет нашу Вселенную расширяться с ускорением.
За последние несколько лет астрофизики нашли убедительное свидетельство того, что темная энергия присутствует повсюду по Вселенной. Изучение более чем 200 тыс. галактик позволило выявить эффекты темной энергии, влияющие на формирование и на распределение этих колоссальных звездных островов в пространстве. Загадочная темная энергия оттеснила силу тяжести на второе место среди доминирующих во Вселенной сил.
Данные зонда WMAP, изучавшего реликтовое излучение, говорят о том, что наша Вселенная состоит всего на 0,4% из звезд, планет и прочей «ощутимой» материи, на 3,6% — из межгалактического газа, на 22% — из темного вещества (очередная загадка — ведь оказывается, что основная масса материи Вселенной участвует только в гравитационном взаимодействии, не проявляя себя никак иначе) и на 74% — из темной энергии.
Это оказалось серьезным затруднением для астрономов, которые долго полагали, что . самая важная сила в космосе — та самая, что, по преданию, три с половиной века назад сорвала яблоко с дерева и ударила им Ньютона по голове. Но теперь считается, что приблизительно 7 млрд лет назад сила тяжести потеряла главное значение в определении окончательной судьбы Вселенной. Эта роль перешла к темной энергии. Проблема состоит в том, что никто не может сказать, почему и как.
Специальная теория относительности
В1905 году в немецком журнале вышла статья 26-летнего клерка из патентного бюро в Швейцарии, которая называлась неброско: «К электродинамике движущихся тел». Так начался год, который войдет в историю физики как «Год чудес», — ведь именно в этой статье были обнародованы основные положения специальной теории относительности Альберта Эйнштейна и, пожалуй, самая знаменитая формула Е = тс2.
В том же году было еще две эпохальные статьи Эйнштейна — по фотоэффекту и по броуновскому движению, однако главной все-таки стала СТО, которая полностью изменила представления о пространстве, времени и энергии. Недаром большинство физиков-фриков занимаются именно опровержением теории относительности, а количество экспериментальных подтверждений СТО не поддается учету.
Казалось бы, эта теория, с одной стороны, самая проверенная и укрепившаяся в науке среди наших 20 Великих Идей, с другой стороны, она, казалось бы, не имеет никакого практического применения. Что нам, обычным людям, с того, что при больших скоростях замедляется время, что скорость света постоянна и это максимально доступная нам скорость, или что крошечная масса может превратиться в огромное количество энергии? Однако точные координаты, которые выдает нам наш автомобильный навигатор, получены с учетом эффектов СТО, а атомные и будущие термоядерные электростанции реальны потому, что при таких реакциях часть массы превращается в энергию — строго по знаменитой формуле.
Квантован запутанность
О том, что это совсем новое веяние в физике, говорит хотя бы то, что у него нет устоявшегося русского названия. По-английски всё однозначно: Quantum Entanglement. А вот по-русски… Квантовая нелокальносгь, квантовая сцепленность, запутанные квантовые состояния… Кажется, постепенно побеждает термин «квантовая запутанность».
Известно, что один из главных принципов квантового мира — принцип неопределенности Гейзенберга, но которому нельзя одновременно точно измерить две описываемые некоммутирующими операторами характеристики квантовой частицы, например импульс и координаты. Квантовый мир оказался «размазанным» по вероятностям; частица существует во всех состояниях сразу, а измерение необратимо «схлопывает» эти вероятности до одной, но заранее предсказать точно характерне тики частицы невозможно. Помните кота Шрёдингера? В ящике с котом то ли есть, то отсутствует ядовитый газ, поступающий в ящик по команде распадающегося с вероятностью 50% атома. То есть кот одновременно и жив, и мертв до тех пор, пока мы не открыли крышку ящика. Великий Эйнштейн не мог смириться с таким «зыбким» миром, и в 1927 году в Брюсселе у него случился знаменитый спор с Бором. Именно тогда Эйнштейн бросил свою знаменитую фразу о том, что Бог не играет в кости, а Бор посоветовал ему не указывать Богу, что тому делать. Именно по итогам этой дискуссии восемь лет спустя появился знаменитый мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена, в котором физики вроде придумали, как завести в тупик принцип неопределенности. В эксперименте рождались две частицы с общими свойствами, а после того как они разлетались на достаточно далекое расстояние, исключающее взаимодействие, измерялись характеристики одной частицы. Поскольку вторая частица была связана («запутана») с первой, можно было определить и состояние второй…
Казалось бы, физическое жульничество великого ученого должно было сработать. Но уже в 1970-1980-х годах стало ясно: ничего подобного! В 2011 году швейцарские физики разнесли пару запутанных фотонов на расстояние 18 км, но одна из частиц всё равно мгновенно «чувствовала!», что физики измеряют параметры ее компаньонки. Если бы взаимодействие между ними происходило, оно распространялось, бы в 100 тыс. раз быстрее скорости света. Именно квантовое запутывание лежит в основе таких «модных» в физике и технике направлений, как квантовая телепортация, квантовый компьютер и квантовая криптография.
