Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Конечно, крупному макроскопическому телу, как и верблюду сквозь игольное ушко, трудно пробиться в сверхсветовой мир, но вот микрочастицы, возможно, способны это сделать.

Это очень трудные для понимания вопросы. Даже специалистам тут многое не ясно, поскольку теории, объединяющей гравитационные и квантовые процессы, еще не создано и пока здесь простор и раздолье для всякого рода гипотез. В физических журналах их много. Какие из них верные — покажет лишь будущее.

А вот что случается среди окружающих нас «обычных» тел.

Явление, которого и быть не должно!

Это — уже упоминавшаяся поразительная и совершенно непонятная с первого взгляда способность микрочастиц проходить сквозь монолитные стенки- барьеры. Все равно как если бы насыпанный в плотно закрытую стеклянную банку горох вдруг оказался снаружи — никаких дырочек, а горошины чудесным образом просочились!

Если попытаться описать такой процесс с помощью формул школьной физики. то получится, что энергия и скорость частицы внутри барьера — мнимые величины. Какую-то долю секунды,— шутят физики,— частица проводит в «потустороннем мире»! Очень странное явление...

Чтобы хоть немножко приподнять завесу тайны и в самых общих чертах понять причину «чуда», вспомним основную идею квантовой механики — всякое тело, и большое и маленькое, является не только материальным объектом, но и волной. Его положение размазано по длине этой волны, другими словами, тело с некоторой вероятностью может находиться в том или ином участке пространства. У больших, массивных тел длина квантовой волны очень мала по сравнению с их размерами, и их положения фиксируются практически однозначно, зато обладающие большой длиной волны микрочастички «болтаются» в пространстве, как поплавок в полосе прибоя.

Сталкиваясь с препятствием, экраном или стенкой, квантовая волна, подобно световой, отражается не точно на границе раздела, а успевает чуть-чуть проникнуть вглубь препятствия, и если его толщина невелика, то часть волны оказывается за ним. В случае света мы говорим о полупрозрачном экране, а в квантовой механике — о некоторой вероятности, с какой микрочастица проходит сквозь непрозрачный барьер, о туннельном переходе. Это похоже на то, как радиоволны проходят сквозь стены домов. Абсолютно непроницаемый световой барьер становится подобным мутному, но все же пропускающему чуточку света стеклу.

Впервые с таким явлением встретились семьдесят лет назад, когда обнаружили, что заключенные внутри атомных ядер альфа-частицы вдруг иногда, подобно тем горошинам из банки, оказываются снаружи. Природу квантового туннелирования объяснили в совместной работе русский физик Георгий Гамов и венгерский физик-теоретик Эдвард Теллер, впоследствии ставший «отцом» американской водородной бомбы. Сегодня этот эффект используется практически — в различных полупроводниковых приборах, на нем основаны некоторые типы особо точных электронных микроскопов. Тем не менее до сих пор продолжаются споры о том, сколько времени частица проводит внутри барьера и как правильно измерять это время на опыте.

Скорость света в веществе меньше, чем в вакууме. Образно говоря, выбирая себе дорогу среди атомов, отражаясь и рассеиваясь, частицы света — фотоны — вынуждены проходить больший путь, чем их собратья в вакууме и, следовательно, несколько отстают от них. Поэтому, казалось бы, можно быть уверенным в том, что луч, которому приходится преодолевать экран, должен запаздывать по сравнению с беспрепятственно движущимся светом. Однако эксперимент неожиданно показал совершенно другое — оказалось, что внутри экрана свет бежит не медленнее, а быстрее, чем в вакууме! Другими словами, наблюдалось «движение света быстрее света» — перенос потока фотонов со сверхсветовой скоростью. С точки зрения современной физики результат совершенно невозможный, приводящий, как уже подчеркивалось выше, к ужасающим противоречиям.

Можно было бы не поверить опытам, посчитав, что тут мы имеем дело с какой-то экспериментальной погрешностью. Поначалу большинство физиков именно так к ним и относились — такого не может быть потому, что этого не может быть никогда! Однако после того как наблюдения были подтверждены физиками нескольких лабораторий - в США, Германии, Австрии, Италии,— сомневаться в их достоверности не приходится.

Американские физики изучали рассеяние света очень тонкими экранами. Их измерения показали, что свет преодолевает экран со скоростью, которая в 1,7 раза больше вакуумной, считавшейся до сих пор Максимально возможной. Как говорится, невероятно, но факт!