5.2. Задача Элитцура — Вайдмана об испытании бомб. Квантовая бомба
Квантовые бомбы Элицура-Вайдмана | LightCone
Шестнадцатая часть введения в КМ.
Рассмотренный в предыдущем видео прибор называется интерферометр Маха-Цендера. Его можно использовать в ряде мысленных экспериментов, которые демонстрируют противоречие повседневной логики и квантовой механики.
Рассмотрим так называемый эксперимент Элицура-Вайдмана.
Предположим, что у нас имеются некие футуристические бомбы. Они настолько чувствительны, что срабатывают при попадании на них даже одного единственного фотона или любой другой элементарной частицы. Известно, что некоторые из этих бомб нерабочие. Стоит задача определить какие из бомб рабочие при этом не взорвав их. Кажется, что сделать это просто невозможно. Ведь по определению бомба взрывается при попадании на нее даже одного единственного фотона. Мы не можем даже посмотреть на нее не взорвав не то что дотронуться, разобрать и исследовать. В классическом мире так оно и есть. Однако в нашей реальной Вселенной квантовая механика позволяет это сделать.
Сделаем зеркало частью бомбы, скажем детонатором. Поместим бомбу в одно из плеч интерферометра Маха-Цендера в качестве зеркала. Если бомба нерабочая, то интерферометр будет вести себя стандартным образом, рассмотренным в предыдущем видео. После первого полупрозрачного зеркала фотон будет находится в суперпозиции, а на втором будет наблюдаться интерференция. Все фотоны при выходе из прибора будут двигаться вниз и попадать во второй фотонный детектор.
Если же бомба рабочая, то возможно несколько вариантов. Во-первых суперпозиции уже не будет. Две ветки интерферометра в этом случае не идентичны друг другу. Если фотон двигается по верхней ветке, то ничего не происходит. Если по нижней, то взрывается бомба. То есть мы можем определить по какой из веток двигался фотон просто посмотрев взорвалась бомба или нет. Получение информации о том какая из альтернатив реализовалась в действительности есть фактически измерение. Это необычное измерение приводит к коллапсу суперпозиции в один из базисных векторов и разрушает интерференцию.
Предположим что фотон отразился на первом полупрозрачном зеркале и движется по верхней ветке. Тогда на втором полупрозрачном зеркале он может либо пройти либо отразиться. Если за 100% взять исходное количество фотонов, то половина из них попадет на бомбу и приведет к ее срабатыванию. Половина от оставшихся 50-ти процентов, двигавшихся по верхней ветке, отразится, а половина пройдет второе полупрозрачное зеркало. То есть 25% от исходного количества фотонов попадет в первый детектор и 25% во второй. Но заметьте, что в случае нерабочей бомбы интерференция не позволяет попасть фотону в первый детектор. То есть если мы фиксируем фотон первым детектором, то мы точно знаем, что бомба рабочая. При этом сама она не взорвалась потому что фотон двигался по верхней ветке. При исследовании только рабочих бомб мы таким образом проверим 25% из них на работоспособность при этом не взорвав. Если фотон обнаружен вторым детектором, то мы не можем сказать рабочая бомба или нет. Он мог туда попасть в результате интерференции при нерабочей бомбе, а мог и при рабочей бомбе. То есть оказаться в тех 25% процентах что прошли, а не отразились на втором полупрозрачном зеркале. В любом случае мы можем повторно исследовать эти бомбы тем же способом и со второго и последующих подходах отфильтровать еще часть рабочих бомб.
Мораль этого мысленного эксперимента такова: Измерение есть получение информации. Любым способом. Информацию можно извлечь и косвенно, не прикасаясь напрямую к интересующему объекту. В этом случае объект сам должен быть составной частью большей системы. Именно получение информации приводит к коллапсу вектора состояния в базисный вектор и разрушает интерференцию.
Интерференция наблюдается только тогда, когда информация о реализации той или иной альтернативной возможности отсутствует в Природе.
lightcone.ru
Кобальтовая бомба: страшная и несуществующая
После окончания Второй мировой войны человечество практически сразу ввалилось в новый затяжной конфликт, в эпоху противостояния двух глобальных военно-политических блоков, – коммунистического, во главе с Советским Союзом, и западного, лидером которого являлись Соединённые Штаты Америки. Этот период длился более сорока лет и получил название Холодной войны.
В конце Второй мировой войны США сумели создать ядерное оружие, через несколько лет оно появилось и у Советского Союза. После этого обе страны включились в безумную гонку ядерных вооружений, наращивая арсеналы и создавая все более совершенные средства доставки термоядерных зарядов. Несколько раз человечество буквально стояло на краю, от атомного Армагеддона его отделяли всего лишь считаные миллиметры.
Холодная война породила многочисленные фобии: Запад боялся советских танковых армад и атомных подводных лодок, а в СССР пугали граждан «Першингами» и крылатыми ракетами «Томогавк». Одной из главных страшилок Холодной войны стала кобальтовая бомба – новый вид ядерного оружия, способного не только испепелить землю, но и на долгие десятилетия превратить ее в радиоактивную пустыню. Этот термин не сгинул бесследно вместе с эпохой Холодной войны, материалы о кобальтовой бомбе можно и сегодня легко найти в интернете. Иногда ее называют «грязной» бомбой, что, в общем-то, не совсем верно.
Существует ли в действительности данный вид ядерного оружия? На каких принципах «работает» кобальтовая бомба и чем она опасна? Ведутся ли сегодня разработки подобного оружия?
Кобальтовая бомба: что это такое
Обычное ядерное оружие имеет несколько факторов поражения: световое излучение, ударная волна, радиоактивное заражение, электромагнитный импульс. Как показал опыт Хиросимы и Нагасаки, а также многочисленные последующие испытания ЯО, больше всего жертв и разрушений несут ударная волна и световой импульс. Радиоактивное заражение также смертоносно, но оно обычно действует не мгновенно, тем более что при взрыве обычных ядерных или термоядерных боеприпасов этот фактор сводится к минимуму, к тому же по причине естественного распада радиоактивность довольно быстро уменьшается.
Первоначально этой угрозе и вовсе не уделяли внимание, японцы начали отстраивать Хиросиму и Нагасаки прямо на месте ядерных взрывов, и только через несколько лет обратили внимание на резко увеличившееся число онкологических заболеваний и генетических аномалий у детей.
Уже в начале 50-х годов начались разработки ядерного оружия, основным фактором поражения которого стало бы радиоактивное заражение. Позже оно получило название радиологического.
Идея уничтожать противника с помощью радиоактивного излучения родилась до изобретения первой ядерной бомбы – еще в начале 40-х годов. Причем первому в голову пришла эта мысль не ученому или генералу, а знаменитому американскому писателю-фантасту Роберту Хайнлайну. В 1940 году тогда еще начинающий и мало кому известный писатель опубликовал рассказ «Никудышное решение», в котором страны антигитлеровской коалиции подвергли территорию Германии бомбардировке обычными авиабомбами, начиненными радиоактивными материалами.
Гитлеровцы, получив такой неожиданный удар, быстро подписали капитуляцию. Любопытно, что в этом повествовании разработка оружия, основанного на делении ядер урана, закончилась провалом, именно поэтому союзникам пришлось применять «грязную» бомбу. Этот момент является показательным: дело в том, что в реальность создания ядерного оружия многие не верили, причем не только военные, но и ученые.
Если применение обычного ядерного оружия можно пережить в убежище, а потом начать восстанавливать пострадавшие территории – как это сделали японцы со своими городами – то с радиологическим оружием так не получится: местность еще долгие десятилетия останется непригодной для жизни. В этом и заключается основная идея разработки и применения кобальтовой бомбы.
Устройство первых «грязных» бомб очень напоминало то, что было описано у Хайнлайна: это были обычные контейнеры с радиоактивными материалами и зарядом взрывчатки, который сбрасывали над территорией противника. На необходимой высоте происходил взрыв, который разносил изотопы над атакуемой местностью. Однако уже в 1952 году американским ученым Силлардом была предложена принципиально другая конструкция радиологического оружия, и впервые в ней был применение кобальт – материал, способный продуцировать весьма сильное излучение на протяжении долгого времени.
В этом проекте обычную водородную бомбу обкладывали пластинами из природного изотопа кобальта (кобальт-59). После взрыва боеприпаса высокая температура, излучение и избыточное давление превращало кобальт в крайне радиоактивный изотоп кобальт-60 и разбрасывало его по значительной площади.
Вскоре после появления этого проекта для радиологического оружия был придуман специальный термин: Doomsday Machine («Машина Судного дня»). Под ним подразумевалось любое термоядерное взрывное устройство, которое в больших количествах может продуцировать радиоактивный изотоп кобальта. Его предложил тот самый Силард – создатель первой кобальтовой бомбы.
В своем самом «людоедском» варианте Doomsday Machine вообще не требовала средств доставки. При достаточной мощности подобного боеприпаса любое государство могло просто взорвать его на своей территории, а радиоактивную заразу в течение нескольких месяцев атмосферные течения разнесли бы по всей планете. Население страны-агрессора в этом случае умерло бы в числе первых, но остальным от этого вряд ли стало легче. Такая бомба выглядит идеальным средством шантажа остального человечества, правда, следует отметить, что на изготовление подобного боеприпаса не решились ни СССР, ни США.
Безумные проекты, подобные Doomsday Machine, сыграли важнейшую роль для формирования глобального антивоенного движения. Граждане разных стран четко осознали, что следующая мировая война реально станет последней, и никакое бомбоубежище от нее не спасет. Именно в это время появилось мощное общественное движение, выступавшее за ядерное разоружение.
Кстати, сам создатель идеи кобальтовой бомбы Лео Силард отнюдь не был кровожадным маньяком. Своим проектом он хотел показать людям всю бесперспективность гонки ядерных вооружений. В одной из радиопередач знаменитый физик заявил, что кобальтовой бомбой гораздо проще уничтожить все человечество, чем какую-то определенную его часть.
В середине 60-х годов культовый режиссер Стэнли Кубрик снял один из лучших антивоенных фильмов – «Доктор Стрейнджлав, или как я перестал бояться и полюбил бомбу», «главным героем» которого была советская кобальтовая бомба, приведенная в действие после нападения США.
Примерно в это же время в США была просчитана «экономика» и технологическая сложность проекта изготовления кобальтовой бомбы. Полученные данные ужаснули американцев: получалось, что создать «Машину Судного дня» могла любая страна, располагавшая ядерными технологиями. Чуть позже решение о полном запрете проектов, связанных с кобальтом-60, заявили в Пентагоне.
В начале 60-х годов изучением свойств кобальта занимались англичане. Они использовали этот элемент в качестве радиохимических меток во время испытаний термоядерных зарядов на полигоне в Австралии. Информация об этом просочилась в английскую прессу, что породило слухи о том, что Британия не только разработала кобальтовую бомбу, но и занимается ее испытаниями. Скандал сильно подпортил международный имидж Лондона.
Интересовались созданием кобальтовых ядерных боеприпасов и в СССР. В частности, в разработке советской «грязной» бомбы принимал участие будущий «диссидент» и «гуманист» академик Сахаров. Он предлагал Хрущеву построить корабль с кобальтовой обшивкой и ядерной бомбой внутри и взорвать его где-то недалеко от побережья США. В этом случае под заражение бы попала практически вся территория этой страны.
Постепенно, правда, ажиотаж вокруг кобальтовой бомбы сошел на нет. Причиной этому стал не голос разума, который наконец-то услышали высокопоставленные генералы, и не соображения гуманизма. Просто был сделан вывод, что такое оружие не имеет никакого смысла. Современная война ведется ради захвата чужой территории, после взрыва ядерного или термоядерного устройства ее вскоре можно использовать по своему усмотрению. С «грязной» бомбой ситуация иная: высокий уровень заражения, устойчивый десятилетия, делает любые территориальные захваты бессмысленными. Для сдерживания же противника вполне хватало и обычных ядерных боезарядов, которых США и СССР «наштамповали» достаточно для уничтожения планеты несколько раз.
Есть и еще одна причина. Любые виды ядерного оружия проходили многократные испытания – сначала наземные, а потом подземные. Но как испытывать радиологическое оружие? Кому охота превращать собственные территории в безжизненные пустыни на десятилетия?
Большая часть вышесказанного относится к ядерным боеприпасам, которые в той или иной форме содержат кобальт. Однако у термина «грязная» бомба есть и другое значение. Им часто называют боеприпас, содержащий радиоактивные элементы и обычное взрывчатое вещество. После детонации изотопы распределяются по значительной площади, делая ее непригодной для жизни. Подобная «грязная» бомба гораздо опаснее тех, что разрабатывались супердержавами в период Холодной войны. Причина очень проста: получить подобный боеприпас в состоянии даже самые бедные и технически неразвитые государства. Для разработки настоящей ядерной бомбы необходимо создать новую отрасль промышленности, весьма высокотехнологичную и дорогую. Государству, стремящемуся вступить в ядерный клуб, сначала следует построить одну или несколько атомных электростанций, заполучить специальные центрифуги, подготовить необходимых специалистов. Все это требует миллиардных затрат и многих лет упорного труда. Еще сложнее создать эффективные средства доставки ядерного оружия: баллистические ракет или бомбардировщики.
С другой стороны, раздобыть радиоактивные материалы довольно просто – сегодня они широко используются в разных отраслях промышленности, в научных исследованиях и в медицине. Например, изотоп америций-241 применяется в обычных датчиках задымления, в значительных количествах радиоактивные материалы используются в медицине. Конечно, чтобы сделать «грязную» бомбу придется распотрошить несколько миллионов датчиков, но есть процессы, в которых изотопы используются в гораздо больших количествах.
Теоретически собрать такой боеприпас под силу не только государству-изгою, но и террористической организации. Не зря «грязные» бомбы часто называют «ядерным оружием для бедных». Последствия его применения можно увидеть в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС. Там произошел тепловой взрыв (правда, очень мощный), в результате которого в окружающую среду попало большое количество радиоактивных изотопов. Местность вокруг станции и сегодня (прошло более тридцати лет) является безлюдной, а город Припять представляет собой наглядную иллюстрацию, как будет выглядеть наша планета без человечества.
Если бы теракт 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке произошел с использованием «грязной» бомбы, то этот город превратился в призрак, а количество жертв исчислялось десятками тысяч.
До настоящего момента «грязная» бомба является, скорее, вымышленным оружием, которое гипотетически может представлять опасность любому современному государству. Однако специальные службы относятся к вероятности подобных терактов очень серьезно, поэтому оборот радиоактивных веществ находится под строжайшим контролем.
Устройство кобальтовой бомбы
При обычном ядерном взрыве образует огромное количество самых разнообразных радиоактивных изотопов. Однако большинство из них имеют очень малый период полураспада, так что уровень радиации значительно падает уже через несколько часов после взрыва. Самое опасное время вполне можно пересидеть в бомбоубежище, а через несколько лет территории становятся полностью пригодными для хозяйственной деятельности.
Наиболее опасными для человека являются изотопы, полураспад которых происходит за годы и десятилетия: цезий-137, стронций-90 и 89, цинк-64, тантал-181. Такой срок нельзя провести в бомбоубежище, пораженная этими элементами территория несколько поколений остается непригодной для жизни.
Кобальтовая бомба имеет последнюю оболочку, выполненную не из урана, а из кобальта. Он на 100% состоит из изотопа кобальт-59. Под воздействием сильного нейтронного потока во время взрыва он превращается в неустойчивый изотоп кобальт-60, период полураспада которого составляет 5,2 года. В его результате получается еще нестабильный элемент – никель-60, который также является радиоактивным и испускает бета-излучение.
Ученые даже посчитали, сколько необходимо кобальта, чтобы полностью стерилизовать нашу планету. Для этого оказалось достаточно 510 тонн изотопа кобальт-60. В этом случае человек примерно за год гарантировано получает смертельную дозу радиации.
Резюмируя все вышесказанное, можно сказать следующее. В настоящее время кобальтовая бомба — это скорее вымысел и страшилка времен Холодной войны. Ее сравнительно несложно изготовить, но непонятно для чего ее применять. Потенциально гораздо опаснее обычные «грязные» бомбы, которые не являются ядерным оружием. Основной проблемой является возможность попадания таких боеприпасов в руки террористических организаций.
militaryarms.ru
Кобальтовая бомба как оружие массового поражения.
Кобальтовая бомба является теоретической модификацией оружия массового поражения, которая приводит к высоким степеням радиоактивного заражения и загрязнения местности при относительно небольшой силе взрыва. Кобальтовая бомба относится к радиологическому оружию, у которого в роли поражающего фактора выступает ионизирующее излучение. При этом, из-за относительной слабости взрыва, практически вся инфраструктура, постройки, сооружения и здания остаются неповрежденными.
Кобальтовая бомба - это ядерный боеприпас, оболочка которого изготовлена не из урана-238, а из кобальта-59. При детонации происходит облучение оболочки мощным потоком нейтронов, что приводит к трансмутации кобальта-59 в изотоп кобальт-60. Его период полураспада составляет немногим более 5 лет. В результате бета-распада этого нуклида происходит образование никеля-60 в активном состоянии, которое спустя некоторое время переходит в основное.
Активность кобальта-60 весом в один грамм оценивается 1130 Ки. Чтобы полностью заразить всю поверхность планеты радиацией на уровне грамм/квадратный километр кобальта-60 необходимо около 510 тонн. В целом, взрыв такой бомбы может заразить местность почти на 50 лет. Такие большие сроки оставляют мало шансов населению пережить заражение даже в бункерах.
Считается, что кобальтовую бомбу никогда не создавали, поэтому она не стоит на вооружении ни у одной страны. Небольшое количество этого элемента использовалось в одном из британских испытаний ядерного оружия для радиохимических меток. 
Больших препятствий для создания такого боеприпаса в техническом плане нет, однако высокая степень заражения местности и его длительность не позволяют безопасно испытать его. Такие боеприпасы никогда не изготавливались и не испытывались из-за огромной опасности при их использовании для самих атакующих.
Наиболее страшным способом применения кобальтовой бомбы является её взрыв на большой высоте, несколько в стороне от территории врага, в зависимости от погодных условий. При этом цель состоит в том, чтобы над территорией противника прошли радиоактивные осадки, которые теоретически могут уничтожить на ней всё живое.
Сама идея данной бомбы была придумана физиком Лео Силардом, который сделал предположение, что арсенал из кобальтовых бомб способен уничтожить все население планеты. Кобальт был выбран благодаря тому, что при нейтронной активации он дает очень сильное и длительное радиоактивное заражение. Имеется возможность использовать и другие элементы, которые образуют изотопы с ещё большим периодом полураспада при создании такого боеприпаса, однако их активность явно недостаточна. Есть также короткоживущие изотопы по сравнению с кобальтом-60, такие, как натрий-24, цинк-65 и золото-198, но из-за довольно быстрого их распада часть населения может пережить заражение местности в бункерах.
Академик Сахаров, которым была создана первая водородная бомба, также принимал участие в теоретических разработках ториево-кобальтовой бомбы и называл её «поганкой-вонючкой». Даже создание водородной бомбы и её испытание не вызывало у ученого таких «лестных» эпитетов. Кобальтовая бомба может считаться одновременно нейтронным и радиологическим, так называемым «грязным» оружием.
fb.ru
Нулевое измерение - загадка квантовой теории
Вообразим себе бомбу, в носовой части которой закреплен детонатор, настолько чувствительный, что при малейшем давлении на него бомба взрывается. Для срабатывания такого детонатора достаточно одного-единственного фотона видимого света, хотя в некоторых случаях детонатор заклинивает, и бомба взорваться не может — бомбу с неисправным детонатором мы будем называть «холостой». Предположим, что детонатор снабжен зеркальцем, подвижно закрепленным на носу бомбы таким образом, что при отражении зеркальцем одного фотона (видимого света) оно смещается и приводит в движение ударный механизм, в результате чего бомба взрывается — за исключением, разумеется, тех случаев, когда бомба оказывается холостой, т. е. когда чувствительный механизм детонатора заклинивает. Поскольку все упомянутые устройства работают по классическим законам, мы должны также предположить, что после того, как бомба собрана, выяснить, не заклинило ли ее детонатор, невозможно без того, чтобы этот самый детонатор так или иначе не потревожить — что непременно приведет к немедленному взрыву. ( Необходимо ввести еще одно допущение: детонатор может заклинить только в процессе сборки, по завершении сборки детонатор либо исправен, либо нет; ( см. рис. 5.1. )
Рис. 5.1. Задача Элитцура —Вайдмана об испытании бомб. Сверхчувствительный детонатор бомбы срабатывает от соприкосновения с одним-единственным оптическим фотоном — может, впрочем, и не сработать, если его заклинит, в каковом случае бомба считается холостой. Задача: найти гарантированно исправную бомбу при наличии большого количества бомб сомнительного качества.
Допустим, что таких бомб у нас огромное количество ( денег мы здесь не считаем! ), однако доля холостых среди них может оказаться чрезмерно высокой. Задача заключается в том, чтобы найти хотя бы одну бомбу, о которой можно было бы заранее с уверенностью сказать: «Вот эта точно сработает».
Эта задача ( вместе с решением ) была предложена Авшаломом Элитцуром и Львом Вайдманом. Я не буду приводить решение прямо здесь, так как, возможно, кто-то из читателей, уже знакомых с квантовой теорией и с теми занимательными головоломками, которые я определил выше как Z-загадки, пожелает попробовать свои силы ( интеллектуальные, разумеется ) в отыскании этого самого решения. Достаточно будет сказать, что решение существует и даже, при неограниченном запасе бомб такого рода, не выходит за рамки современных технических возможностей. Тех же, кто в квантовой теории пока не сведущ ( либо просто не склонен тратить время на поиски решения ), я прошу потерпеть еще некоторое время ( или, если хотите, можете сразу заглянуть в §5.9 ). Всему свое время — сначала я попытаюсь объяснить некоторые фундаментальные квантовые идеи, а затем приведу решение.
На данном этапе рассуждения необходимо лишь отметить: одно то, что эта задача имеет-таки решение ( квантовомеханическое ), уже указывает на глубинное различие между квантовой и классической физикой. При классическом подходе выяснить, не заклинило ли детонатор бомбы, можно только посредством приложения к нему какого-либо реального физического усилия ( при этом, если детонатор исправен, бомба взрывается, и эксперимент считается благополучно проваленным ). В рамках квантовой теории возможны и иные варианты — например, физический эффект, являющийся результатом того, что к детонатору могло быть приложено усилие, в то время как в действительности ничего подобного не произошло. В этом, собственно, и состоит одна из наиболее любопытных особенностей квантовой теории: реальный физический эффект здесь вполне может являться результатом контрфактуальных ( как говорят философы ) действий, т. е. действий, которые могли произойти, хотя на деле и не произошли. При рассмотрении следующей Z-загадки мы убедимся, что контрфактуальность играет далеко не последнюю роль и в ситуациях иного рода.
...
5.9. Решение задачи Элитцура — Вайдмана об испытании бомб
Мы уже знаем вполне достаточно для того, чтобы отыскать решение задачи об испытании бомб, поставленной в §5.2. Прежде всего нужно выяснить, нельзя ли использовать сверхчувствительное зеркальце на носу бомбы в качестве измерительного устройства ( как были использованы, например, препятствие и подвижное зеркало с детектором в описанных выше примерах ). Построим систему зеркал ( два непрозрачных, два полупрозрачных ), которая в точности повторяет систему из предыдущего примера ( см. рис. 5.14 )
Рис. 5.14. Аналогичного эффекта можно достичь, поместив в правый нижний угол подвижное зеркало, снабженное неким детектором, который способен по движению зеркала определить, отразило оно фотон или нет. Интерференция здесь также оказывается нарушена, благодаря чему детектор в точке G получает возможность зарегистрировать прибытие фотона.
за одним исключением: в правом нижнем углу вместо подвижного зеркала поместим зеркальце бомбы. Смысл такого построения в том, что если бомба является холостой ( в том единственном смысле, который подразумевается в условии задачи ), то ее зеркальце остается в любом случае неподвижным ( поскольку его заклинило ), и общая картина эквивалентна показанной на рис. 5.12.
Рис. 5.12. Две составляющие состояния фотона сводятся вместе посредством двух непрозрачных зеркал; в точке слияния двух лучей установлено еще одно полупрозрачное зеркало. Лучи интерферируют таким образом, что результирующий луч приобретает состояние |F), тогда как детектор в точке G фотона не регистрирует.
Фотон, испущенный из источника, попадает на первое зеркало, будучи в состоянии |А}. Фотон после последнего зеркала приобретает состояние |F} ( пропорциональное |F}, если точнее ). Иначе говоря, детектор в точке F регистрирует прибытие фотона, а детектор в точке G не регистрирует ничего.
Если же бомба исправна, то падение фотона на ее зеркальце приводит к срабатыванию детонатора, и бомба взрывается. Бомба, фактически, представляет собой измерительное устройство. Альтернативы квантового уровня —«фотон падает на зеркальце» и «фотон не падает на зеркальце» — переводятся бомбой в альтернативы классического уровня — «бомба взрывается» и «бомба не взрывается». На состояние
|В} + i*|С}
бомба реагирует взрывом, если обнаруживает, что фотон находится в состоянии |В}; если же фотон находится в каком-то ином состоянии (т.е., в данном случае, |С}), бомба не взрывается. Отношение вероятностей этих двух событий равно
1*1 : i*i = 1:1.
Если бомба таки взорвалась, это означает, что она зарегистрировала прибытие фотона, а что будет дальше, никого уже не интересует. Если же взорваться бомбе не удалось, то состояние фотона редуцируется ( как результат процедуры R ) до состояния i*|С} ( падение на зеркало в левом верхнем углу ), сменяясь далее ( после отражения от этого зеркала ) состоянием — |Е}. По прохождении последнего ( полупрозрачного ) зеркала фотон переходит в состояние
- |F} - i*|G},
т. е. отношение вероятностей возможных исходов — «прибытие фотона регистрируется детектором в точке F» и «прибытие фотона регистрируется детектором в точке G» - равно
(-1)*(-1) : (-i)*(-i) = 1 : 1.
Точно такое же отношение мы получили в примерах, описанных в предыдущем параграфе, для тех случаев, когда фотон не поглощался препятствием, а стрелка не отклонялась. Детектор, расположенный в точке G, получает, таким образом, вполне определенную возможность уловить фотон. Предположим теперь, что при проведении одного из таких испытаний в некоторых случаях «не-взрыва» бомбы обнаруживается, что детектор G и в самом деле регистрирует прибытие фотона. Согласно нашим рассуждениям, это возможно лишь в том случае, если детонатор бомбы исправен! Если бомба неисправна, то фотон может быть зарегистрирован только детектором F. Следовательно, во всех случаях, когда срабатывает детектор G, мы можем с чистой совестью гарантировать, что данная бомба «работоспособна» и в случае необходимости не подведет. Таким образом, задачу об испытании бомб ( 5.2 ) можно считать решенной.
Судя по участвующим в процессе вероятностям, после достаточно большого количества испытаний половина бомб взорвется, и никакой дальнейшей пользы из них извлечь не удастся. Более того, на тех бомбах, что не взорвались, детектор G сработает только в половине случаев. Таким образом, после того, как мы переберем все бомбы одну за другой, мы сможем гарантировать работоспособность только четверти из первоначального запаса исправных бомб. Оставшиеся бомбы мы можем подвергнуть повторному испытанию, отбирая те, на которых сработал детектор G. Повторим испытание еще раз. И еще. В конечном счете у нас останется треть (поскольку 1/4 + 1/16 + 1/64 ... = 1/3) от первоначального количества исправных бомб, но зато все эти бомбы будут гарантированно работоспособны. ( Я не знаю, для чего эти бомбы предназначены, однако, думаю, благоразумно будет лишних вопросов не задавать! )
Читателю описанная процедура может показаться чересчур расточительной, однако поразительно здесь то, что она вообще осуществима. Никакими классическими методами задача не решается. Только в квантовой теории контрфактуальные вероятности могут действительно повлиять на физический результат. Наша квантовая процедура позволяет добиться того, что кажется невозможным, — что и в самом деле невозможно в рамках классической физики. Следует, кроме того, отметить, что с помощью некоторых усовершенствований потери можно снизить с двух третей до практически половины. Еще более поразительного результата добились не так давно П. Г. Квят, X. Вайнфуртер, А. Цайлингер и М. Казевич, описав процедуру ( отличную от решения Элитцура — Вайдмана ), позволяющую снизить потери почти до нуля!
Что касается сложностей с разработкой экспериментального устройства, способного испускать отдельные фотоны по одному за раз, то они теперь позади — такие устройства уже созданы и вполне доступны.
В заключение отмечу, что в качестве измерительного устройства вовсе не обязательно должен выступать столь «сногсшибательный» объект, как фигурирующая в условии задачи бомба. Более того, нет никакой необходимости в том, чтобы упомянутое «устройство» оповещало бы весь внешний мир о том, что оно зарегистрировало ( или не зарегистрировало ) прибытие фотона. Подвижное зеркало может само по себе послужить измерительным устройством, если его вес достаточно мал для того, чтобы оно могло сколько-нибудь заметно поворачиваться под воздействием падающих на него фотонов и затем останавливаться вследствие трения. Один лишь факт подвижности зеркала ( скажем, зеркала в правом нижнем углу, как в рассмотренном примере ) позволит детектору в точке G зарегистрировать прибытие фотона, даже если зеркало в действительности и не повернулось, указывая тем самым на то, что фотон отправился другой дорогой.
Достичь точки G фотону позволяет потенциальная возможность поворота зеркала* и ничто иное!
... Такие отрицательные и бесконтактные измерения, называемые нулевыми ( или невзаимодействующими ) измерениями, имеют большое теоретическое ( а возможно, в конечном счете, и практическое ) значение. Предсказания квантовой теории относительно такого рода ситуаций непосредственно подтверждаются экспериментально. В частности, Квят, Вайнфуртер и Цайлингер разработали и провели эксперимент, точно воспроизводящий теоретическую процедуру Элитцура —Вайдмана для решения задачи об испытании бомб! И теоретические ожидания полностью подтвердились, что, впрочем, нас уже почему-то не удивляет. Сами же нулевые измерения мы по праву относим к наиболее фундаментальным Z-загадкам квантовой теории.
Из книги: Роджер Пенроуз "Тени Разума" (в поисках науки о сознании)
* - [ Прим. А. К. "потенциальная возможность поворота зеркала" относится к физической реальности или к метапредставлениям сознания? Похоже что здесь они тождественны. ]
wsneo.com
Что такое кобальтовая бомба? :: SYL.ru
Одним из видов радиологического оружия является кобальтовая бомба. Что это такое, знают практически все физики-ядерщики, а также военные всех государств.
Разновидность радиологического оружия
Этот тип бомбы считается модификацией ядерной бомбы в теоретическом смысле. Последствия ее взрыва весьма печальны. Происходит значительное и очень глубокое заражение территории не только в самом эпицентре, но и в близлежащих районах. Причем значительность этого заражения не зависит от силы взрыва, очень сильные последствия для окружающей среды может вызвать и относительно небольшой ядерный взрыв.
Из чего состоит бомба?
Ториево-кобальтовая бомба в ее теоретическом понимании состоит из термоядерного боевого заряда. В отличие от простого ядерного припаса, завершающая оболочка этого термоядерного заряда состоит не из урана-238. В ней содержится химический элемент кобальт. Существующий в природе кобальт причисляется к моноизотопам, на все сто процентов этот химический элемент состоит из кобальта-59.
Химические реакции при взрыве
Во время взрыва происходит обильное облучение этой кобальтовой оболочки нейтронным потоком. После этого осуществляется следующая химическая реакция. Захват нейтрона сопровождается тем, что стабильное ядро природного химического элемента перевоплощается в кобальт-60, который является радиоактивным изотопом.
Нужно заметить, что время, необходимое для полураспада получившегося изотопа, исчисляется пятью годами и несколькими месяцами. После бета-распада полученного нуклида появляется никель-60. Последний находится в возбужденном состоянии, а через определенный промежуток времени сменяется на основное состояние, сопровождающееся исходом одного либо нескольких гамма-квантов.
По своим характеристикам один грамм кобальта-60 приравнивается к 41,8 ТБк или 1130 Ки. Для того чтобы подвергнуть заражению всю поверхность планеты, достаточно всего 510 тысяч тонн этого вещества. При этом данный расчет производился с учетом того, что один грамм потребовался бы для заражения одного квадратного километра.
Кобальт-60, обнаруженный на полигонах
Каких-либо достоверных сведений или проверенной информации на сегодняшний день о том, что в какой-то стране создана и имеется кобальтовая осколочная бомба, нет. По официальным сведениям, такого факта не зарегистрировано. Однако при различных ядерных испытаниях кобальт-60 все же использовался в разных странах. Так, 14 сентября 1957 года малые количества этого элемента были применены британскими военными при проводимых ими испытаниях. Он был использован в качестве радиохимических меток. Следует отметить, что рассматриваемый химический элемент является обыкновенным последствием ядерных взрывов, причем не имеет значения форма их осуществления, он образуется как при открытых, так и закрытых испытательных подрывах. Кобальт-60 появляется при таких взрывах в итоге нейтронной активации железа. Но в этом процессе участвует не только железо, но и природный кобальт, и никель. Взаимодействие происходит с железом, содержащимся как в самой бомбе (стальной оболочке), так и с железом, находящимся в земле (в любом грунте имеется определенный процент этого элемента).
Например, рассматриваемый радиоактивный изотоп был выявлен на территориях, где производились наземные и подземные ядерные испытания, а именно промышленные военные подрывы. К таким относятся произведенные советские испытания на Семипалатинском ядерном полигоне, расположенном в Республике Казахстан, а также взрывы «Тайга», «Чаган», «Кристал», «Кратон-3». Из зарубежных полигонов нужно отметить североамериканский полигон Аламогордо, на котором был произведен первый взрыв такой классификации, названный «Тринити». Также обнаруживался кобальт-60 и на французском испытательном полигоне, который находился в Алжире.
Автор идеи создания грязной бомбы
Кобальтовая бомба, а точнее, идея ее создания принадлежит физику Лео Силарду. Еще в 1950 году этот ученый высказался о том, что имеющийся у какой-нибудь страны арсенал, состоящий из оружия этого вида, будет способен опустошить всю Землю. Кобальт как элемент, влекущий радиоактивное заражение в результате определенных химических реакций, был выбран неслучайно. Именно с его помощью можно было бы добиться высокоактивного и при этом довольно долгого радиоактивного воздействия и заражения.
При выборе между кобальтом-60 и остальными изотопами, если имеется цель искоренить человечество, конечно же, первый заслуживает большего внимания. Так, другие изотопы хотя и имеют больший период полураспада, однако для получения нужного результата их активности более чем недостаточно. А вот кобальт-60 подходит как нельзя лучше. Рассматривались этим ученым и другие изотопы, жизнь которых еще более коротка, чем у кобальта-60. Это натрий-24 и золото-198. Однако весьма маленький период полураспада этих химических элементов мог способствовать тому, что какая-то часть населения в результате ядерной атаки могла бы выжить, спрятавшись в бункерах.
Способ применения бомбы
Машина Судного дня – так названа физиком придуманная им кобальтовая бомба. Кто создал ее в настоящее время, и создана ли она, вообще, неизвестно. Но желательно, чтобы такого оружия на свете не существовало, так как оно может привести к необратимым трагическим последствиям для человечества. Термоядерное устройство, придуманное Силардом, не требует какой-либо специальных способов доставки к месту назначения.
Любая террористическая организация или страна, угрожающая всему миру, способна будет шантажировать все человечество, угрожая взорвать эту бомбу на своей территории. Конечно, эта страна погибнет, но вместе с ней будут уничтожены и все жители Земли. Это будет достигнуто за счет того, что радиоактивный изотоп будет распространен по всему миру с помощью ветров, атмосферных течений. Понятно, что это произойдет не в одно мгновение, а спустя несколько месяцев, но будет неизбежным.
Дополнительная информация
Существует информация о том, что во времена существования Советского Союза группа под руководством знаменитого академика и ученого Сахарова А.Д. выступила перед генеральным секретарем компартии Хрущёвым Н.С. с инициативой создания ракеты с кобальтовой оболочкой. Такая кобальтовая бомба, фото которой вряд ли можно найти в открытых источниках, содержала бы огромное количество дейтерия, и при ее взрыве у берегов Соединенных Штатов все население этой страны бы погибло.
Источником такой информации послужил Негин Е.А., имевший звание генерал-полковника, служивший во время правления Хрущёва.
www.syl.ru
Атомная бомба. Квантовый ум [Грань между физикой и психологией]
Атомная бомба
Более впечатляющим примером превращения массы в энергию может служить атомная бомба, где утрачиваемая масса превращается в энергию. Количество энергии, образующейся в результате потери крохотной массы, может быть очень большим, поскольку в формуле E = mc2 скорость света c представляет собой такое большое число.
Теория относительности сделала физику весьма значительной, сильной и политичной: в преддверии Второй мировой войны она дала ученым идею атомной бомбы. Когда немцы первыми начали разрабатывать атомную бомбу, испуганные американские ученые стали прилагать все усилия, чтобы сделать ее первыми. Все остальное – не только история, но и сегодняшняя политика. Сегодня почти любая страна способна создать атомную бомбу и управлять миром. Атомная энергия может вырабатывать электричество, а также уничтожить человеческую жизнь. Теперь давайте начнем изучать эту энергию.
Вот как можно вычислять и извлекать энергию, связанную в материи. Пусть греческая буква дельта (?) означает изменение количества чего-либо. Согласно Эйнштейну, изменение массы означает изменение энергии в соответствии со следующей формулой.
?Е = ?m ? с2
Это уравнение показывает, что для получения большого количества энергии требуется немного массы. Из этого же уравнения также следует, что для получения даже крохотной частицы материи требуется гигантская энергия. Сегодня мы не используем энергию для создания материи, поскольку не имеем в своем распоряжении достаточно энергии; пока это для нас слишком дорого. Но уравнение показывает, что если бы мы имели доступ к огромным количествам энергии, то со временем могли бы создавать материи, быть может, даже целые планеты!
Формула ?Е = ?m ? с2 составляет суть атомной бомбы. Чтобы сделать атомную бомбу, или высвободить атомную энергию со всеми связанными с ней проблемами, берут тяжелый атом, наподобие урана, и разбивают его на части. Если с атомом урана сталкивается другая частица, он распадается на пучок более мелких частиц. Однако то, как он распадается, носит особый характер. Он не просто распадается, но и излучает, а потому теряет энергию в форме излучения. Химическое уравнение распада урана
Уран = 3 атома меньшей массы + E (тепло + излучение) + 2 нейтрона
означает, что масса атома урана превращается в три меньших атома, энергию (тепло и излучение) и 2 нейтрона, которые улетают прочь. Если поблизости есть другие атомы урана, то нейтроны, освобождающиеся при распаде первого атома урана, сталкиваются с другими атомами, и возникает цепная реакция: один распад вызывает другие, подобно тому как при фейерверке одна шутиха может воспламенять другие, если они находятся рядом. Таким образом, один атом урана порождает другие атомы, частицы и излучение. А бомбардировка одного атома урана нейтроном освобождает другие нейтроны и происходит цепная реакция. Это и происходит в атомной бомбе.
Рис. 33.1 Цепная реакция атомной бомбы
Ключ к количеству энергии, высвобождаемой в каждой реакции, лежит в том факте, что суммарное количество массы двух маленьких нейтронов в сочетании с тремя меньшими атомами не вполне соответствует общей массе первоначального атома урана. Иными словами, масса урана больше, чем масса трех меньших атомов и двух нейтронов. Во время этой бомбардировки теряется масса.
Теряющаяся масса освобождается в виде гигантского количества тепла и ужасного количества радиации. Один атом зажигает другие, и получается один из самых творческих, динамичных и смертельных процессов во Вселенной.
Возможно, вас удивляет, как несколько столкновений между маленькими невидимыми вещами могут порождать столь большие изменения энергии. Если вы бьете по дереву, то получаете только вмятину, а если вы сжигаете дерево, то получаете немного тепла и много угля.
Ответ состоит в том, что удары по дереву воздействуют только на связи между молекулами в древесине, а не на строение атомов, из которых состоят молекулы. Вспомните, что молекулы – это группы атомов, удерживаемые вместе электрическими притяжениями. Удар по дереву влияет только на то, как эти молекулы держатся вместе. Удар добавляет энергию к их взаимному расположению, но это просто немного нагревает дерево или перестраивает это расположение в форме вмятины.
По контрасту с химическими реакциями, в которых материя преобразуется в другие материальные формы без потери массы, при распаде атомов, как, например, атомов урана, происходит потеря действительной массы. Химические реакции меняют расположение атомов в молекулах, но атомные реакции, разбивающие атомы на части, могут вести к потере массы.
Итак, Эйнштейн утверждал, что пространство-время и материя взаимосвязаны, что пространство и время больше нельзя отделять друг от друга, и что масса и энергия тоже имеют одну и ту же сущность.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
fil.wikireading.ru
Несуществующая и опасная. Грязная бомба » Военное обозрение
Основное отличие радиологического оружия от ядерного заключается в том, что последнее имеет сразу пять поражающих факторов, а грязная бомба наносит ущерб только радиационным заражением. Таким образом, самый опасный период заражения после ядерного взрыва можно переждать в убежище, а через несколько лет начать вновь использовать территории, пострадавшие от него (к примеру, Хиросиму и Нагасаки начали восстанавливать к концу сороковых). В свою очередь, радиологический боеприпас обеспечивает длительное заражение подвергшейся атаке местности. Это можно считать как плюсом, так и минусом грязных бомб.
Первое время проекты гипотетической грязной бомбы представляли собой прямое заимствование у Хайнлайна – контейнер с радиоактивным веществом и заряд взрывчатки, который должен был разбрасывать изотоп по атакуемой местности. Уже в 1952 году бывший участник Манхэттенского проекта Л. Силлард предложил принципиально новую концепцию радиологического оружия. В его проекте к обычной водородной бомбе крепились пластины из самого обычного природного кобальта с атомным весом в 60 единиц. При взрыве температура, давление и поток нейтронов превращает кобальт-60 в изотоп кобальт-59. Последний не встречается в природе, зато имеет высокую радиоактивность. Благодаря мощности водородной бомбы радиоактивный кобальт-59 оказывается рассеян по большой площади. Период полураспада кобальта-59 – больше пяти лет, после чего он переходит в возбужденное состояние никеля-60, а затем и в основное. Существует популярное заблуждение относительно кобальтовой бомбы: ее иногда считают ядерным или термоядерным оружием большой мощности. Однако это не так: основным поражающим элементом такого оружия все же является разбрасываемый изотоп кобальта. Ядерный или термоядерный боезаряд используется исключительно для приведения кобальта из естественного в радиоактивное состояние. Вскоре для подобных устройств появился термин «Машина Судного дня» (Doomsday Machine). Стало понятно, что достаточное количество кобальтовых бомб может гарантированно уничтожить, как минимум, большую часть населения Земли и биосферы. В 1964 году эта сверхжестокость радиологического оружия была обыграна в художественном фильме «Доктор Стрейнджлав, или как я перестал бояться и полюбил бомбу» (режиссер С. Кубрик). Тот самый доктор Стрейнджлав из названия кино, узнав о том, что советская автоматическая система после падения на территории СССР американской бомбы привела в действие «Машину Судного дня», быстро подсчитал, что возрождение человечества сможет начаться только через девяносто с лишним лет. И то, при ряде соответствующих мер, да и время для их осуществления стремительно уменьшалось.
Кадр из фильма «Доктор Стрейнджлав, или как я перестал бояться и полюбил бомбу» (режиссер С. Кубрик)
Вышеупомянутый фильм по праву считается одной из лучших антимилитаристских кинолент. И, что интересно, людоедская кобальтовая бомба была предложена Силлардом не из желания поскорее уничтожить вероятного противника. Физик просто хотел продемонстрировать бесполезность дальнейшей гонки в сфере оружия массового уничтожения. В середине 50-х американские ядерщики просчитали технологическую и экономическую части проекта кобальтовой бомбы и ужаснулись. Создание Машины Судного дня, способной уничтожить все живое на планете было по карману любой стране, владеющей ядерными технологиями. Во избежание проблем в самом ближайшем будущем Пентагон запретил продолжать работы по теме грязных бомб на кобальте-60. Такое решение вполне понятно, в одной из радиопередач пятидесятых годов с участием Силларда прозвучала замечательная фраза: «кобальтовой бомбой проще уничтожить под корень все человечество, чем какую-то определенную его часть».
Но прекращение работ по кобальтовым боеприпасам не стало гарантией неприменения грязных бомб. Сверхдержавы, а затем и страны, обладающие ядерными технологиями, быстро пришли к выводу, что подобное вооружение не имеет смысла. Ядерная или термоядерная бомба может мгновенно уничтожить противника в нужном месте. Занять эту территорию можно будет через считанные дни после взрыва, когда уровень радиации упадет до приемлемого. А вот радиологическое оружие не может работать так быстро, как ядерное, и так же скоро «освобождать» местность от своих последствий. Грязная бомба как средство сдерживания? Такому применению мешают ровно те же проблемы. Получается, крупным развитым странам грязные боеприпасы не нужны. Благодаря всему этому радиологическое оружие никогда официально не принималось на вооружение, никогда не испытывалось и, тем более, не использовалось на практике.
В то же время, у грязных бомб есть несколько настораживающих особенностей. Во-первых, оно сравнительно доступно. Для того чтобы иметь атомную или водородную бомбу нужны соответствующие предприятия, должный уровень науки и множество других немаловажных нюансов. Зато для изготовления радиологических боезарядов достаточно некоторого количества любого радиоактивного вещества, а взрывчатых веществ в мире и так, что называется, навалом. Радиоактивный материал можно взять откуда угодно – вплоть до урановой руды или медицинских препаратов, правда, в последнем случае придется «расковырять» довольно большое количество контейнеров, предназначенных для онкологических отделений больниц. В конце концов, в датчиках задымления нередко используются подходящие изотопы, например, америций-241. Однако подобные аппараты являются совсем неприемлемым «источником» – в современных моделях настолько мизерное количество изотопов, что для критической массы понадобится демонтировать несколько миллионов приборов. Пожалуй, на нашей планете нет такого злодея-диктатора страны третьего мира, который одобрит прожект по созданию грязной бомбы из противопожарной аппаратуры.
Страны третьего мира не случайно упомянуты в контексте радиологического оружия. Дело в том, что грязные бомбы иногда называют «ядерным оружием для нищих». В частности, именно поэтому регулярно в средствах массовой информации всего мира появляются заметки, в которых говориться об обнаружении в различных частях света чертежей или даже частей готовой грязной бомбы. Очень хотелось бы, чтобы все эти сообщения оказывались банальными газетными утками. Есть достаточный повод желать именно такого исхода. По подсчетам военных аналитиков, если бы 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке произошел теракт с использованием не самолетов, но грязной бомбы… Счет жертв пошел бы не на тысячи, а на миллионы. Кроме того, немалую часть города пришлось бы превратить в зону отчуждения, подобную Чернобыльской. Иными словами, радиологическое оружие можно считать весьма привлекательной вещью для террористических организаций. Их «акции» чаще всего направлены на мирное население, и грязные бомбы могли бы оказаться весомым «аргументом» в неблагонадежных руках.
Аварию на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС можно считать ярчайшим примером того, что может произойти в случае применения радиологического оружия. Надо заметить, фактическое воздействие настоящей радиологической бомбы будет значительно слабее, хотя бы потому, что в реакторе АЭС произошел взрыв мощностью, минимум, в несколько сотен килограмм тротила (в различных неофициальных источниках встречается даже упоминание эквивалента в 100 тонн), а после самого взрыва в разрушенном сооружении сохранялись благоприятные условия для испарения радиоактивного материала. Вряд ли кто-то станет делать грязную бомбу с пятьюстами килограммами тринитротолуола. Хотя бы потому, что это непрактично.
Несмотря на отсутствие промышленно произведенных образцов, грязные бомбы можно считать весьма опасным, хотя и по большей части вымышленным оружием. И все же остается некоторая вероятность того, что грязная бомба может оказаться в руках опасных лиц с отнюдь не добрыми намерениями. Спецслужбы всего мира обязаны сделать все, чтобы радиологическое оружие из гипотетического не стало в полной мере существующим – цена этого будет слишком высока.
topwar.ru
