Среди того необозримого океана самых разнообразных физических исследований, в которые предстоит погружаться для поиска результатов, созвучных образам из сновидений, всякому ищущему, конечно же, очень легко утонуть. Дабы этого не произошло, имеет смысл – по крайней мере на начальном этапе – ограничивать поиски лишь наиболее надежными и достоверными фактами. А таковыми в физике издавна принято считать результаты экспериментов и наблюдений (богатейший инструментарий теоретиков сейчас позволяет предсказать и обосновать практически что угодно).

Сфокусировав внимание на ключевой идее сна с Джокером – о протоне-электроне как двух сторонах одного и того же осциллирующего объекта – среди открытий экспериментальной физики удается отыскать довольно близкую по сути аналогию, явно заслуживающую внимательного рассмотрения. Речь идет о любопытном и сравнительно недавно обнаруженном физическом явлении, получившем название «осциллон».

В середине 1990-х годов аспирант Техасского университета Пол Амбенхауэр проводил эксперименты по изучению свойств сыпучих веществ, то есть гранулированных, имеющих зернистую структуру материалов. Такие материалы состоят из множества твердых частиц, но при этом обладают текучестью подобно жидкостям. При общем же рассмотрении они по целому ряду свойств существенно отличаются как от твердых тел, так и от жидкостей или газов, занимая между ними собственное, особое положение.

Чтобы наглядно себе представить, насколько оно особое, достаточно вспомнить обычный песок, который легко струится через небольшое отверстие в колбе песочных часов, но при этом на пляже легко удерживает на своей поверхности человека. Повышенный интерес гранулированные материалы вызывают еще и потому, что весьма своеобразно ведут себя при вибрациях. Например, давно известно, что при взбалтывании и потряхивании этот материал естественным образом разделяется на фракции, образуя отдельные слои из прежде перемешанных гранул большого и маленького размера.

*

Давно установлено, что если вибрации носят не случайный, а регулярный характер, то в слое вибрирующего гранулированного материала может происходить самообразование устойчивых структур разной геометрии – ячеек, полос, извилистых дорожек. Однако Полу Амбенхауэру и его коллегам удалось открыть в физике данного явления нечто совершенно новое.[1]

Экспериментальная установка ученых представляла собой цилиндрической формы контейнер с плоским дном, куда были насыпаны очень мелкие бронзовые шарики диаметром в доли миллиметра. Контейнеру придавали регулярные колебательные движения вверх-вниз с частотой от 10 до 100 раз в секунду, так что при толщине слоя шариков в 7-8 частиц материал, как и ожидалось, демонстрировал формирование разных устойчивых структур при сочетании различных частот и амплитуд колебаний.

Настоящее открытие произошло тогда, когда толщину слоя засыпанного в контейнер материала увеличили до глубины 17 шариков. В этом случае стали наблюдаться спонтанные зарождения совершенно новых одиночных структур, чем-то напоминающих всплеск воды в луже, но с одним очень важным отличием. После всплеска эта структура – названная открывателями осциллоном – не размазывается по поверхности, а вновь собирается в столбик, который затем снова плюхается вниз.

Осциллоны из бронзовых шариков

Формулируя суть несколько иначе, осциллон попеременно переходит из состояния, напоминающего пик, в состояние, напоминающее кратер, затем снова в пик и так далее неопределенно долго, пока продолжается опыт. При этом колеблющийся осциллон медленно дрейфует по поверхности слоя, а наиболее занятные вещи происходят при близкой встрече осциллонов друг с другом. Если два таких осциллона одновременно находятся в состоянии кратера или оба в состоянии пика, то есть в одной фазе колебаний, то они отталкиваются и расходятся в разные стороны. Если же осциллон в состоянии кратера приближается к осциллону в состоянии пика, то они притягиваются друг к другу и образуют связанное состояние. В ходе экспериментов было отмечено множество разных возможностей для комбинирования кратеров и пиков в конфигурации типа «молекул», «дорожек» и «кристаллических решеток».

**

Открытие в столь простом по сути эксперименте никем не предсказанного феномена осциллонов на первых порах вызвало повышенный интерес физиков во многих странах мира. Поскольку в науке пока что нет стройной теории, на уровне общих уравнений описывающей динамику гранулированной среды, нет и глубокого понимания того, почему осциллоны образуются или что определяет их взаимодействие. Поэтому исследования, главным образом, сосредоточились на экспериментах с различными материалами, в той или иной степени обладающими свойствами гранулированной среды.

Было установлено, в частности, что осциллоны возникают при вертикальной вибрации не только в обычном песке и других сыпучих материалах, но также в суспензиях и коллоидных смесях, где твердые частицы растворены в жидкой среде, либо даже просто в жидкостях, имеющих большой показатель вязкости [2]. Причем для жидких растворов, надо заметить, аналогия осциллонов с выворачивающимся «колпаком Джокера» становится особо отчетливой, поскольку противофазой для состояния пика является не кратер, а примерно конической формы яма.

Осциллоны в растворе глины: (a) одиночный; (b) пара в противофазе

Обширная, как выяснилось, область сред, порождающих данный феномен, стала фундаментом для предположения о том, что осциллон может представлять собой некое универсальное явление самоорганизации для постоянно подпитываемых энергией нелинейных систем. Впечатляющий рост экспериментальных результатов в первые годы давал надежду, что скоро за опытом подтянется и теория, дав по-настоящему глубокое понимание как собственно осциллонов, так и роли их в природе…

Однако вместо этого произошло нечто совершенно иное. Примерно с начала 2000-х годов, если судить по количеству и содержательности интернет-публикаций об экспериментах с осциллонами, интерес к этому явлению как будто резко пошел на убыль. В науке, конечно, подобное случается сплошь и рядом – появляется новое модное направление, многие туда с воодушевлением бросаются в надежде открыть что-то грандиозное, а потом также быстро отворачиваются, разочарованные отсутствием быстрого прогресса. Но в данном случае примерно то же самое происходило как-то очень неестественно.

***

Ярче всего это можно проиллюстрировать на примере сайта первооткрывателя осциллонов Пола Амбенхауэра. На протяжении первых пяти лет он ежегодно публиковал с коллегами по несколько интересных статей с новыми результатами о структурах в вибрирующих гранулированных средах и в эмульсиях с жидкими кристаллами. А затем – в 2001 году – публикации новых результатов на сайте Амбенхауэра вдруг прекратились, хотя работа явно продолжалась, судя по статьям в журналах и ссылкам на сайтах менее известных соавторов. В последующие же годы веб-сайт ученого начал понемногу как бы растворяться – там стали пропадать фотографии экспериментов и ссылки на ранее опубликованные работы. Наконец, в декабре 2005 года исследователь вообще убрал свой сайт из Сети, вывесив вместо него безликое и бессрочное объявление «закрыто на реконструкцию».

Все происходящее можно было бы понять, если бы к исследованиям осциллонов был утрачен интерес. Однако, судя по следам последующих работ Амбенхауэра и его коллег в других американских университетах, развитие этого направления явно и небезуспешно продолжается. Причем, что характерно, ныне эти работы как правило финансирует Министерство энергетики США. Из чего достаточно естественно могут следовать выводы о наиболее вероятной области практического приложения осциллонов. Одновременно данный факт является и косвенным указанием на то, почему текущую информацию о подобных исследованиях словно начали окутывать завесой секретности…

В этой же связи представляется уместным вспомнить и другой факт. Именно после поездки в США неожиданно угасли все исследовательские порывы – а вскоре и сама жизнь – Вольфганга Паули. Общеизвестно, что почти все из близких знакомых и коллег Паули в американских университетах и лабораториях во время войны были тесно связаны с суперсекретным «Проектом Манхэттен», создавшим для Америки сначала ядерное, а затем и термоядерное оружие. В послевоенные годы большинство этих людей по понятным причинам продолжало работать на военно-промышленный комплекс страны и новое Министерство энергетики, ставшее непосредственным продолжением Манхэттенского проекта. Так что если «сон Джокера» действительно связан с разгадкой последних исследований Паули и при этом существенно иным путем снова вывел на секреты американского военно-промышленного комплекса, то появляются веские основания предполагать, что это не случайность.

Имеется во всей этой истории и еще одна довольно интересная, можно даже сказать, настораживающая закономерность. При сборе и анализе материалов, посвященных осциллонам, постороннему человеку довольно сложно понять загадочную слепоту едва ли не всех ученых, исследующих это явление. Осциллоны изучаются вроде как со всех сторон, однако при этом никто упорно не замечает весьма созвучные данным исследованиям работы, проводившиеся во второй половине XIX века норвежцем Карлом Бьеркнесом. А поскольку семья ученых Бьеркнесов самым непосредственным образом связана с двумя другими известнейшими именами в скандинавской науке – Свердрупом и Россби – это опять же трудно воспринимать как случайность. Потому что и Харальд Свердруп, и Карл-Густаф Россби в середине XX века плотно сотрудничали с военно-разведывательным комплексом США, а в 1957 году практически синхронно скоропостижно скончались при неясных обстоятельствах…

[1] Paul B. Umbanhowar, Francisco Melo & Harry L. Swinney. «Localized excitations in a vertically vibrated granular layer». Nature 382, 793 — 796 (29 August 1996)

[2] O. Lioubashevski, Y. Hamiel, A. Agnon, Z. Reches, and J. Fineberg. «Oscillons and Propagating Solitary Waves in a Vertically Vibrated Colloidal Suspension». Phys. Rev. Lett. 83, 3190–3193 (October 1999)