Тиждень.ua
Новини Політика Економіка Світ Суспільство Культура Історія Подорожі Авто Спецтеми Війна Колонки Архів журнал «Український тиждень» Передплата Пошук Галерея Інфографіка Відео Прес-релізи Приватна урбаністика
4 серпня, 2017   ▪   Олег Фея   ▪   Версія для друку

Як із фундаментальних досліджень виростає наше сьогодення

Якось я читав лекцію для широкого загалу про квантову механіку. Частина її стосувалася суто теоретичних досліджень, а далі планував розказати про технології, що ґрунтуються на цій науці.
Матеріал друкованого видання
№ 30 (506)
від 26 липня
Як із фундаментальних досліджень виростає наше сьогодення

 Під час перерви одна дівчина сказала мені: «Я розчарувалася в квантовій фізиці! Вона ж не має жодного практичного застосування!». Мене обурило таке ставлення до науки, хоча воно, на жаль, дуже поширене. «Яка користь від вашої науки, коли я не можу застосувати її в побуті?» — запитують мільйони людей. У цьому запитанні криється і глибоке нерозуміння людьми принципів існування науки, і просто невігластво, адже важко знайти сферу фундаментальних досліджень, яка так чи інакше не вплинула на технологічний прогрес.

Нобелівський лауреат 2010 року з фізики Андре Ґейм переймається зменшенням фінансування фундаментальних досліджень у всьому світі, вважаючи чи не однією з найбільших загроз цивілізації. На його думку, це може загальмувати науково-технічний прогрес, адже прикладна наука живиться знаннями з фундаментальної, як озера живляться стоками річок. Коли річки пересохнуть, озера також обміліють або ж узагалі висохнуть. Один із найцитованіших матеріалознавців світу Юрій Гогоці (див. Тиждень, № 26, 2017) розповідає, що американські бізнесмени намагаються прораховувати прибуток із кожного мільйона доларів інвестицій у фундаментальні дослідження, хоча це марна справа. Прорахувати нереально: дослідження можуть дати «вихлоп» у майбутньому, а можуть мати зовсім несподіваний результат і для сьогодення, що створить багатомільйонний ринок, як-от відкриття графену та інших двовимірних кристалів. Або просто збільшити наші знання, що вже непоганий результат. Хоча інвестиції це навряд чи поверне.

Читайте також: «Наукові» смітники

Якщо ви поділяєте думку дівчини з моєї лекції, раджу придивитися до будь-якого девайса. У ноутбуках, настільних процесорах, смартфонах, фотокамерах задіяні мільйони напівпровідникових транзисторів. До 40-х років минулого століття напівпровідники, тобто матеріали, які можуть проводити струм лише після досягнення ним певної межі, навіть нобелівські лауреати (як-от Вольфґанґ Паулі, премія з фізики за 1945 рік) вважали непорозумінням, яке ніколи не знайде свого призначення. Це і не метали, і не ізолятори. Казна що, одним словом! Після того ж, як завдяки квантовій фізиці вдалося розгадати фізичну суть цих матеріалів, що привело до винайдення транзистора, почався бум напівпровідникової електроніки, якою користуємося ми всі.

У 1905-му Альберт Айнштайн використав нещодавно розроблену концепцію квантів для опису фотоефекту — явища, коли світло вибиває електрони з металів. Власне, Айнштайн і ввів у науку слово «квант». Фотоефект лежить в основі фоторезисторів, що входять до складу пристроїв для автоматичного сортування, обліку та перевірки якості продукції. Інфрачервоні датчики, датчики освітлення, вуличні ліхтарі, що автоматично вмикаються і вимикаються, сонячні батареї, робототехніка, фотоапарати, прилади нічного бачення. Навіть звукове кіно стало можливим лише з використанням фотоефекту.

Створений у липні цього року в Гарвардському університеті квантовий комп’ютер на 51 кубіті (аналог звичайних бітів для квантових технологій) теоретично вже може перевершити найпотужніші наявні звичайні комп’ютери. Поки що його протестували на моделюванні складної фізичної системи, з якою він впорався значно краще. Переглядати улюблені фільми з інтернету на такому комп’ютері немає сенсу: навряд чи він покаже кращу якість. А от розкладати на прості множники числа, щоб зламувати криптографічні шифри й мати доступ до будь-чиїх банківських рахунків, уже скоро стане можливим. Тому багато банків вкладають гроші у розвиток квантової криптографії — шифрів, які буде нереально зламати.

У 1859 році французький математик й астроном Урбен Левер’є відкрив дивний ефект: орбіта Меркурія трохи змінювалася, ніби дуже повільно оберталася навколо Сонця. Левер’є не зумів пояснити ефект впливом інших планет. Це був перший випадок, коли теорія тяжіння, розроблена Ньютоном, спрацювала неправильно. Відхилення було дуже маленьке, але ним не можна було нехтувати, і воно майже на 60 років загнало науковців у глухий кут. Вирішив загадку Альберт Айнштайн у 1916-му, докорінно змінивши уявлення наукової спільноти про наш світ. Загальна теорія відносності описала гравітацію як викривлення простору-часу. Важкі об’єкти, як-от зірки або планети, викривляють його більше, і легші об’єкти ніби «скочуються» в ці ями простору-часу. Так виникає сила тяжіння. Сонце значно викривляє простір навколо себе. Але й Меркурій також. Саме через це його орбіта трохи змінюється. Якби він ніяк не впливав на простір-час, орбіта в нього теж була б сталою.

Читайте також: NASA вдалося зробити знімки Сонця без плям

«То яка ж користь від вашої теорії відносності? — запитаєте ви. — Викривляється там якийсь простір-час, мені з того який зиск? Хіба фільми на кшталт «Інтерстеллару» знімати». Загальна та спеціальна теорії відносності використовуються для розрахунку орбіт супутників. Наприклад, для визначення точних координат завдяки GPS. Без поправок із теорії Айнштайна щодня в координатах набігала б похибка кілька десятків метрів — і вже за тиждень-два, перебуваючи на Майдані, ви з подивом віднайшли б себе на Подолі згідно з показаннями смартфона.

То ж коли наступного разу ви увімкнете GPS, щоб не заблукати в незнайомій місцині, згадайте про маленький Меркурій, що рухається трохи не так. А «Інтерстеллар», до речі, зібрав майже мільярд доларів у прокаті — непогано так для фільму про теорію відносності, «що не має жодного практичного зиску».

Часто звичні нам технології з’являються як побічний ефект розвитку фундаментальної науки. Важко знайти більш фундаментальну теорію, ніж стандартна модель. Вона описує три типи взаємодії (електромагнітну, слабку та сильну) і не описує гравітації (це царина загальної теорії відносності). Для підтвердження висновків стандартної моделі на пришвидшувачах проводять експерименти, зіштовхуючи елементарні частинки майже зі швидкістю світла. Довгий час наріжним каменем теорії був бозон Хіґґса — елементарна частинка, передбачена британським науковцем Пітером Хіґґсом ще в 1964 році. Щоб «зловити» цю частинку й таким чином підтвердити правильність теорії, побудували найбільшу в світі експериментальну установку, яка одночасно є найбільшим цілісним механізмом, — Великий адронний колайдер. Понад 10 тис. науковців та інженерів із сотні країн брали участь у розробці колайдера, що зараз простягається на 27 км між Францією та Швейцарією. Перед інженерами стояли серйозні технічні виклики, зокрема вони стосувалися й обміну інформацією між собою.

Ще наприкінці 1980-х, коли колайдер був на стадії проектування, науковець Тім Бернес-Лі із Європейської організації ядерних досліджень (CERN) винайшов гіпертекстовий протокол для швидкого обміну даними. У 1991-му Всесвітня павутина, так назвали винахід, стала доступною працівникам CERN. У 1993-му її відкрили для сторонніх користувачів. Так почалася історія інтернету. Саме так, інтернет створили не для того, щоб лайкати котиків, а для обміну інформацією під час спроби довести правильність фундаментальної фізичної теорії. Адже кожен високотехнологічний експеримент, навіть якщо він не має безпосереднього стосунку до нашого побуту, породжує нові технології, деякі з яких можуть стати в пригоді й простим громадянам. Колайдер спродукував 200 тис. Тб даних. Якщо перевести в кінофільми в HD-якості (у середньому 4,71 Гб кожен), то це еквівалентно 42,5 млн фільмів. Для обробки такого колосального обсягу інформації створили мережу GRID, алгоритми якої застосовують й для інших областей науки: археології, астрономії, інженерії, для створення нових матеріалів.

Що ж до бозона Хіґґса, то його «спіймали» у 2012-му, а в 2013-му Пітер Хіґґс отримав Нобелівську премію з фізики.

Та повернімося до розмови, що відбулася на моїй лекції. Я запитав, чим займається та дівчина. Вона мистецтвознавець. «А який практичний сенс мають картини Босха?» — «Вони викликають естетичне задоволення!» — «У такому разі я відповім, що рівняння Шредінґера в мене також викликає естетичне задоволення. Адже воно ідеальне». Понад те, завдяки, зокрема, рівнянню Шредінґера я написав цей текст на ноутбуці й надіслав до редакції через інтернет, а не набрав друкарській машинці й не ходив на пошту. А Босх комусь може й не подобатися.




Матеріали за темою:

Реклама
Останні публікації згорнути
Новини партнерів 24tv.ua
Новини партнерів
Зворотний зв'язок
Тиждень дуже цінує думки своїх читачів і намагається враховувати їхню думку. Відгуки, коментарі і просто враження від прочитаного матеріалу ви можете надіслати за допомогою системи зворотнього зв 'язку. Редакція сайту обіцяє уважно вивчати ваші повідомлення — найцікавіші з них ми публікуватимемо у спеціальних статтях. Дякуємо за увагу та співпрацю.
 
©2007-2017 Тиждень.ua
Передрук або будь-яке інше комерційне використання сайту можливе лише з дозволу редакції.
RSS
Interfax

Будь-яке копiювання, публiкацiя, передрук чи наступне поширення iнформацiї, що мiстить посилання на "Iнтерфакс-Україна", суворо забороняється. Передрук, копіювання або відтворення інформації, яка містить посилання на агентство "Українські Новини", в будь-якому вигляді суворо заборонено