Квантовые эффекты, используемые ранее, т. е. квантовые технологии вне области нано, — это те поправки к классической физике нашего мира, которые возникают из-за того, что на атомарном уровне мир устроен иначе, по квантовым законам. Но в нашем мире мы не видим самих квантовых законов: мы видим их следствия в строении вещества нашего мира, вещества, состоящего из колоссального числа квантовых частиц и объектов — фотонов, электронов, атомов и др.
Было время, когда кинематографисты при снятии сцен шумной толпы использовали следующий прием: каждый актер-статист выкрикивал номер своего телефона. Но в результате зритель слышал гул толпы — и никаких телефонов. Так и с квантовыми эффектами: в нашем мире от них до нас доносится только «гул». Но нанотехнологии имеют дело с объектами, состоящими из малого числа частей, каждая из которых подчиняется квантовым законам. И «голос» каждого хорошо слышен — мы уже можем разобрать отдельные «номера телефонов».
Таковы, например, квантовые точки — малые квантовые объекты на кристалле, способные эффективно светиться, что и делает их основой хорошо нам известных светодиодов. Вот и свет их иной — когерентный, как от лазера. Мы привыкли, что обычно свет от различных частей источника исходит независимо. Волны (а свет — это, прежде всего, волна) складываются случайно. Это и есть привычный нашему глазу свет. А вот когерентное излучение, т. е. такое излучение, в котором разница между пиками и провалами световых волн остается постоянной, не только непривычно нашему глазу, но и во многих оптических явлениях ведет себя иначе.
Но это не все. То, что мы заглянули внутрь материи и увидели там квантовые эффекты, предъявили их, воспользовались ими, не исчерпывает всех ожиданий, которые связывают с нанотехнологиями. Есть ожидание, что в силу корреляционных эффектов мы получим пусть микро, но с точки зрения атомарных размеров большие объекты, которые будут (нет, не подчиняться квантовым законам, они и так подчиняются, просто для больших объектов само требование следовать квантовым законам делает их «классическими») подобны атомарным квантовым объектам. Другими словами, мы надеемся иметь, например, нанокластер, который будет вести себя подобно электрону или фотону.
Возможно ли такое? Авторы сомневаются — и сомневаются обоснованно. Но если это так, если сомнения оправданны, то такие активно декларируемые сегодня квантовые технологии, как квантовая криптография или квантовый компьютер, невозможны. Идея квантовых технологий — построить устройство, машину, подчиняющуюся квантовым законам. А такая машина — уж точно не отдельный электрон.
Но предположим, что в силу каких-либо корреляционных механизмов квантовой физики (например, спин-спинового взаимодействия) такую квантовую машину сделать удалось. К чему это приведет? Последствия нетривиальны. Некоторые из них описаны в следующих разделах данной главы.
Но, прежде чем вы о них узнаете, авторы хотели бы еще раз настойчиво подчеркнуть, что все написанное далее справедливо лишь при перенесении квантовых законов на объекты (в целом, а не на их части!), для которых такие законы, как показывает наш сегодняшний опыт, неприменимы. Иными словами, скорее всего, мир нас защищает от подобного — его законы таковы, чтобы сделать невозможным то, что мы сконструировали мысленно на базе наших неполных знаний о мире.
Но риск есть риск. Сказать «это невозможно» можно только при полной уверенности.
Краткая таблица рисковРиск завышенных квантово-механических ожиданий.
Риск перенесения квантово-механических законов на объекты и механизмы нашего мира.
3.2. Занять все, или черная пурга
Черная пурга… Всем, кто жил в Норильске, кто там родился, вырос и работал, не надо объяснять, что такое черная пурга. Это надо пережить! И пережить это легче в связке! С друзьями, с родными и близкими. С теми, кто оказался рядом в трудную минуту, кто готов подставить свое плечо. Одному не справиться! Это февраль 2008 года. В июне этого же года мы покинули свой город и уехали, как говорят коренные норильчане, на «материк». В Норильске мы родились, учились и работали. Там остались дети и внуки. Но мы хорошо запомнили последнюю зиму в Норильске и никогда ее не забудем. Так же, как никогда не забудем свой Норильск! Край суровый, где живут сильные духом люди!
Надежда Бодалова (блог «Мой мир», mail.ru)
Норильск — город за полярным кругом. Существующая в Норильском промышленном районе специальная контора, называемая «Штаб Шторм», приступает к активной фазе работы. Необходимо обеспечить срочную эвакуацию людей. Автомобильному транспорту, кроме специальных автобусов, обеспечивающих достаточную герметичность, — красный свет. Автобусы движутся колоннами — две, две с половиной дюжины за раз.
А еще всех надо оповестить, дать последние команды садам и школам, подразделениям комбината[46]. Многое сделано, приготовлено заранее, ведь надо выжить. Очередной раз выжить. Всем. Старикам и детям, работникам комбината, просто жителям.
Надо спешить. Надвигается пурга. Черная пурга. Мелкие кристаллики снега пролезают в любую щель: закрытый автомобиль не спасет — снег набьется в салон, и вы задохнетесь (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Норильск. Салон «специального» автобуса после черной пурги[47]
Видимость — какая там видимость, ее в принципе нет! Не видно собственной вытянутой руки. Если полярная ночь — не видно фонарей. Если полярный день — солнца. Так и так — ночь. Черная пурга.
Пурга разошлась. Снег — мельчайшие частички снега — поднялся на высоту до трех километров. Мир разбился на отдельные помещения. Дети — в садиках, рабочие — на комбинате. Никто не выходит. Спят между сменами на производстве. Двое суток, трое, четверо — как повезет.
Эта картина привычна для жителей Норильска, города с иной социальной организацией. Если ты один, если ты не член единого сообщества, управляемого комбинатом, — смерть! Даже если ты приехал (нет, конечно же, прилетел, дорог, кроме авиасообщения, с «материка» нет) торговать зеленью из солнечного Азербайджана — ты член этого сообщества и никак иначе. Средневековый город, фашио, — и все это из-за снега, из-за пурги, черной, как чума, несущей как чума смерть, если ты отбился от…
…Многочисленные мелкие частицы — наночастицы — поднимаются в небо на высоту трех километров. Солнца не видно. Черная нановьюга…
Черная? Может быть и иначе! Намного страшнее.
Квантовые объекты, как хорошо знают физики, подчиняются двум статистикам: статистике Бозе — Эйнштейна — бозоны (например, частицы света фотоны) и статистике Ферми — Дирака — фермионы (например, электроны). Эти частицы сильно различаются. Если бозоны любят собираться в кучу (там, где один, непременно окажется и другой, ровно в том же месте!), то фермионы не такие. Они индивидуалисты. Они не могут быть в одном месте. Вспомните химию про электронные оболочки различных элементов. Именно поэтому дополнительный электрон следующего по номеру элемента занимает следующую орбиту, а не ту, которая занята. Точнее, на каждой орбите два электрона «валетиком» — спины (квантовые числа) смотрят в разные стороны.
Что касается фермионов, то это не снег, не вьюга. Они занимают разные места, как мы занимаем места в зрительном зале. Вместо вьюги — огромный «кристалл» таких частиц, занимающий полнеба. А кристалл — совсем другое дело. Свет, прошедший через него, им переизлученный, — когерентный. Этот свет не отбрасывает теней. Картина как на Луне — освещенные участки чередуются с зияющей чернотой неосвещенных. Нет рассеянного света, падающего со всех сторон, как мы привыкли.
Но вот кристалл вырос еще больше. В результате атмосфера приобрела прозрачность в жестком ультрафиолете — мы на земле и мы одновременно в открытом космосе: дышать есть чем, но без скафандра не походишь!
А где взять скафандры для птиц? Для зайцев и лис, для домашней скотины? И сколько скафандров нужно для каждой елочки и березки?
В XX в. люди, осознавая угрозу военного применения ядерной энергии, строили модели ядерной зимы — наступающего вследствие ядерной бомбардировки многолетнего похолодания из-за экранирования солнечного света поднявшимся в атмосферу огромным количеством пыли. Сценарий ядерной зимы предусматривал в том числе и жесткое излучение. Считается, что жизнь на планете прекратится не полностью — тараканы выживут. И бегать они будут по выжившим хвощам и другим растениям, пришедшим в нашу эпоху из глубоких времен — полагают, что на определенных начальных стадиях развития Земли естественный радиационный фон был во много раз выше, чем сейчас.
