Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 34 от 18 сентября 2007 года

Еще отцы-основатели квантовой механики понимали, что далеко не все гладко в самых основах их теоретических построений, которые вот уже скоро сто лет как успешно описывают все технически реализуемые эксперименты с микрообъектами. Эти проблемы еще в те времена были сформулированы в форме парадоксов, самый известных из которых, пожалуй, парадокс о коте Шредингера. Никто не наблюдал котов, находящихся в состоянии квантовой суперпозиции состояний ни жив ни мертв, хотя с точки зрения квантовой теории такое возможно. И с тех пор эти темные места квантовой теории не стали яснее. То есть количество различных точек зрения и хитроумных теоретических построений, разумеется, значительно увеличилось, но от этого легче не стало. Так толком и не ясно, каким образом по мере увеличения своей массы или числа частиц объект перестает вести себя по квантовым законам и начинает подчиняться классической теории.

Многие физики считают, что за переход от квантового к классическому поведению ответственно неизбежное и постоянное взаимодействие объектов со своим окружением, что приводит к так называемому коллапсу волновых функций, то есть к разладу тонких квантовых взаимосвязей внутри объекта. Именно это пока плохо описываемое взаимодействие и мешает практически реализовать квантовый компьютер разумных размеров. Другие специалисты утверждают, что за переход к классике ответственно хоть и относительно слабое, но все же существенное гравитационное взаимодействие. Благо квантовой теории гравитации до сих пор не создано, и поэтому опровергнуть эту гипотезу трудно. Есть и другие точки зрения.

А что же его величество эксперимент, который позволил бы выбрать из разных теорий верную? К сожалению, тут, несмотря на быстрый прогресс технологий, дела обстоят неважно. Слишком трудно подобрать для подобных экспериментов достаточно простую для теоретического анализа систему, реализовать ее технически и надежно исключить все мешающие взаимодействия. Но, возможно, скоро ситуация изменится.

Израильские ученые предложили поработать с осциллятором Дуффинга. Этот простейший осциллятор (то есть грузик на пружинке) с трением и кубической нелинейностью в возвращающей силе колеблется благодаря гармонической вынуждающей силе.

Осциллятор Дуффинга хорошо изучен и, несмотря на свою простоту, может демонстрировать весьма замысловатое поведение. Его колебания могут быть, например, хаотическими. В определенных условиях классический осциллятор Дуффинга имеет два устойчивых режима колебаний, между которыми он не может переключиться. Однако в тех же условиях его квантовый аналог способен мигрировать между режимами и колебаться в промежуточных состояниях. Это резкое различие в колебаниях осциллятора поможет уверенно различать квантовое и классическое поведение объекта и проследить за переходом между ними.

Оценки показывают, что подобный осциллятор можно реализовать, закрепив концы нановолокна весом 10—21 кг и вынуждая его колебаться – например, поместив волокно между обкладками конденсатора с периодически меняющимся на них напряжением. Такое волокно, охлажденное до 10 миллиградусов выше абсолютного нуля, должно демонстрировать квантовое поведение. Тогда, меняя температуру или другие параметры системы, можно будет детально проследить за таинственным переходом между ее классическим и квантовым поведением. Теперь остается надеяться, что найдется группа опытных экспериментаторов, которая возьмется за эту вроде бы вполне разрешимую, но весьма непростую задачу. Их измерения, возможно, прольют свет на одну из самых загадочных и важных проблем современной физики. ГА

Ученые из Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже предположили, что у черной дыры, которая верховодит в ядре нашей Галактики, еще недавно был спутник – другая черная дыра меньших размеров.

К таким выводам астрономы пришли, изучив десяток звезд, у которых обнаружилась сверхвысокая скорость движения относительно центра Галактики. У некоторых из них скорость достигает четырех тысяч километров в секунду – так разогнать далеко не мелкие светила под силу только сверхмассивной черной дыре. Все десять звезд наверняка покинут нашу Галактику, так как теперь их полету ничто не помешает.

По сути, исследуемые звезды совершили возле ядра Млечного пути тот же маневр, который используется нами в Солнечной системе: дабы придать межпланетным зондам нужную скорость, их траекторию прокладывают так, чтобы аппараты сближались с планетами и разгонялись за счет их гравитационного поля. Проследив направление движения звезд и расстояние до галактического ядра, астрономы провели расчеты и подготовили сценарии случившегося для каждой звезды.