Техника - молодёжи 1993-06, страница 53

Трибуна смелых гипотез

Андреи МЕЛЬНИЧЕНКО,

физик

КАК СДЕЛАТЬ ДЕМОНА ФЕРМИ

Зачем мне вечное перо? Я не собираюсь жить вечно. И.Ильф. Из записных книжек.

«Здравствуйте, я изобрел вечный двигатель». Попробуйте брякнуть такое, как говорится, для первого знакомства. Скорее всего с вами сразу начнут обходиться мягко, бережно, как и положено... сами знаете с кем. Куда безопаснее выразиться обтекаемо: мол, предлагается новый, нетрадиционный, экологически чистый источник энергии. (Кстати, об экологии. Интересно отметить, что настоящий вечный двигатель действительно обладал бы идеальной экологической чистотой! Но это отдельная тема.) И вскользь добавить: почти неисчерпаемый.

Ведь что такое вечность в конце концов, если смотреть практически? Это же просто очень-очень долго. Ну, скажем, вполне конечное число миллиардов лет. Устроит? Тогда читаиге дальше.

Но прежде всего надо подчеркнуть: большинство «традиционных» вариантов вечного (или практически вечного) двигателя и в самом деле неосуществимы. Их авторы в основном делали ставку на механические или тепловые устройства. Но не термодинамикой надо было заниматься и тем более не механикой, а... квантовой механикой.

ПОЧЕМУ ОНИ ДВИЖУТСЯ?

Давайте задумаемся: почему никакой квант, никакая элементарная частица никогда, ни при каких условиях не пребывают в абсолютном покое? Возьмем электроны — например, в куске металла. Огромное их количество хаотически движется там в виде «электронного газа» между ионами кристаллической решетки. И законы квантовой механики таковы, что ни один из электронов просто не имеет права остановиться — даже при температуре абсолютного нуля. Их скорости и тогда будут распределяться в интервале от десятков до тысячи км/с! Температура тут вообще ни

при чем — ведь это движение совсем не тепловое. Здесь диктует свои законы квантовая механика, а именно — так называемый принцип запрета Паули. Согласно ему одинаковые частицы с дробным спином (а к таковым относятся и электроны), входящие в единую физическую систему, не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии, то есть обладать одной и той же энергией. А определенная энергия соответствует строго определенной скорости движения. И тогда сколько бы свободных электронов ни оказалось в куске металла — ровно столько различных скоростей должны они иметь. Заметьте — различных! Значит, чем их больше, тем выше будет скорость самого «энергичного».

Соответствующий верхний предел называется энергией Ферми, а подобное распределение по скоростям — статистикой Ферми — Дирака. Подчиняясь ей, электроны не могут прекратить своего движения ни при каких физических условиях. И не только свободные, но и находящиеся на атомных орбитах (иначе бы и сами атомы не сохраняли устойчивость) И не только электроны, но и протоны, и нейтроны. Ядра атомов, ионы кристаллической решетки, даже при температуре О К, тоже имеют нетепловые, не устранимые никакой силой так называемые нулевые колебания.

Но тогда получается, что основной вид движения в микромире — это именно безостановочное, вечное движение! Откуда же берется для него энергия?

ВСЕ ИЗ НИЧЕГО

Да —из ничего, из пустоты. Думаю, не надо долго пояснять, что речь идет о физическом вакууме, то есть низшем энергетическом состоянии квантового поля, как определяет его квантовая механика. Ведь физики давно убедились экспериментально: полная, абсолютная пустота — в виде «голого» мате

матического про^ * ранства — только умозрительная абстракция. Реально, в природе, ее не существует. Тут все обстоит прямо по... Ленину, писавшему о мелкой буржуазии, что она порождает капитализм «повсеместно, ежеминутно и в массовых масштабах». Вот точно так же и физическое пространство, которое в принципе не может остаться совершенно пустым. В нем непрерывно и спонтанно рождаются кванты энергии (фотоны) и пары всевозможных частиц и античастиц. Правда, срок их жизни исче-зающе мал, ибо не превышает так называемого времени неопределенности. Потому они в отличие от капитализма сразу же и гибнут в тех же массовых масштабах. За подобное поведение их окрестили виртуальными, что приблизительно можно передать, как возможные, мнимые, призрачные. Все это — неизбежный результат квантово-энергетических флуктуаций вакуума.

Пожалуй, столь «продуктивную» среду, буквально кишащую возникающими и исчезающими квантами, электронами и позитронами, протонами и антипротонами, правильнее считать не пустотой, а своего рода праматерией, тем самым первобытным хаосом древних мифов, из которого рождается Вселенная.

Обычные, устойчивые частицы как бы плавают в безбрежном море виртуальных, которые отличаются от них лишь очень малым временем жизни. Естественно, те и другие вступают во взаимодействие, причем отнюдь не * шимое, а вполне реальное. Его результаты проявляются во мне .естве хорошо изученных физических эффектов

В частности, именно эти взаимодействия служат источником вечного движения в микромире.

Стабильная частица, тот же электрон, то поглощает порции виртуальной энергии, то отдает их обратно. Благодаря такому обмену для него и «запрещено» состояние полного покоя. Тут происходит не

50