100 великих научных открытий

Ныне сформировалась целая наука — квантовая информатика, одним из законов которой является невозможность клонировать кубит (квантовый бит). Данная единица информации хранит в себе не одно какое-то состояние (0 или 1, включено или выключено, заряжено или не заряжено и т. д.), а наслоение этих состояний, что в традиционной технике осуществить нельзя. Так вот, даже если мы соберем все данные о некоем квантовом объекте, то создать второй такой не сможем. Ведь появление двух одинаковых кубитов влечет за собой парадокс квантовых близнецов, и, чтобы ликвидировать его, нужно задать копиям разные параметры: расположение в пространстве и времени, фазы и пр. Или же попросту уничтожить «оригинал». То есть совершить телепортацию.

Ученые обещают, что компьютеры, сконструированные на основе квантовой телепортации, будут вмещать намного больше информации, по сравнению с обычными машинами, и расходовать при этом в разы меньше энергии. Вместе с тем повысится опасность вирусов, ведь телепортация предоставитвозможность квантовым вредоносным программам жить за пределами компьютеров.

Более того, ученые полагают, что люди могут научиться «телепортировать» мысли друг другу. Думая о ком-то, мы посылаем этому человеку электромагнитные кванты. Адресат, конечно же, знает о нашем существовании, поэтому его квантовые частицы спутываются с посланными, в результате чего его мозг считывает информацию. Возможно, если мы натренируемся управлять нашим сознанием, то чтение мыслей станет вполне реальным.

Искусственная радиоактивность

О том, что крошечные атомные ядра могут выделять мощнейшую энергию, мир узнал в 1945 г., когда были сброшены первые атомные бомбы. Один американский журналист даже пророчил появление автомобилей, работающих на атомных двигателях, и полный отказ от добычи угля: мол, производить энергию из атомов намного дешевле. Впрочем, такие прогнозы оказались слишком преждевременными. На создание ядерного реактора ушло несколько десятков лет, полных проб и ошибок.

Собственно, начало ядерной энергетике было положено в 1939 г., когда немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман открыли деление урановых ядер при столкновении с нейтронами. Уже через месяц участники вашингтонской конференции то ли в шутку, то ли всерьез завели разговор о производстве ядерной энергии, но для этого нужно было выяснить, сколько нейтронов рождается в результате деления урана и хватит ли их для запуска цепной реакции. Последующие испытания показали: одно урановое ядро дает от одного до трех нейтронов, однако лишь малая часть природного урана (около 0,7 %) способна делиться этими частицами — остальная же просто поглощает «бомбардировщиков». Количество нейтронов, производимых малочисленным ураном-235, было очень даже приличным, но все они «попадали в зубы» преобладающему урану-238.

Поначалу исследователи подумывали выделять из руды чистый уран-235, но в те времена это было слишком сложно, если не сказать — невозможно. Да и как определить количество материала, необходимого для последующей реакции? Потребуется ли выделить несколько килограммов урана — или это будут десятки, а то и сотни килограммов?

Тогда решено было подойти с другой стороны и замедлить нейтроны — ведь эксперименты свидетельствовали: чем меньше скорость частиц, тем неохотнее уран-238 их «проглатывает», зато деление урана-235 происходит еще активнее. В качестве замедлителей нейтронов могли выступать бериллий, углерод и даже простая вода.

За постройку первой атомной установки взялся известный специалист по нейтронам — итальянец Энрико Ферми, работавший в Университете Колумбии. Его коллеги вынуждены были самостоятельно таскать упаковки порошкообразной окиси урана — каждая весом по 20–40 кг — и укладывать их в сложную конструкцию вместе с графитом, которому надлежало сыграть роль замедлителя. Мало того что ученые изнемогали под тяжестью массивных блоков, так им еще и приходилось дышать черной графитово-урановой пылью, которая оседала на всех поверхностях. Дабы не мучить коллег, глава университета попросил о помощи студентов-футболистов, и те очень быстро собрали установку, но… первые же опыты показали, что материалы некачественные: выделенных нейтронов для цепной реакции не хватало.

Исследования продолжились в чикагской Металлургической лаборатории, где условия были более подходящими, чем в Колумбии. С подачи военных в лабораторию стали поставлять хорошо очищенный графит и обогащенный уран, в которых уже могла произойти цепная реакция, и в середине осени 1942 г. ученые решили строить новую установку. Правда, отведенный для этого лесной участок подготовить не успели, и эксперименты перенесли в центр города, на теннисные корты. Месяц круглосуточной работы — и на корте выросла эллипсоидная конструкция из слоев графита и урановых блоков. В целом на установку размером с комнату ушло 385 т графита и 46 т урана. Сдерживать цепную реакцию призваны были покрытые кадмием деревянные стержни, для которых предусматривались специальные сквозные отверстия.