Uskorenie sveta

[Iskatel']

Представьте себе, что вы стоите у окна и наблюдаете за тем, что делается на улице. Прохожие тоже ничего не упускают из виду. Вот ваше внимание привлек человек, начавший переходить улицу. Вы видите, как он ступает на ледяную корку, не заметив ее поскальзывается и падает. А прохожие, идущие по тротуару, видят в этот миг, лишь, как он приближается к опасному месту и даже еще не заносит ногу для рокового шага.

Возможно ли такое? Или нечто подобное?

Нечто подобное получается в экспериментах, о которых два месяца назад рассказали в журнале "Physical Review Letters" итальянские физики Даниэла Муньяи, Анедио Рафаньи и Рокко Руджиери. Такие же, только более эффективные результаты получил в своих экспериментах принстонский физик Ли Цзюван, работающий в корпорации "NEC". О его опытах рассказывается в одном из последних выпусков журнала "Nature". Методы, которыми пользовались итальянские ученые и Ли Цзюван, были различны, но цель у физиков была одна - превысить скорость света. И эта цель достигнута.

Всем нам со школьной скамьи известно, что скорость света в вакууме составляет около 300 тысяч километров в секунду, или, чтобы быть точными, 299 793 километра, и что это - предельная скорость для любого физического воздействия в нашей Вселенной. Ниже этой скорости может быть что угодно, но выше не может быть ничего. Это мировая константа, на которой зиждется специальная и общая теория относительности, вся теоретическая и экспериментальная физика, вся астрономия и космология.

Года два назад скорость света удалось понизить до скорости мотоцикла , то есть, до 60 километров в час. Сделала это в своей лаборатории в Кембридже, в штате Массачусетс физик Лина Хау. Она охладила свет почти до абсолютного нуля, заключила его в ловушку из лазерных лучей и замедлила до того, что стадо даже видно, как он мчится. Это было удивительно, но не невероятно. Никакие физические законы этого не запрещали.

Но замедлить это одно, а ускорить - другое. Можно ли сделать так, чтобы свет двигался быстрее самого себя? Речь идет только о самом свете, ибо что-либо иное не в состоянии ни догнать его, ни, тем более, перегнать. Так вот, оказывается, благодаря особой комбинации атомных и электромагнитных эффектов, свет может ускорить свое движение не на какую-нибудь там тысячную или сотую долю процента, а в 300 раз. И мы увидим, как основная часть его импульса покидает экспериментальную камеру раньше, чем она успевает в нее войти. То есть, произойдет то же самое, что и с поскользнувшимся человеком, которого наблюдали прохожие на улице и мы с вами у окна. При этом, если верить экспериментаторам, теория Эйнштейна останется незыблемой и мир науки не рухнет.

"Экспериментаторы признают это не без сожаления", -говорит Раймонд Чао, профессор физики Калифорнийского университета в Беркли. В глубине души им очень хотелось отыскать какую-нибудь трещинку в теории относительности, но из этого ничего не получилось, хотя покушение на скорость света, видимо, удалось. Не получилось, прежде всего, потому что принципиально невозможно передать сообщение о предстоящем падении человека со скоростью большей, чем 300 тысяч километров в секунду. Иначе говоря, если вы уже и увидели, как человек падает, его падения вам не предотвратить. Воздействовать на прошлое можно разве что только в научно-фантастическом романе.

[Iskatel']

Но сам по себе свет может путешествовать с большей скоростью, утверждают экспериментаторы. Таков парадокс. В опытах Ли Цзювана это происходит в прозрачной камере, наполненной газообразным цезием. Обыкновенный луч лазера падает на камеру и возбуждает атомы цезия. Затем на камеру наводится другой луч и проходит через нее. По пути он отбирает у атомов цезия некоторое количество цезия и усиливается. Во всем этом нет ничего особенного, если не считать, что усиление становится возможным лишь тогда, когда луч будет настроен точно на определенную длину волны. Искусно манипулируя длинами волн экспериментатор побуждает цезий придать световому импульсу необходимое ускорение.

Удивительно то, что еще до выхода из камеры световые импульсы успевают отдать цезию занятую у него на время энергию, так что выходящий из камеры импульс ни по интенсивности, ни по форме не отличается от входящего. Но еще удивительнее то, что он покидает камеру еще до того, как входящий импульс коснется камеры: упавший на лед еще и не начинает падать!

В принстонских экспериментах выходящий из камеры импульс успевает пролететь 20 метров, прежде чем входящий импульс достигнет камеры. Это расстояние соответствует 60 миллиардным долям той секунды, за которую свет совершает свое известное из учебников путешествие в вакууме. Свет обогнал сам себя в 300 раз. у итальянцев результаты скромнее. Их прибор основан на отражающей оптике, которая создает микроволновые импульсы, движущиеся на короткие дистанции со скоростью в 375 тысяч километров в секунду. Так же, как и Ли Цзюван, итальянские ученые уверены, что хотя сверхсветовая скорость и реальна, информацию из настоящего или будущего в прошлое передать невозможно. Единственный, кто убежден в обратном - это Гюнтер Нимиц, физик из Кельнского университета. Он считает, что ничего невозможного в этом нет, но времени на прочтение информации уйдет столько, что весь эффект пропадает.

Что же касается быстродействия компьютеров, мысль о которых приходит в голову всем, кто хотя бы на минуту задумывается о сенсационных экспериментах, то, по мнению большинства специалистов, скорость света в вакууме навсегда останется принципиальным пределом для любого сигнала.

Но как же получается, что свет обгоняет сам себя, да еще во столько раз? Уж не иллюзия ли это?

По мнению некоторых физиков, в том числе и самого Ли Цзювана, свет может ускоряться в камере до такой степени, что нам даже трудно себе это вообразить. Но что же это за свет? Ведь его импульс выходит из камеры до того, как туда войдет. Может быть, это два разных импульса, так сказать, разных света? Недаром и Ли Цзюван, и его итальянские коллеги признают, что все детали процесса преобразования входящего импульса в выходящий им еще неясны.

Да, это два разных световых импульса, полагают другие ( и их большинство). Вовсе не тот же самый импульс выходит из камеры, что входил в нее, а его преобразованный предвестник, поначалу невидимый и никаким приборами не улавливаемый или почти не улавливаемый. Он как бы предупреждал камеру о грядущем прибытии основного лазерного импульса. В процессе сложных и мгновенных взаимодействий, суть которых еще предстоит разгадать, возбужденные атомы цезия, пользуясь информацией, содержащейся в форме и размерах предвестника, воссоздали световой импульс, ничем не отличавшийся от входящего, и выпустили его наружу. И не столь уж удивительно, что он выскочил из камеры еще до того, как основной импульс вошел в нее.

Казалось бы, такая интерпретация эксперимента снимает все противоречия. Но не попахивает ли это нарушением завета Оккама - старинного английского философа, призывавшего не умножать сущностей сверх необходимо и беспощадно отсекать их бритвой - завет получил название "бритвы Оккама". В самом деле, реален ли этот предвестник. Не слишком ли гипотетичен? С другой стороны, история науки знает немало случаев, когда сущности умножались по самым странным и так сказать "ненаучным" причинам, скажем эстетическим, и, тем не менее, оказывались необходимыми. По соображениям симметрии, например, Максвелл ввел в формулу лишний, на первый взгляд, член, а потом выяснилось, что он соответствует реальному явлению.

Заметим попутно, что свыше 30 лет назад в Физическом институте имени Лебедева Академии Наук СССР наблюдалось нечто подобное тому, что демонстрирует сегодня Ли Цзюван: атомы возбужденного газа испускали фотоны, а казалось, что это ускорился пришедший в камеру свет. Эффект был не так уж велик: скорость света "возросла" не в 300, а всего в 6 раз, хотя, будь это действительное ускорение, его стоило бы обсудить. Но тогда никто не подумал ни о предвестнике, ни, тем более, о трещинке в теории относительности, и фокус-покус был благополучно предан забвению.

www.svoboda.org

[Iskatel']

Изумивший мир эксперимент в Кембридже поставил российский ученый по российским же методикам

Главной научной сенсацией месяца стал опыт, проведенный в центре астрофизики Кембриджского университета. Его исследователям впервые в мире удалось остановить луч света, а затем вновь привести его в движение. Один из руководителей эксперимента, 29-летний российский физик, выпускник МФТИ Михаил Лукин, дал нашему корреспонденту эксклюзивное интервью.
- Михаил, как вы оказались в Америке?
- В 1992 году я был приглашен в аспирантуру Техасского университета. А после защиты диссертации об использовании лазеров для контроля за средой получил специальную стипендию от Гарварда на исследования.
- Откуда взялась идея эксперимента с задержкой света?
- Два года назад моему бывшему шефу по Техасскому университету Марлону Скалли исполнилось 60 лет. По этому поводу принято выпускать юбилейные сборники с работами учеников. Мы долго размышляли над темой. В ту пору было много разговоров о медленном свете - торможении его импульсов. Буквально за три дня до сдачи рукописи я и двое молодых коллег из Германии - Сюзанна Елин и Майк Фляйшхауэр - решили наконец, что будем писать о том, как остановить свет, и использовать это как способ сохранения информации. Примерно год ушел на теоретические обоснования. Опыты начали в апреле и уже к осени имели первые результаты, которые полностью подтвердили теорию.
- Почему местом эксперимента со светом стал именно центр астрофизики?
- Здесь как раз и занимаются атомами, молекулами, оптикой и спектроскопией высокого разрешения. Тут есть все оборудование.
- В прессе звучат самые фантастические характеристики вашей работы. Утверждают, например, что эксперимент опровергает теорию относительности. Говорят даже, что примерно так же можно остановить время...
- Это домыслы любителей сенсаций. Что произошло в действительности? Представьте себе обычный луч, направленный на какой-нибудь предмет. Импульс света вступает во взаимодействие с атомами, они возбуждаются, излучают энергию. Потом она теряется - в виде тепла, свечения. Мы приготовили специальную среду из сверхохлажденных паров рубидия. А затем с помощью контрольного лазера сделали ее электромагнитно проводимой. На нее и был направлен импульс света. Когда он достиг среды, мы отключили контрольный лазер. Импульс замедлился до нуля, фотонов не стало. Но информация сохранилась внутри возбужденной среды. И если опять включить контрольный лазер, тот же импульс продолжит свое движение с прежней скоростью - примерно 330 тысяч километров в секунду. Вот, собственно, и все.
- Газета «Нью-Йорк таймс» рассказала о вашем эксперименте на первой полосе, вслед за этим пресса всего мира сообщила о нем как о научной сенсации с большим будущим...
- Не уличайте меня в ложной скромности, но на самом деле значимость работы раздута. Сделан маленький шажок в маленькой области. Хотя реализация идеи в полном виде таит в себе интереснейший потенциал и может принести крупные результаты.
- Действительно ли, как считают научные комментаторы, ваш опыт означает шаг к революции в компьютерных технологиях?
- Это скорее дело инженеров, а мы занимаемся чистой наукой. Но опыт указывает на принципиально новые возможности хранения и обработки информации. Хотя путь к ним от лабораторного опыта огромный, он займет годы и даже десятилетия.
- Так или иначе, этот эксперимент принес вам известность в научном мире, в свои 29 лет вы без пяти минут профессор Кембриджского университета. Есть ли в этом заслуга российской школы?
- Без всяких сомнений! МФТИ был и остается первоклассным вузом. Ряд использованных нами методов базируется на идеях и разработках профессора Владлена Летохова из Института спектроскопии Российской академии наук. Когда два года назад двое американцев и француз получили Нобелевские премии за лазерное охлаждение, многие считали, что и Летохов должен был быть в числе лауреатов. Почти все знания о подходах к эксперименту я получил, сотрудничая с группой замечательных ученых Физического института имени Лебедева.
- И не парадокс ли при этом, что удививший мир эксперимент по российским методикам поставлен российским ученым... в Америке?
- Обедневшая отечественная наука сегодня держится лишь на ветеранах старой закалки... Я реально оцениваю ситуацию: поверьте, окажись у МФТИ средства на исследования, и они справились бы с той же самой задачей за какие-нибудь два года.

www.kp.ru