Вопрос на засыпку. Как заставить мозги шевелиться

Возможно, мы бы даже смогли определить время появления письменности в различных частях мира, ориентируясь по датам первых записей о спорте. Разве это не потрясающе: прочитать первое клинописное сообщение о финальном матче, состоявшемся в шумерском городе Эриду около 6000 лет назад? Вполне вероятно, мы смогли бы узнать о развитии бумажного дела, книгопечатания и о многом другом.

В самом деле, возможность узнать об истории, которая открылась бы, окажись у наших современников все записи, связанные со спортом, привела бы в восторг любого ученого. Разумеется, мы бы не обнаружили многих фактов, которые сейчас широко известны: мы лишились бы информации о бессчетном количестве судеб, не смогли бы мы узнать и тех мелких деталей, что придают истории интерес и разнообразие. Но, по крайней мере, мы сумели бы увидеть общую картину, а также постичь множество вещей, о которых сегодня не имеем представления. Поэтому будем надеяться, что в один прекрасный день мы найдем полный перечень соревнований Древнего Китая по крикету или архивы Лиги набегов викингов. Нам нужна только победа, сыны Одина…

Как мы видим сквозь стекло? (Физика, Кембридж)

Если вы человек религиозного склада, можете ответить «гадательно», тем самым закончив цитату из послания апостола Павла коринфянам, в которой дано рассуждение о нечеткости нашего восприятия Бога[33]. Впрочем, научный ответ на этот вопрос столь же расплывчатый, как и теологический.

Данный феномен кажется простым и хорошо знакомым, и, с одной стороны, так и есть. Стекло прозрачно и позволяет лучам света проходить сквозь себя, а другие твердые субстанции непрозрачны и препятствуют прохождению света. Но если вдуматься, можно понять, что все не так уж просто. Глядя сквозь стекло, мы видим поток света без искажений, как будто бы нас и свет ничего не разделяет. Однако стекло – твердый материал. Почему же свет проходит только сквозь стекло, но не сквозь другие твердые вещества?

Один из возможных ответов кроется в мире передовой квантовой физики, или, если точнее, в инфернальном мире квантовой электродинамики, сокращенно КЭД. Она изучает взаимодействие света и материи, а основоположником этой науки выступил около полувека назад Ричард Фейнман.

В КЭД необходимо помнить, что свет иногда надо представлять как потоки невообразимо малых лишенных массы частиц, называемых фотонами, – впервые это понял Эйнштейн. Когда свет падает на подоконник (или на любую иную твердую поверхность), представьте себе, как множество маленьких фотонов попадает в поле атомов подобно тому, как толпа взбунтовавшихся солдат убегает в лес.

В центре каждого атома находится ядро. Его размер по отношению к атому, по меткому сравнению знаменитого физика Эрнеста Резерфорда, подобен размеру мухи в королевском концертном зале. Поэтому шансы на столкновение протонов и электронов крайне малы.

Однако ядро окружает вращающееся облако мелких заряженных частиц, называемых электронами. Если представить электроны и фотоны в виде бильярдных шаров, то они будут настолько смехотворно малы, что шансы на столкновение фотонов с электронами окажутся еще меньше, чем с ядром (две мухи в Лондоне могут случайно столкнуться с куда большей вероятностью). Казалось бы, в таком случае даже кирпич должен быть прозрачным. Но фотоны обладают электромагнитными свойствами, как и электроны, и при приближении к атомам их электрические поля вступают во взаимодействие.

При столкновении света с материей фотоны редко проходят через нее. Как правило, они притягиваются электронами – если и дальше пользоваться аналогией с лесом, то это как если бы наших беглых солдат поймали на опушке, – и электроны забирают их энергию. В случае с непрозрачными веществами большая часть этой энергии превращается в тепло – именно потому стены нагреваются на солнце. В случае с оконным стеклом, однако, большинство электронов лишь приходят в возбужденное состояние на короткий срок, после чего «отпускают» оставшуюся энергию в виде новых фотонов, как правило, с идентичной энергией.