Если нет дирижера, то как может оркестр играть в унисон? А если оркестр состоит не из людей, а из маятников? Или из клеток-ритмоводителей сердца? А если из квантов? Книги, в которых ученый мирового уровня живым языком рассказывает о современной математике и физике, — это находка. И «Ритм вселенной» — одна из них. Выбрали любопытные отрывки.
В начале были светлячки
Представьте себе облако светлячков у реки, которые поначалу мерцают хаотично, а потом постепенно (парами, группами) начинают мерцать синхронно и в конце концов происходит невероятное — возникает волна синхронного мерцания и катится вдоль берега. Из хаоса рождается порядок. Это завораживает.
Эксперимент со светлячками и светодиодами. Источник
Но ученые не такие люди, сначала они молча любуются, но следующее их слово — почему? В каких случаях синхронизм неизбежен? Как именно связанные осцилляторы (объекты, автоматически совершающие циклические действия) синхронизируются? В конце концов, как все это можно применить?
Вообще, математики не всегда занимаются вещами, которые приносят немедленную практическую пользу. А впоследствии оказывается, что созданный ранее математический аппарат — то, что нужно для актуальных прикладных исследований.
SQUID
Яркий пример практического применения квантового синхронизма — прибор SQUID (сверхпроводящий квантовый интерферометр). Что он может:
- обнаружить сверхслабые излучения от дальних галактик;
- выявить места скрытой коррозии под алюминиевой обшивкой самолетов;
- найти нефтяные месторождения, залегающие глубоко под землей;
- определить местоположение опухолей в мозгу и аномальные электрические пути, ассоциирующиеся с аритмией сердца и очагами эпилепсии.
«С помощью SQUID можно измерять величины смещения, в тысячу раз меньшие атомного ядра, или магнитное поле, в 100 миллиардов раз более слабое, чем магнитное поле Земли».
Сложно найти красивую иллюстрацию SQUID (который не кальмар). Поэтому еще одна иллюстрация синхронизма — это птичья стая. Источник
И как это работает?
«Принцип действия SQUID основан на том, что изменения магнитного поля изменяют разность фаз между квантовыми волнами по обе стороны двух переходов Джозефсона и, следовательно, изменяют сверхтоки, туннелируемые через эти переходы».
Если цитата выше ничего вам не прояснила, не переживайте — это уже 186-ая страница. К этому моменту автор последовательно объяснит читателю и что такое квантовые волны, и что такое разность фаз между ними, и кто такой Джозефсон (удивительный ученый! Один из самых молодых нобелевских лауреатов в истории, сейчас занимается паранормальными явлениями). И, конечно, что такое сверхток.
Представьте бачок унитаза, наполняющийся водой. Когда вода достигает определенного уровня, она сливается — и бачок возвращается к исходному состоянию. Возникает своего рода спонтанный осциллятор. При этом бачок протекает через дырочку у дна, из-за которой он наполняется медленнее по мере повышения уровня воды.
Теперь представьте 10 тысяч таких осциллирующих бачков. Они соединены трубами каждый с каждым так, что когда происходит слив одного из них, происходит одинаковый подъем воды во всех остальных. И если дополнительная вода превышает пороговое значение в бачке, то он тоже сливается. Будут ли эти бачки наполняться и сливаться хаотически или войдут в синхронизм?
На какой уровень рассчитана книга?
Хороший вопрос. На мой взгляд, критерий хорошей книги — многослойное повествование. В этой книге оно есть:
- истории открытий и интуитивная прозорливость ученых (Норберт Винер высказал предположение, потом его развивали другие ученые, потом на автора нашло озарение в виде радуги из жидкостей, далее тупик в исследованиях, а потом, на одной конференции, нашелся профессор, который встал и сказал: «Постойте, это же не уравнения механики жидкости, а…» — ладно, без спойлеров).
- Математический, физический и биологический бэкграунд (формул нет, за них говорят симпатичные графики). Эти вставки под силу трудолюбивому читателю с любым уровнем подготовки. Главное сбавить в темп и иногда взять карандаш в руку (зато какой катарсис, когда во всем разобрался).
- Подробные объяснения и метафоры для сложных понятий (принцип работы лазера рассказывается через арбузы и табуретки).
- Описание всепроникающего синхронизма в природе и не только.
- И даже прикладная часть (иногда лучше лечь на полчаса позже, чем раньше).
Кто такой Стивен Строгац?
Получив PhD по физике в Гарварде, Строгац пять лет преподавал в MIT, а в 1994 году перешел в Корнелльский университет, где стал профессором прикладной математики. Он изучает теорию хаоса и самоорганизующиеся системы. Охват тем впечатляет: от сверхспециализации ДНК до графов «мир тесен».
Строгац — первоклассный рассказчик и еще лучший учитель.
(Из рецензии журнала Nature на книгу «Ритм вселенной»)
А еще у Строгаца много наград за преподавание и популяризацию науки, в том числе премия Американской ассоциации содействия развитию науки (среди лауреатов в разные годы — Карл Саган и Лоуренс Краусс).
Как минимум один эффект после прочтения книги я могу гарантировать. Вы будете с подозрением вглядываться в окружающие мир: «А не связанные ли это осцилляторы часом»?
По материалам книги «Ритм вселенной»
Обложка поста: pexels
