Scisne?

Часть I. Невозможности I класса / Физика невозможного

Мичио Каку

Комментарии: 0
<<< |1|2|3|4|5|6|7| >>>

Часть I. Невозможности I класса


^

1. Защитное силовое поле

I. Если заслуженный, но пожилой ученый утверждает, что некое явление возможно, он наверняка прав. Если он утверждает, что некое явление невозможно, он, весьма вероятно, ошибается.
II. Единственный способ определить пределы возможного - это набраться смелости и проникнуть на ту строну, в невозможное.
III. Любая достаточно развитая технология неотличима от волшебства.
Три закона Артура Кларка 

«Поднять щиты!» — так звучит первый приказ, который в бес­конечном сериале «Звездный путь» отдает резким голосом ка­питан Кирк своему экипажу; послушный приказу экипаж вклю­чает силовые поля, призванные защитить космический корабль «Энтерпрайз» от огня противника.

В сюжете «Звездного пути» силовые поля настолько важ­ны, что их состояние вполне может определить исход сра­жения. Стоит энергии силового поля истощиться, и корпус «Энтерпрайза» начинает получать удары, чем дальше, тем со­крушительнее; в конце концов поражение становится неиз­бежным.

Так что же такое защитное силовое поле? В научной фан­тастике это обманчиво простая штука: тонкий невидимый, но при этом непроницаемый барьер, способный одинаково легко отражать лазерные лучи и ракеты. На первый взгляд силовое поле представляется настолько простым, что создание — и скорое — боевых щитов на его основе кажется неминуемым. Так и ждешь, что не сегодня-завтра какой-нибудь предприимчивый изобретатель объявит, что ему удалось получить защитное си­ловое поле. Но истина гораздо сложнее.

Подобно лампочке Эдисона, которая коренным образом изменила современную цивилизацию, силовое поле способно глубоко затронуть все без исключения стороны нашей жизни. Военные воспользовались бы силовым полем, чтобы стать не­уязвимыми, создали бы на его основе непроницаемый щит от вражеских ракет и пуль. В теории можно было бы создавать мосты, великолепные шоссе и дороги одним нажатием кнопки. Целые города возникали бы в пустыне словно по мановению волшебной палочки; все в них, вплоть до небоскребов, строи­лось бы исключительно из силовых полей. Купола силовых по­лей над городами позволили бы их обитателям произвольно управлять погодными явлениями — штормовыми ветрами, снежными бурями, торнадо. Под надежным пологом силово­го поля можно было бы строить города даже на дне океанов. От стекла, стали и бетона можно было бы вообще отказаться, заменив все строительные материалы силовыми полями.

Но, как ни странно, силовое поле оказывается одним из тех явлений, которые чрезвычайно сложно воспроизвести в ла­боратории. Некоторые физики даже полагают, что это вообще не удастся сделать без изменения его свойств.

Майкл Фарадей

Концепция физического поля берет начало в работах великого британского ученого XIX в. Майкла Фарадея.

Родители Фарадея принадлежали к рабочему классу (его отец был кузнецом). Сам он в начале 1800-х гг. состоял в подмастерьях у переплетчика и влачил достаточно жалкое существование. Но юный Фарадей был зачарован недавним гигантским прорывом в науке — открытием таинственных свойств двух новых сил, электричества и магнетизма. Он жадно поглощал всю доступную ему информацию по этим вопросам и посещал лекции профессора Хамфри Дэви из Королевского ин­ститута в Лондоне.

Однажды профессор Дэви серьезно повредил глаза во время неудачного химического эксперимента; понадобился секретарь, и он взял на эту должность Фарадея. Постепенно молодой человек завоевал доверие ученых Королевского института и получил воз­можность проводить собственные важные эксперименты, хотя нередко ему приходилось терпеть и пренебрежительное отноше­ние. С годами профессор Дэви все ревнивее относился к успехам своего талантливого молодого помощника, который поначалу считался в кругах экспериментаторов восходящей звездой, а со временем затмил славу самого Дэви. Только после смерти Дэви в 1829 г. Фарадей получил научную свободу и осуществил целую серию поразительных открытий. Результатом их стало создание электрических генераторов, обеспечивших энергией целые горо­да и изменивших ход мировой цивилизации.

Ключом к величайшим открытиям Фарадея стали сило­вые, или физические, поля. Если поместить железные опилки над магнитом и встряхнуть, выяснится, что опилки укладыва­ются в рисунок, напоминающий паутину и занимающий все пространство вокруг магнита. «Нити паутины» — это и есть фарадеевы силовые линии. Они наглядно показывают, как рас­пределяются в пространстве электрическое и магнитное поля. К примеру, если изобразить графически магнитное поле Земли, то обнаружится, что линии исходят откуда-то из области Север­ного полюса, а затем возвращаются и снова уходят в землю в области Южного полюса. Аналогично, если изобразить сило­вые линии электрического поля молнии во время грозы, выяс­нится, что они сходятся на кончике молнии.

Пустое пространство для Фарадея вовсе не было пустым; оно было заполнено силовыми линиями, при помощи кото­рых можно было заставить отдаленные предметы двигаться.

(Бедная юность не позволила Фарадею получить систематиче­ское образование, и он практически не разбирался в математи­ке; вследствие этого его записные книжки были заполнены не уравнениями и формулами, а нарисованными от руки диаграм­мами силовых линий. По иронии судьбы именно недостаток математического образования заставил его разработать вели­колепные диаграммы силовых линий, которые сегодня можно увидеть в любом учебнике физики. Физическая картина в науке нередко более важна, чем математический аппарат, который используется для ее описания.)

Историки выдвинули немало предположений о том, что именно привело Фарадея к открытию физических полей — одного из важнейших понятий в истории всей мировой науки. Фактически вся без исключения современная физика написа­на на языке фарадеевых полей. В 1831 г. Фарадей совершил ключевое открытие в области физических полей, навсегда из­менившее нашу цивилизацию. Однажды, пронося магнит — детскую игрушку — над проволочной рамкой, он заметил, что в рамке возникает электрический ток, хотя магнит с ней не соприкасается. Это означало, что невидимое поле магнита способно на расстоянии заставить электроны двигаться, соз­давая ток.

Силовые поля Фарадея, которые до этого момента счита­лись бесполезными картинками, плодом досужей фантазии, оказались реальной материальной силой, способной двигать объекты и генерировать энергию. Сегодня можно сказать на­верняка: источник света, которым вы пользуетесь, чтобы про­честь эту страницу, получает энергию благодаря открытиям Фарадея в области электромагнетизма. Вращающийся магнит создает поле, которое толкает электроны в проводнике и за­ставляет их двигаться, рождая электрический ток, который за­тем можно использовать для питания лампочки. На этом прин­ципе основаны генераторы электричества, обеспечивающие энергией города всего мира. К примеру, поток воды, падающий с плотины, заставляет вращаться гигантский магнит в турбине; магнит толкает электроны в проводе, формируя электрический ток; ток, в свою очередь, течет по высоковольтным проводам в наши дома.

Другими словами, силовые поля Майкла Фарадея и есть те самые силы, что движут современной цивилизацией, всеми ее проявлениями — от электровозов до новейших вычислитель­ных систем, Интернета и карманных компьютеров.

Полтора столетия фарадеевы физические поля вдохнов­ляли физиков на дальнейшие исследования. На Эйнштейна, к примеру, они оказали такое сильное воздействие, что он сформулировал свою теорию гравитации на языке физических полей. На меня тоже работы Фарадея произвели сильнейшее впечатление. Несколько лет назад я успешно сформулировал теорию струн в терминах физических полей Фарадея, заложив таким образом фундамент для полевой теории струн. В физике сказать про кого-то, что он мыслит силовыми линиями, означа­ет сделать этому человеку серьезный комплимент.

Четыре фундаментальных взаимодействия

Одним из величайших достижений физики за последние два тысячелетия стало выделение и определение четырех видов взаимодействия, которые правят вселенной. Все они могут быть описаны на языке полей, которым мы обязаны Фарадею. К несчастью, однако, ни один из четырех видов не обладает в полной мере свойствами силовых полей, описанных в боль­шинстве фантастических произведений. Перечислим эти виды взаимодействия.

1. Гравитация. Безмолвная сила, не позволяющая нашим ногам оторваться от опоры. Она не дает рассы­паться Земле и звездам, помогает сохранить целост­ность Солнечной системы и Галактики. Без гравитации вращение планеты вышвырнуло бы нас с Земли в космос со скоростью 1000 миль в час. Проблема в том, что свойства гравитации в точности противо­положны свойствам фантастических силовых полей. Гравитация — сила притяжения, а не отталкивания; она чрезвычайно слаба — относительно, разумеется; она работает на громадных, астрономических расстоя­ниях. Другими словами, являет собой почти полную противоположность плоскому, тонкому, непроницае­мому барьеру, который можно встретить едва ли не в любом фантастическом романе или фильме. К приме­ру, перышко к полу притягивает целая планета — Зем­ля, но мы легко можем преодолеть притяжение Земли и поднять перышко одним пальцем. Воздействие одного нашего пальца способно преодолеть силу притяжения целой планеты, которая весит больше шести триллио­нов килограммов.

2. Электромагнетизм (ЭМ). Сила, освещающая наши города. Лазеры, радио, телевидение, современная электроника, компьютеры, Интернет, электричество, магнетизм — все это следствия проявления электро­магнитного взаимодействия. Возможно, это самая по­лезная сила, которую удалось обуздать человечеству на протяжении всей его истории. В отличие от гравитации она может работать и на притяжение, и на отталкива­ние. Однако и она не годится на роль силового поля по нескольким причинам. Во-первых, ее можно легко нейтрализовать. К примеру, пластик или любой другой непроводящий материал без труда проникнет в мощ­ное электрическое или магнитное поле. Кусок пласти­ка, брошенный в магнитное поле, свободно пролетит его насквозь. Во-вторых, электромагнетизм действует на больших расстояниях, его непросто сосредоточить в плоскости. Законы ЭМ-взаимодействия описываются уравнениями Джеймса Клерка Максвелла, и похоже, силовые поля не являются решением этих уравнений.

3 и 4. Сильные и слабые ядерные взаимодействия. Слабое взаимодействие — это сила радиоактивно­го распада, та, что разогревает радиоактивное ядро Земли. Эта сила стоит за извержениями вулканов, зем­летрясениями и дрейфом континентальных плит. Силь­ное взаимодействие не дает рассыпаться ядрам атомов; оно обеспечивает энергией солнце и звезды и отвечает за освещение Вселенной. Проблема в том, что ядерное взаимодействие работает только на очень маленьких расстояниях, в основном в пределах атомного ядра. Оно так прочно связано со свойствами самого ядра, что управлять им чрезвычайно трудно. В настоящее время нам известно только два способа влиять на это взаимо­действие: мы можем разбить субатомную частицу на части в ускорителе или взорвать атомную бомбу.

Хотя защитные поля в научной фантастике и не подчиня­ются известным законам физики, все же существуют лазейки, которые в будущем, вероятно, сделают создание силового поля возможным. Во-первых, существует, возможно, пятый вид фун­даментального взаимодействия, который никому до сих пор не удалось увидеть в лаборатории. Может оказаться, к примеру, что это взаимодействие работает только на расстояниях от не­скольких дюймов до фута — а не на астрономических расстоя­ниях. (Правда, первые попытки обнаружить пятый вид взаимо­действия дали отрицательные результаты.)

Во-вторых, нам, возможно, удастся заставить плазму ими­тировать некоторые свойства силового поля. Плазма — это «четвертое состояние вещества». Три первые, привычные нам состояния вещества, — твердое, жидкое и газообразное; тем не менее самой распространенной формой вещества во вселенной является плазма: газ, состоящий из ионизированных атомов. Атомы в плазме не связаны между собой и лишены электро­нов, а потому обладают электрическим зарядом. Ими можно без труда управлять при помощи электрического и магнитного полей.

Видимое вещество вселенной существует по большей ча­сти в форме различного рода плазмы; из нее образованы солн­це, звезды и межзвездный газ. В обычной жизни мы почти не сталкиваемся с плазмой, потому что на Земле это явление редкое; тем не менее плазму можно увидеть. Для этого доста­точно взглянуть на молнию, солнце или экран плазменного телевизора.

Плазменные окна

Как уже отмечалось выше, если нагреть газ до достаточно вы­сокой температуры и получить таким образом плазму, то при помощи магнитного и электрического полей можно будет ее удерживать и придавать ей форму. К примеру, плазме можно придать форму листа или оконного стекла. Более того, такое «плазменное окно» можно использовать в качестве перегород­ки между вакуумом и обычным воздухом. В принципе, таким образом можно было бы удерживать воздух внутри космическо­го корабля, не давая ему улетучиться в пространство; плазма в этом случае образует удобную прозрачную оболочку, границу между открытым космосом и кораблем.

В сериале «Звездный путь» силовое поле используется, в частности, для того, чтобы изолировать отсек, где находится и откуда стартует небольшой космический челнок, от космиче­ского пространства. И это не просто хитрая уловка, призванная сэкономить деньги на декорациях; такая прозрачная невиди­мая пленка может быть создана.

Плазменное окно придумал в 1995 г. физик Эди Гершкович в Брукхейвенской национальной лаборатории (Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк). Это устройство было разработано в процессе решения другой задачи — задачи сварки металлов при помощи электронного луча. Ацетиленовая горелка сварщика плавит ме­талл потоком раскаленного газа, а затем уже соединяет куски металла воедино. При этом известно, что пучок электронов спо­собен сваривать металлы быстрее, чище и дешевле, чем полу­чается при обычных методах сварки. Главная проблема метода электронной сварки состоит в том, что осуществлять ее необхо­димо в вакууме. Это требование создает большие неудобства, поскольку означает сооружение вакуумной камеры — разме­ром, возможно, с целую комнату.

Для решения этой проблемы д-р Гершкович изобрел плаз­менное окно. Это устройство размером всего 3 фута в высоту и 1 фут в диаметре; оно нагревает газ до температуры 6500 °С и тем самым создает плазму, которая сразу же попадает в ловуш­ку электрического и магнитного полей. Частицы плазмы, как частицы любого газа, оказывают давление, которое не дает воз­духу ворваться и заполнить собой вакуумную камеру. (Если ис­пользовать в плазменном окне аргон, он испускает голубоватое свечение, совсем как силовое поле в «Звездном пути».)

Плазменное окно, очевидно, найдет широкое применение в космической отрасли и промышленности. Даже в промыш­ленности для микрообработки и сухого травления часто необ­ходим вакуум, но применение его в производственном процес­се может оказаться очень дорогим. Но теперь, с изобретением плазменного окна, удерживать вакуум одним нажатием кнопки станет несложно и недорого.

Но можно ли использовать плазменное окно как непрони­цаемый щит? Защитит ли оно от выстрела из пушки? Можно вообразить появление в будущем плазменных окон, обладаю­щих гораздо большей энергией и температурой, достаточной для испарения попадающих в него объектов. Но для создания более реалистичного силового поля с известными по фанта­стическим произведениям характеристиками потребуется многослойная комбинация нескольких технологий. Возможно, каждый слой сам по себе не будет достаточно прочным, чтобы остановить пушечное ядро, но вместе нескольких слоев может оказаться достаточно.

Попробуем представить себе структуру такого силового поля. Внешний слой, к примеру сверхзаряженное плазменное окно, разогретое до температуры, достаточной для испарения металлов. Вторым слоем может оказаться завеса из высоко­энергетических лазерных лучей. Такая завеса из тысяч перекре­щивающихся лазерных лучей создавала бы пространственную решетку, которая нагревала бы проходящие через нее объекты и эффективно испаряла их. Более подробно мы поговорим о ла­зерах в следующей главе.

Далее, за лазерной завесой, можно вообразить себе про­странственную решетку из «углеродных нанотрубок» — кро­хотных трубочек, состоящих из отдельных атомов углерода, со стенками толщиной в один атом. Таким трубки во много раз прочнее стали. На данный момент самая длинная из получен­ных в мире углеродных нанотрубок имеет длину всего около 15 мм, но можно уже предвидеть день, когда мы сможем созда­вать углеродные нанотрубки произвольной длины. Предполо­жим, что из углеродных нанотрубок можно будет сплести про­странственную сеть; в этом случае мы получим чрезвычайно прочный экран, способный отразить большинство объектов. Экран этот будет невидим, так как каждая отдельная нанотрубка по толщине сравнима с атомом, но пространственная сеть из углеродных нанотрубок превзойдет по прочности любой другой материал.

Итак, мы имеем основания предположить, что сочетание плазменного окна, лазерной завесы и экрана из углеродных нанотрубок может послужить основой для создания почти не­проницаемой невидимой стены.

Но даже такой многослойный щит будет не в состоянии продемонстрировать все свойства, которые научная фанта­стика приписывает силовому полю. Так, он будет прозрачен, а значит, не сможет остановить лазерный луч. В битве с приме­нением лазерных пушек наши многослойные щиты окажутся бесполезными.

Чтобы остановить лазерный луч, щит должен будет кро­ме перечисленного обладать сильно выраженным свойством «фотохроматичности», или переменной прозрачности. В на­стоящее время материалы с такими характеристиками ис­пользуются при изготовлении солнечных очков, способных затемняться при воздействии УФ-излучения. Переменная прозрачность материала достигается за счет использования молекул, которые могут существовать по крайней мере в двух состояниях. При одном состоянии молекул такой матери­ал прозрачен. Но под воздействием УФ-излучения молекулы мгновенно переходят в другое состояние и материал теряет прозрачность.

Возможно, когда-нибудь мы сможем при помощи нанотехнологии получить вещество, прочное, как углеродные нанотрубки, и способное менять свои оптические свойства под воз­действием лазерного луча. Щит из такого вещества сможет останавливать не только потоки частиц или орудийные снаряды, но и лазерный удар. В настоящее время, однако, не существует материалов с переменной прозрачностью, способных остано­вить лазерный луч.

Магнитная левитация

В научной фантастике силовые поля выполняют еще одну функ­цию, кроме отражения ударов из лучевого оружия, а именно служат опорой, которая позволяет преодолевать силу притя­жения. В фильме «Назад в будущее» Майкл Фокс катается на «ховерборде», или «парящей доске»; эта штука во всем напоми­нает привычный скейтборд, вот только «ездит» по воздуху, над поверхностью земли. Физические законы — такие, какими мы их знаем на сегодняшний день, — не позволяют реализовать подобное подобное антигравитационное устройство (как мы увидим в главе 10). Но можно представить себе в будущем создание других устройств — парящих досок и парящих автомобилей на магнитной подушке; эти машины позволят нам без труда поднимать и удерживать на весу крупные объекты. В будущем, если «сверхпроводимость при комнатной температуре» станет доступной реальностью, человек сможет поднимать в воздух предметы, используя возможности магнитных полей.

Если мы поднесем северный полюс постоянного магнита к северному же полюсу другого такого же магнита, магниты будут отталкиваться друг от друга. (Если мы перевернем один из магнитов и поднесем его южным полюсом к северному полюсу другого, два магнита будут притягиваться.) Этот же принцип — то, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, — можно использовать для подъема с земли огромных тяжестей. Уже сейчас в нескольких странах идет строительство технически передовых поездов на магнитной подвеске. Такие поезда проносятся не по путям, а над ними на минимальном расстоянии; на весу их удерживают обычные магниты. Поезда как бы парят в воздухе и могут благодаря нулевому трению развивать рекордные скорости.

Первая в мире коммерческая автоматизированная транспортная система на магнитной подвеске была запущена в действие в 1984 г. в британском городе Бирмингеме. Она соединила терминал международного аэропорта и расположенный неподалеку железнодорожный вокзал. Поезда на магнитной подвеске действуют также в Германии, Японии и Корее, хотя большинство из них не предназначены для высоких скоростей. Первый скоростной коммерческий поезд на магнитной подвеске начал ходить по запущенному в действие участку трассы в Шанхае; этот поезд движется по трассе со скоростью до 431 км/ч. Японский поезд на магнитной подвеске в префектуре Яманаси разогнался до скорости 581 км/ч — т. е. двигался значительно быстрее, чем обычные поезда на колесах.

Но устройства на магнитной подвеске чрезвычайно дороги. Один из путей к увеличению их эффективности — использование сверхпроводников, которые при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, полностью теряют электрическое сопротивление. Явление сверхпроводимости открыл в 1911 г. Хейке Камерлинг-Оннес. Суть его состояла в том, что некоторые вещества при охлаждении до температуры ниже 20 К (20° выше абсолютного нуля) теряют всякое электрическое сопротивление. Как правило, при охлаждении металла его электрическое сопротивление постепенно уменьшается. {Дело в том, что направленному движению электронов в проводнике мешают случайные колебания атомов. При уменьшении температуры размах случайных колебаний уменьшается, и электричество испытывает меньшее сопротивление.) Но Камерлинг-Оннес, к собственному изумлению, обнаружил, что сопротивление некоторых материалов при определенной критической температуре резко падает до нуля.

Физики сразу поняли важность полученного результата. При передаче на большие расстояния в линиях электропередачи теряется значительное количество электроэнергии. Но если бы сопротивление удалось устранить, электроэнергию можно было бы передавать в любое место почти даром. Вообще, возбужденный в замкнутом контуре электрический ток мог бы циркулировать в нем без потерь энергии миллионы лет. Более того, из этих необычайных токов несложно было бы создать магниты невероятной мощности. А имея такие магниты, можно было бы без усилий поднимать громадные грузы.

Несмотря на чудесные возможности сверхпроводников, применять их очень непросто. Держать большие магниты в баках с чрезвычайно холодными жидкостями очень дорого. Чтобы сохранять жидкости холодными, потребуются громадные фабрики холода, которые поднимут стоимость сверхпроводящих магнитов до заоблачных высот и сделают их использование невыгодным.

Но однажды физикам, возможно, удастся создать вещество, которое сохранит сверхпроводящие свойства даже при нагреве до комнатной температуры. Сверхпроводимость при комнатной температуре — «святой Грааль» физиков-твердотельщиков. Получение таких веществ, по всей вероятности, послужит началом второй промышленной революции. Мощные магнитные поля, способные удерживать на весу машины и поезда, станут настолько дешевыми, что даже «планирующие автомобили», возможно, окажутся экономически выгодными. Очень может быть, что с изобретением сверх-проводников, сохраняющих свои свойства при комнатной температуре, фантастические летающие машины, которые мы видим в фильмах «Назад в будущее», «Особое мнение» и «Звездные войны», станут реальностью.

В принципе вполне пред ставимо, что человек сможет надевать специальный пояс из сверхпроводящих магнитов, который позволит ему свободно левитировать над землей. С таким поясом можно было бы летать по воздуху, подобно Супермену. Вообще, сверхпроводимость при комнатной температуре явление настолько замечательное, что изобретение и использование таких сверхпроводников описано во множестве научно-фантастических романов (таких, как серия романов про Мир-Кольцо, созданная Ларри Нивеном в 1970 г.).

Десятки лет физики безуспешно искали вещества, которые обладали бы сверхпроводимостью при комнатной температуре. Это был утомительный скучный процесс — искали методом проб и ошибок, испытывая один материал за другим. Но в 1986 г. был открыт новый класс веществ, получивших название «высокотемпературные сверхпроводники»; эти вещества обретали сверхпроводимость при температурах порядка 90° выше абсолютного нуля, или 90 К. Это открытие стало настоящей сенсацией в мире физики. Казалось, распахнулись ворота шлюза. Месяц за месяцем физики соревновались друг с другом, стремясь установить новый мировой рекорд сверхпроводимости. Какое-то время даже казалось, что сверхпроводимость при комнатной температуре вот-вот сойдет со страниц научно-фантастических романов и станет реальностью. Но после нескольких лет бурного развития исследования в области высокотемпературных сверхпроводников начали замедляться.

В настоящее время мировой рекорд для высокотемпературных сверхпроводников принадлежит веществу, представляющему собой сложный оксид меди, кальция, бария, таллия и ртути, которое становится сверхпроводящим при 138 К (-135 °С). Эта относительно высокая температура все еще очень далека от комнатной. Но и это—важный рубеж. Азот становится жидким при температуре 77 К, а жидкий азот стоит примерно столько же, сколько обычное молоко. Поэтому для охлаждения высокотемпературных сверхпроводников можно использовать обычный жидкий азот, это недорого. (Разумеется, сверхпроводники, остающиеся таковыми и при комнатной температуре, совсем не потребуют охлаждения.)

Неприятно другое. В настоящее время не существует теории, которая объясняла бы свойства высокотемпературных сверхпроводников. Более того, предприимчивого физика, который сумеет объяснить, как они работают, ждет Нобелевская премия. (В известных высокотемпературных сверхпроводниках атомы организованы в четко выраженные слои. Многие физики предполагают, что именно слоистость керамического материала дает возможность электронам свободно передвигаться внутри каждого слоя, создавая таким образом сверхпроводимость. Но как именно и почему это происходит — по-прежнему загадка.)

Недостаток знаний вынуждает физиков искать новые высокотемпературные сверхпроводники по старинке, методом проб и ошибок. Это означает, что пресловутая сверхпроводимость при комнатной температуре может быть открыта когда угодно—завтра, через год, или вообще никогда. Никто не знает, когда будет найдено вещество с такими свойствами и будет ли оно найдено вообще.

Но если сверхпроводники при комнатной температуре будут открыты, их открытие, скорее всего, породит громадную волну новых изобретений и коммерческих приложений. Обычными, возможно, станут магнитные поля, в миллион раз более сильные, чем магнитное поле Земли (которое составляет 0,5 Гс).

Одно из свойств, присущих всем сверхпроводникам, носит название эффекта Мейснера. Если поместить магнит над сверхпроводником, магнит зависнет в воздухе, как будто поддерживаемый некой невидимой силой. [Причина эффекта Мейснера заключается в том, что магнит обладает свойством создавать внутри сверхпроводника собственное «зеркальное отражение», так что настоящий магнит и его отражение начинают отталкиваться друг от друга. Еще одно наглядное объяснение этого эффекта — в том, что сверхпроводник непроницаем для магнитного поля. Он как бы выталкивает магнитное поле. Поэтому, если поместить магнит над сверхпроводником, силовые линии магнита при контакте со сверхпроводником исказятся. Эти силовые линии и будут выталкивать магнит вверх, заставляя его левитировать.)

Если человечество получит возможность использовать эффект Мейснера, то можно вообразить шоссе будущего с покрытием из такой специальной керамики. Тогда при помощи магнитов, размещенных у нас на поясе или на днище автомобиля, мы сможем волшебным образом парить над дорогой и нестись к месту назначения без всякого трения или потерь энергии.

Эффект Мейснера работает только с магнитными материалами, такими как металлы, Но можно использовать сверхпроводниковые магниты и для левитирования немагнитных материалов, известных как парамагнетики или диамагнетики. Эти вещества сами по себе не обладают магнитными свойствами; они обретают их только в присутствии и под воздействием внешнего магнитного поля. Парамагнетики притягиваются внешним магнитом, диамагнетики отталкиваются.

Вода, к примеру, диамагнетик. Поскольку все живые существа состоят из воды, они тоже могут левитировать в присутствии мощного магнитного поля. В поле с магнитной индукцией около 15 Т (в 30 000 раз более мощном, чем магнитное поле Земли) ученым уже удалось заставить левитировать небольших животных, таких как лягушки. Но если сверхпроводимость при комнатной температуре станет реальностью, можно будет поднимать в воздух и крупные немагнитные объекты, пользуясь их диамагнитными свойствами.

В заключение отметим, что силовые поля в том виде, в каком их обычно описывает фантастическая литература, не согласуются с описанием четырех фундаментальных взаимодействий в нашей Вселенной. Но можно предположить, что человеку удастся имитировать многие свойства этих выдуманных полей при помощи многослойных щитов, включающих в себя плазменные окна, лазерные завесы, углеродные нанотрубки и вещества с переменной прозрачностью. Но реально такой щит может быть разработан лишь через несколько десятилетий, а то и через столетие. И в случае, если сверхпроводимость при комнатной температуре будет обнаружена, у человечества появится возможность использовать мощные магнитные поля; возможно, с их помощью удастся поднять в воздух автомобили и поезда, как мы видим в фантастических фильмах.

Принимая все это во внимание, я бы отнес силовые поля к I классу невозможности, т. е. определил их как нечто невозможное для сегодняшних технологий, но реализуемое в модифицированной форме в течение ближайшего столетия или около того.

^

2. Невидимость

Нельзя полагаться на глаза, если расфокусировано воображение.
Марк Твен

В сериале «Звездный путь IV: Путешествие домой» экипаж «Энтерпрайза» захватывает боевой крейсер клингонов. В отличие от кораблей Звездного флота Федерации, корабли Клингонской империи оборудованы секретным «маскирующим устройством», способным сделать их невидимыми для глаза и радара. Это устройство позволяет клингонским кораблям заходить незамеченными в хвост кораблям Федерации и безнаказанно наносить первый удар. Благодаря маскирующему устройству Клингонская империя имеет перед Федерацией планет стратегическое преимущество.

Возможно ли на самом деле такое устройство? Невидимость давно стала одним из привычных чудес научно-фантастических и фэнтезийных произведений — от «Человека-невидимки» до волшебного плаща-невидимки Гарри Поттера или кольца из «Властелина колец». Тем не менее на протяжении по крайней мере ста лет физики дружно отрицали возможность создания плащей-невидимок и однозначно заявляли, что это невозможно: плащи-де нарушают законы оптики и не согласуются ни с одним из известных свойств вещества.

Но сегодня невозможное может стать возможным. Достижения в области «метаматериалов» заставляют в значительной мере пересмотреть учебники оптики. Созданные в лаборатории рабочие образцы таких материалов вызывают живой интерес средств массовой информации, производственников и военных; всем интересно, как видимое сделать невидимым.

Невидимость в истории

Невидимость, возможно, одна из самых старых концепций древней мифологии. С начала времен человек, оставшись один в пугающей тишине ночи, чувствовал присутствие невидимых существ и боялся их. Повсюду вокруг него во тьме таились духи мертвых — души тех, кто ушел до него. Греческий герой Персей, вооружившись шлемом-невидимкой, сумел убить злобную горгону Медузу. Генералы всех времен мечтали о маскирующем устройстве, которое позволило бы стать невидимым для врага. Пользуясь невидимостью, можно было бы легко проникнуть за линию обороны противника и застать его врасплох. Преступники могли бы использовать невидимость для совершения дерзких ограблений.

В теории этики и морали Платона невидимость играла главную роль.[2] В своем философском труде «Государство» Платон поведал нам миф о кольце Гига. В этом мифе бедный, но честный пастух Гиг из Лидии проникает в тайную пещеру и находит там гробницу; у трупа на пальце он видит золотое кольцо. Далее Гиг обнаруживает, что кольцо обладает волшебной силой и может делать его невидимым. Бедный пастух буквально пьянеет от власти, которую дало ему кольцо. Пробравшись в царский дворец, Гиг при помощи кольца соблазняет царицу, затем с ее помощью убивает царя и становится следующим царем Лидии.

Мораль, которую Платон вывел из этой истории, состоит в том, что ни один человек не в состоянии устоять перед искушением брать чужое и убивать безнаказанно. Люди слабы, а мораль — социальное явление, которое необходимо насаждать и поддерживать извне. На публике человек может соблюдать нормы морали, чтобы выглядеть порядочным и честным и поддерживать собственную репутацию, но стоит дать ему возможность становиться невидимым, и он не сможет удержаться и непременно воспользуется своим новым могуществом. (Некоторые считают, что именно эта притча о морали вдохновила Дж.Р.Р. Толкина на создание трилогии «Властелин колец»; кольцо, делающее своего владельца невидимым, одновременно является источником зла.)

В научной фантастике невидимость — один из обычных движителей сюжета. В серии комиксов 1930-х гг. «Флэш Гордон» Флэш становится невидимым, чтобы скрыться от расстрельной команды негодяя Минга Безжалостного. В романах и фильмах о Гарри Поттере главный герой, накинув волшебный плащ, может незамеченным бродить по Хогвартскому замку.

Герберт Уэллс в классическом романе «Человек-невидимка» воплотил в конкретную форму примерно те же идеи. В этом романе студент-медик случайно открывает возможности четвертого измерения и становится невидимым. К несчастью, он использует полученные фантастические возможности в личных целях, совершает целую череду мелких преступлений и в конце концов погибает в отчаянной попытке уйти от полиции.

Уравнения Максвелла и тайна света

Физики получили сколько-нибудь четкое представление о законах оптики относительно недавно в результате работ шотландца Джеймса Клерка Максвелла, одного из гигантов физики XIX в. В определенном смысле Максвелл был полной противоположностью Фарадею. Если Фарадей обладал великолепным чутьем экспериментатора, но не имел никакого формального образования, то его современник Максвелл был магистром высшей математики. Он с отличием прошел обучение по курсу математической физики в Кембридже, где за два столетия до него работал Исаак Ньютон.

Ньютон придумал дифференциальное исчисление — оно описывает на языке дифференциальных уравнений, как объекты непрерывно претерпевают бесконечно малые изменения во времени и пространстве. Движение океанских волн, жидкостей, газов и пушечных ядер — все это может быть описано на языке дифференциальных уравнений. Максвелл начал работать, перед собой ясную цель: выразить революционные открытия Фарадея и его физические поля при помощи точных дифференциальных уравнений.

Максвелл начал с утверждения Фарадея о том, что электрические поля могут превращаться в магнитные и наоборот. Он взял нарисованные Фарадеем картины физических полей и записал их на точном языке дифференциальных уравнений. В результате была получена одна из важнейших в современной науке систем уравнений. Это система из восьми дифференциальных уравнений довольно жуткого вида. Каждому физику и инженеру в мире пришлось в свое время попотеть над ними, осваивая в институте электромагнетизм.

Далее Максвелл задал себе судьбоносный вопрос: если магнитное поле может превращаться в электрическое и наоборот, то что происходит, если они постоянно переходят одно в другое в бесконечной череде превращений? Максвелл обнаружил, что такое электромагнитное поле породит волну, подобную океанской. Он вычислил скорость движения таких волн и, к собственному изумлению, обнаружил, что она равняется скорости света! В 1864 г., обнаружив данный факт, он пророчески написал: «Эта скорость настолько близка к скорости света, что мы, по всей видимости, имеем все основания сделать вывод о том, что сам свет… представляет собой электромагнитное возмущение».

Это открытие стало, возможно, одним из величайших в истории человечества — была наконец раскрыта тайна света! Максвелл внезапно понял, что все — и сияние летнего восхода, и яростные лучи заходящего солнца, и ослепительные цвета радуги, и звезды на ночном небосклоне — можно описать при помощи волн, которые он небрежно изобразил на клочке бумаги. Сегодня мы понимаем, что весь электромагнитный спектр: сигналы радаров, микроволновое излучение и телевизионные волны, инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет, рентгеновские и гамма-лучи — это не что иное, как максвелловы водны; а те, в свою очередь, представляют собой вибрации фарадеевых физических полей.

Говоря о значении уравнений Максвелла, Эйнштейн писал, что это «самое глубокое и плодотворное, что довелось испытать физике со времен Ньютона».

(Трагично, но Максвелл, один из величайших физиков XIX столетия, умер достаточно молодым, в возрасте 48 лет, от рака желудка — вероятно, той же болезни, что убила его мать в этом же возрасте. Проживи он дольше, и возможно, ему удалось бы обнаружить, что полученные им уравнения допускают искажения пространства-времени, и это привело бы прямо к теории относительности Эйнштейна. Мысль о том, что проживи Максвелл дольше, и теория относительности могла бы появиться во времена Гражданской войны в Америке, потрясает до глубины души.)

Максвеллова теория света и атомная теория строения вещества дают оптике и невидимости простое объяснение. В твердом теле атомы плотно упакованы, тогда как в жидкости или газе расстояния между молекулами гораздо больше. Большинство твердых тел непрозрачны, так как лучи света не могут пройти через плотный строй атомов, который играет роль кирпичной стены. Многие жидкости и газы, напротив, прозрачны, потому что свету проще пройти между редкими атомами, расстояния между которыми больше, чем длина волны видимого света. К примеру, вода, спирт, аммиак, ацетон, перекись водорода, бензин и другие жидкости прозрачны, как прозрачны и газы, такие как кислород, водород, азот, углекислый газ, метан и т, п.

Из этого правила существует несколько важных исключений. Многие кристаллы одновременно твердые и прозрачные. Но атомы в кристалле располагаются в узлах правильной пространственной решетки и образуют регулярные ряды с одинаковыми интервалами между ними. В результате в кристаллической решетке всегда много путей, по которым луч света может пройти сквозь нее. Поэтому, хотя атомы в кристалле упакованы не менее плотно, чем в любом другом твердом теле, свет все же способен проникать сквозь него.

При определенных обстоятельствах даже твердый объект со случайно расположенными атомами может стать прозрачным. Такого эффекта для некоторых материалов можно добиться, если нагреть объект до высокой температуры, а затем резко охладить. К примеру, стекло — твердое тело, обладающее из-за случайного расположения атомов многими свойствами жидкости. Некоторые леденцы тоже можно таким образом сделать прозрачными.

Очевидно, свойство невидимости возникает на атомном уровне, согласно уравнениям Максвелла, и потому его чрезвычайно трудно, если вообще возможно, воспроизвести обычными методами. Чтобы сделать Гарри Поттера невидимым, его придется перевести в жидкое состояние, вскипятить и превратить в пар, кристаллизовать, нагреть и охладить — согласитесь, любое из этих действий было бы весьма затруднительным даже для волшебника.

Военные, оказавшись не в состоянии построить невидимые самолеты, попытались проделать более простую вещь: создали технологию «стеле», которая делает самолеты невидимыми для радаров. Технология «стеле», опираясь на уравнения Максвелла, проделывает серию фокусов. Реактивный истребитель «стеле» легко увидеть невооруженным глазом, зато на экране вражеского радара его изображение по размеру примерно соответствует крупной птице. (На самом деле технология «стеле» представляет собой сочетание нескольких совершенно разных фокусов. По возможности материалы конструкции истребителя заменяются на прозрачные для радара: вместо стали используются различные пластики и смолы; изменяются углы фюзеляжа; меняется конструкция сопла двигателя и т.д. В результате всех этих ухищрений можно заставить радарный луч противника, попавший в самолет, рассеиваться во всех направлениях и не возвращаться в приемное устройство. Но даже с применением этой технологии истребитель не становится совершенно невидимым; просто его корпус отклоняет и рассеивает радарный луч настолько, насколько это технически возможно.)

Метаматериалы и невидимость

Возможно, самым многообещающим в плане невидимости из недавних достижений является экзотический новый материал, известный как «метаматериал»; не исключено, что когда-нибудь он сделает объекты на самом деле невидимыми. Забавно, но когда-то существование метаматериалов также считалось невозможным, поскольку они нарушают законы оптики. Но в 2006 г. исследователи из Университета Дьюка в Дарэме (штат Северная Каролина) и Имперского колледжа в Лондоне успешно опровергли это общепринятое мнение и при помощи метаматериалов сделали объект невидимым для микроволнового излучения. Препятствий на этом пути пока хватает, но впервые в истории у человечества появилась методика, позволяющая делать обычные объекты невидимыми. (Финансировало эти исследования DARPA — Агентство перспективных исследовательских проектов Минобороны США.)

Натан Мирволд, бывший главный технолог фирмы Microsoft, утверждает, что революционные возможности метаматериалов «полностью изменят наш подход к оптике и к почти всем аспектам электроники… Некоторые из метаматериалов способны на такие подвиги, которые несколько десятилетий назад показалось бы чудом»

Что представляют собой метаматериалы? Это вещества, обладающие несуществующими в природе оптическими свойствами. При создании метаматериалов в вещество внедряются крошечные имплантаты, которые вынуждают электромагнитные волны выбирать нестандартные пути. В Университете Дьюка ученые внедрили в медные ленты, уложенные плоскими концентрическими кругами (все это немного напоминает по конструкции конфорку электроплитки), множество крошечных электрических контуров. Результатом стала сложная структура из керамики, тефлона, композитных волокон и металлических компонентов. Крошечные имплантаты, присутствующие в меди, дают возможность отклонять микроволновое излучение и направлять его по заданному пути. Представьте себе, как река обтекает валун. Вода очень быстро оборачивается вокруг камня, поэтому ниже по течению его присутствие никак не сказывается и выявить его невозможно. Точно так же метаматериалы способны непрерывно изменять маршрут микроволн таким образом, чтобы они обтекали, скажем, некий цилиндр и тем самым делали все внутри этого цилиндра невидимым для радиоволн. Если метаматериал сможет к тому же устранить все отражения и тени, то объект станет полностью невидимым для этой формы излучения.

Ученые успешно продемонстрировали этот принцип при помощи устройства, состоящего из десяти колец из стекловолокна, покрытых медными элементами. Медное кольцо внутри устройства было почти невидимым для микроволнового излучения; оно лишь отбрасывало слабую тень.

Необычные свойства метаматериалов базируются на их способности управлять параметром, известным как «показатель преломления». Преломление — свойство света менять направление распространения при прохождении через прозрачный материал. Если опустить руку в воду или просто посмотреть через линзы очков, можно заметить, что вода и стекло отклоняют и искажают ход лучей обычного света.

Причина отклонения светового луча в стекле или воде состоит в том, что при входе в плотный прозрачный материал свет замедляется. Скорость света в идеальном вакууме постоянна, но в стекле или воде свет «протискивается» через скопление триллионов атомов и потому замедляется. (Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления. Поскольку свет в любой среде замедляется, показатель преломления всегда больше единицы.) К примеру, показатель преломления для вакуума составляет 1,00; для воздуха —1,0003; для стекла—1,5; для бриллианта—2,4. Как правило, чем плотнее среда, тем сильнее она отклоняет луч света и тем больше, соответственно, показатель преломления.

Очень наглядной демонстрацией явлений, связанных с преломлением, могут послужить миражи. Если вы, проезжая по шоссе в жаркий день, будете смотреть прямо вперед, на горизонт, то дорога местами покажется вам мерцающей и создаст иллюзию сверкающей водной глади. В пустыне иногда можно увидеть на горизонте очертания далеких городов и гор. Происходит это потому, что нагретый над дорожным полотном или песком пустыни воздух имеет более низкую плотность и, соответственно, более низкий показатель преломления, чем окружающий его обычный, более прохладный воздух; поэтому свет от удаленных объектов может испытать преломление в нагретом слое воздуха и попасть после этого в глаз; при этом у вас возникает иллюзия того, что вы действительно видите удаленные объекты.

Как правило, показатель преломления — величина постоянная. Узкий луч света, проникая в стекло, меняет направление, а затем продолжает двигаться по прямой. Но предположим на мгновение, что мы в состоянии управлять показателем преломления, так чтобы в каждой точке стекла он мог постоянно изменяться заданным образом, Свет, двигаясь в таком новом материале, мог бы произвольным образом менять направление; путь луча в этой среде извивался бы, подобно змее.

Если бы можно было управлять показателем преломления в метаматериале так, чтобы свет огибал некий объект, то объект этот станет невидимым. Для получения такого эффекта показатель преломления в метаматериале должен быть отрицательным, но в любом учебнике оптики сказано, что это невозможно,

(Впервые метаматериалы были теоретически предсказаны в работе советского физика Виктора Веселаго в 1967 г. Именно Веселаго показал, что эти материалы должны обладать такими необычными оптическими свойствами, как отрицательный показатель преломления и обратный эффект Доплера. Метаматериалы представляются настолько странными и даже нелепыми, что первое время их практическая реализация считалась попросту невозможной. Однако в последние несколько лет метаматериалы были-таки получены в лаборатории, что вынудило физиков заняться переписыванием учебников по оптике.)

Исследователям, которые занимаются мета материалами, постоянно докучают журналисты с вопросом: когда на рынке появятся наконец плащи-невидимки? Ответ можно сформулировать очень просто: не скоро.

Дэвид Смит из Университета Дьюка рассказывает: «Репортеры звонят и умоляют хотя бы назвать срок. Через сколько месяцев или, скажем, лет это произойдет. Они давят, давят и давят, и ты в конце концов не выдерживаешь и говоришь, что лет, может, через пятнадцать. И тут же — газетный заголовок, да? Пятнадцать лет до плаща Гарри Поттера». Вот почему он теперь отказывается называть какие бы то ни было сроки.

Поклонникам Гарри Поттера или «Звездного пути», скорее всего, придется подождать. Хотя настоящий плащ-невидимка уже не противоречит известным законам природы — а с этим в настоящий момент соглашается большинство физиков, — ученым предстоит преодолеть еще много сложных технических препятствий, прежде чем эту технологию можно будет распространить на работу с видимым светом, а не только с микроволновым излучением.

В общем случае размеры внутренних структур, внедренных в метаматериал, должны быть меньше длины волны излучения. К примеру, микроволны могут иметь длину волны порядка 3 см, поэтому если мы хотим, чтобы метаматериал искривлял путь микроволн, мы должны внедрить в него имплантаты размером меньше 3 см. Но чтобы сделать объект невидимым для зеленого света (с длиной волны 500 нм), метаматериал должен иметь внедренные структуры длиной всего около 50 нм. Но нанометры — это уже атомный масштаб, для работы с такими размерами требуются нанотехнологии. (Нанометр — это одна миллиардная часть метра. В одном нанометре может уместиться примерно пять атомов.) Возможно, это ключевая проблема, с которой нам придется столкнуться при создании настоящего плаща-невидимки. Чтобы произвольно искривлять, подобно змее, путь светового луча, нам пришлось бы модифицировать отдельные атомы внутри метаматериала.

Метаматериалы для видимого света

Итак, гонка началась.

Сразу же после объявления о получении в лаборатории первых метаматериалов в этой области началась лихорадочная активность. Каждые несколько месяцев мы слышим о революционных догадках и поразительных прорывах. Цель ясна: создать при помощи нанотехнологии метаматериалы, способные искривлять не только микроволны, но и видимый свет. Уже предложены несколько подходов, и все они представляются достаточно перспективными.

Одно из предложений заключается в том, чтобы использовать готовые методы, т. е. позаимствовать для производства метаматериалов отработанные технологии микроэлектронной промышленности. К примеру, в основе миниатюризации компьютеров лежит технология «фотолитографии»; она же служит двигателем компьютерной революции. Эта технология позволяет инженерам размещать на кремниевой подложке размером с ноготь большого пальца сотни миллионов крохотных транзисторов.

Мощность компьютеров удваивается каждые 18 месяцев (эту закономерность называют законом Мура). Происходит это благодаря тому, что ученые при помощи ультрафиолетового излучения «вытравливают» на кремниевых чипах все более и более крохотные компоненты. Эта технология очень напоминает процесс, при помощи которого наносят по трафарету рисунок на цветастую футболку. (Инженеры-компьютерщики начинают с тонкой подложки, на которую сверху накладываются тончайшие слои различных материалов. Затем подложка накрывается пластиковой маской, работающей как шаблон. На маску заранее наносится сложный рисунок проводников, транзисторов и компьютерных компонентов, составляющих основу принципиальной схемы. Заготовку облучают жестким ультрафиолетом, т. е. подвергают действию ультрафиолетового излучения с очень малой длиной волны; это излучение как бы переносит рисунок матрицы на светочувствительную подложку. Затем заготовку обрабатывают специальными газами и кислотами, и сложная схема матрицы вытравливается на подложке в тех местах, где она подвергалась действию ультрафиолетового излучения. В результате этого процесса получается пластинка с сотнями миллионов крошечных углублений, которые и образуют контуры транзисторов.) В настоящее время самые мелкие компоненты, которые удается создать при помощи описанного процесса, имеют размер около 30 нм (или примерно 150 атомов).

Заметной вехой на пути к невидимости стал недавний эксперимент группы ученых из Германии и Министерства энергетики США, в котором процесс травления кремниевой подложки удалось использовать для изготовления первого метаматериала, способного работать в видимом диапазоне света. В начале 2007 г. ученые объявили, что созданный ими метаматериал оказывает воздействие на красный свет. «Невозможное» было реализовано в удивительно короткие сроки.

Физик Костас Сукулис из Лаборатории Эймса и Университета штата Айова вместе со Стефаном Линденом, Мартином Вегенером и Гуннаром Доллингом из Университета Карлсруэ в Германии сумели создать метаматериал с показателем преломления -0,6 для красного света с длиной волны 780 нм. (До этого мировой рекорд длины волны излучения, которое удалось «завернуть» при помощи метаматериала, составлял 1400 нм; это уже не видимый, а инфракрасный свет.)

Для начала ученые взяли лист стекла и нанесли на него тонкий слой серебра, затем слой фторида магния, затем снова слой серебра; таким образом, был получен «сэндвич» с фторидом толщиной всего 100 нм. После этого ученые при помощи стандартной технологии травления проделали в этом «сэндвиче» множество крохотных квадратных отверстий (шириной всего 100 нм, гораздо меньше длины волны красного света); в результате получилась решетчатая структура, напоминающая рыбацкую сеть. Затем они пропустили через полученный материал луч красного света и измерили показатель преломления, который составил -0,6.

Авторы предвидят, что изобретенная ими технология найдет широкое применение. Метаматериалы «могут когда-нибудь привести к созданию своего рода плоской суперлинзы, работающей в видимой части спектра, — говорит д-р Сукулис. — Такая линза позволит получать более высокое разрешение по сравнению с традиционной технологией и различать детали, значительно уступающие по размерам длине световой волны». Очевидно, одним из первых приложений «суперлинзы» станет фотографирование микроскопических объектов с беспрецедентной четкостью; речь может идти о фотографировании внутри живой человеческой клетки или о диагностике заболеваний плода в чреве матери. В идеале появится возможность сфотографировать компоненты молекулы ДНК непосредственно, без применения грубых методов рентгеновской кристаллографии.

Пока ученым удалось продемонстрировать отрицательный показатель преломления только для красного света. Но метод надо развивать, и следующим шагом должно стать создание метаматериала, который мог бы полностью обвести красный луч вокруг объекта, сделав его невидимым для красного света.

Дальнейшее развитие можно ожидать также в области «фотонных кристаллов». Цель технологии фотонных кристаллов — создать чип, который использовал бы для обработки информации свет, а не электричество. Предполагается применить нанотехнологии для вытравливания на подложке крошечных компонентов — так, чтобы с каждым компонентом изменялся показатель преломления. Транзисторы, в которых работает свет, имеют немало преимуществ перед электронными. К примеру, в фотонных кристаллах значительно меньше тепловые потери. (В сложных кремниевых чипах выделяется столько тепла, что хватило бы поджарить яичницу. Чтобы такие чипы не отказывали, их необходимо непрерывно охлаждать, а это очень дорого.)

Нет ничего удивительного в том, что технология получения фотонных кристаллов должна идеально подойти для мета-материалов, — ведь обе технологии предполагают манипулирование показателем преломления света на наноуровне.

Невидимость через плазмонику

Не желая отставать от соперников, другая группа физиков объявила в середине 2007 г. о создании метаматериала, способного повернуть видимый свет, на базе совершенно иной технологии, получившей название «плазмоника». Физики Анри Лезек, Дженнифер Дионн и Гарри Этуотер из Калифорнийского технологического института объявили о создании метаматериала, обладающего отрицательным показателем преломления для более сложной сине-зеленой области видимого спектра.

Цель плазмоники — таким образом «сжать» свет, чтобы можно было манипулировать объектами в наномасштабе, особенно на поверхности металлов. Причина электропроводности металлов кроется в том, что электроны в атомах металлов слабо связаны с ядром и могут свободно передвигаться вдоль поверхности металлической решетки. Электричество, идущее по проводам у вас дома, представляет собой плавный поток этих слабо связанных электронов по металлической поверхности. Но при определенных условиях, когда луч света сталкивается с металлической поверхностью, электроны могут завибрировать в унисон со светом. При этом на поверхности металла возникают волнообразные движения электронов (эти волны называют плазмонами) в такт с колебаниями электромагнитного поля над металлом. Что еще важнее, эти плазмоны можно «сжать» — при этом они будут иметь ту же частоту, что и первоначальный световой луч (а значит, будут нести ту же информацию), но значительно меньшую длину волны. В принципе затем эти сжатые волны можно втиснуть в нанопроводники. Как и в случае фотонных кристаллов, конечная цель плазмоники — создание компьютерных чипов, в которых работает не электричество, а свет.

Группа из Калифорнийского технологического построила свой метаматериал из двух слоев серебра и азотно-кремниевого изолирующего слоя (толщиной всего 50 нм) между ними. Этот слой действует как «волновод», способный направить плазмонные волны в нужную сторону. Через щель, прорезанную в метаматериале, в устройство проникает лазерный луч; он проходит по волноводу, а затем выходит через вторую щель. Если проанализировать углы, на которые изгибается лазерный луч при прохождении через метаматериал, можно установить, что материал обладает отрицательным показателем преломления для света с данной длиной волны.

Будущее метаматериалов

Продвижение в исследовании метаматериалов в будущем будет ускоряться по той простой причине, что уже сейчас интерес к созданию транзисторов, которые работали бы на световом луче вместо электричества, очень велик. Поэтому можно предположить, что исследования в области невидимости смогут «подъехать на попутке», т. е. воспользоваться результатами уже идущих исследований по созданию замены кремниевому чипу при помощи фотонных кристаллов и плазмоники. Уже сегодня в разработку технологии, призванной заменить кремниевые чипы, вкладываются сотни миллионов долларов, а попутно выиграют и исследования в области метаматериалов.

В настоящее время новые серьезные открытия в этой области совершаются каждые несколько месяцев, поэтому не удивительно, что некоторые физики ожидают появления в лаборатории первых образцов реального щита невидимости уже через несколько десятилетий. Так, ученые уверены в том, что сумеют в ближайшие несколько лет создать метаматериалы, способные сделать объект полностью невидимым, по крайней мере в двух измерениях, для видимого света любой конкретной частоты. Чтобы добиться такого эффекта, необходимо будет внедрить в метаматериал крошечные наноимплантаты не правильными рядами, а по сложному рисунку, так чтобы в результате свет плавно огибал скрываемый объект.

Далее ученым придется изобрести и создать метаматериалы, способные изгибать свет в трех измерениях, а не только на плоских двумерных поверхностях. Фотолитография — отработанная технология для получения плоских кремниевых схем; создание же трехмерных метаматериалов потребует как минимум сложной компоновки нескольких плоских схем.

После этого ученым придется решить проблему создания метаматериалов, изгибающих свет не одной частоты, а нескольких — или, скажем, полосы частот. Это, возможно, окажется самой сложной задачей, потому что все разработанные до сих пор крошечные имплантаты отклоняют свет только одной точно заданной частоты. Возможно, ученым придется заняться многослойными метаматериалами, где каждый слой будет действовать на одну конкретную частоту. Пока не ясно, каким будет решение этой проблемы.

Но щит невидимости, даже будучи наконец создан в лаборатории, может оказаться совсем не таким, как нам хочется, скорее всего, это будет тяжелое и неповоротливое устройство. Плащ Гарри Поттера был сшит из тонкой мягкой ткани и при этом делал любого, кто завернется в него, невидимым. Но чтобы такой эффект был возможен, показатель преломления внутри ткани должен постоянно меняться сложным образом в соответствии с колебаниями ткани и движениями человека. Это непрактично. Скорее всего, плащ-невидимка, по крайней мере поначалу, будет представлять собой твердый цилиндр из метаматериала. В этом случае показатель преломления внутри цилиндра можно будет сделать постоянным. (В более продвинутых моделях со временем могут появиться гибкие метаматериалы, способные изгибаться и при этом удерживать свет внутри себя на правильном пути. Тогда тот, кто будет находиться внутри «плаща», получит некоторую свободу движений.)

У щита невидимости есть один недостаток, на который уже неоднократно указывали: тот, кто находится внутри, не сможет выглянуть наружу, не став при этом видимым. Представьте себе Гарри Поттера, у которого видимыми остались только глаза; при этом они как бы плывут по воздуху на соответствующей высоте. Любые отверстия для глаз в плаще-невидимке были бы отчетливо видны снаружи. Если же сделать Гарри Поттера совершенно невидимым, то ему придется сидеть под своим плащом слепо и в полной темноте. (Одним из возможных решений этой проблемы могут стать два маленьких стеклышка перед глазами. Эти стеклышки будут работать как «расщепители луча»; они отщипывали бы и направляли в глаза небольшую часть падающего на них света. При этом большая часть света, попадающего на плащ, шла бы в обход, делая человека внутри невидимым, но некоторая, очень небольшая, его часть отделялась бы и попадала в глаза.)

Бесспорно, препятствия на пути к невидимости очень серьезны, но ученые и инженеры настроены оптимистично и считают, что щит невидимости того или иного рода может быть создан в течение нескольких ближайших десятилетий.

Невидимость и нанотехнологии

Как я уже упоминал, ключом к невидимости может стать развитие нанотехнологий, т.е. способности манипулировать структурами атомных (около одной миллиардной части метра в поперечнике) размеров.

Моментом зарождения нанотехнологии называют знаменитую лекцию с ироничным названием «На дне полным-полно места», которую прочитал нобелевский лауреат Ричард Фейнман перед Американским физическим обществом в 1959 г. В этой лекции он рассуждал о том, как могут выглядеть самые крохотные машины в соответствии с известными нам законами физики. Фейнман понимал, что размеры машин будут становиться все меньше и меньше, пока не приблизятся к размерам атома, а затем для создания новых машин можно будет использовать сами атомы. Он сделал вывод о том, что простейшие атомные машины вроде блока, рычага или колеса ничем не противоречат законам физики, но изготовить их будет чрезвычайно трудно.

Много лет нанотехнологии прозябали в забвении — просто потому, что технологии того времени не позволяли манипулировать отдельными атомами. Но в 1981 г. произошел прорыв — физики Герд Бинниг и Генрих Рорер из лаборатории IBM в Цюрихе изобрели сканирующий туннельный микроскоп, который позже принес им Нобелевскую премию по физике.

Ученые внезапно получили возможность получать поразительные «картинки» отдельных атомов, объединенных в структуры — в точности такие, какие изображают обычно в книгах по химии; когда-то критики атомной теории считали это невозможным. Теперь же можно было получить великолепные фотографии атомов, выстроенных рядами в правильной структуре кристалла или металла. Химические формулы, при помощи которых ученые пытались отразить сложную структуру молекулы, теперь можно было увидеть невооруженным взглядом. Более того, сканирующий туннельный микроскоп дал возможность манипулировать отдельными атомами. Первооткрыватели выложили из отдельных атомов буквы IBM, чем произвели в научном мире настоящую сенсацию. Ученые перестали быть слепцами в мире отдельных атомов; они получили возможность видеть атомы и работать с ними.

Принцип действия сканирующего туннельного микроскопа обманчиво прост. Подобно тому как граммофон сканирует диск иглой, этот микроскоп медленно проводит острый щуп над исследуемым веществом. (Кончик этого щупа такой острый, что заканчивается единичным атомом.) Щуп несет на себе слабый электрический заряд; с его конца через исследуемый материал к проводящей поверхности под ним течет электрический ток, При прохождении щупа над каждым отдельным атомом ток слегка меняется; изменения тока тщательно регистрируются. Подъемы и падения тока при прохождении иглы над атомом очень точно и детально отражают его очертания. Обработав и представив в графической форме данные о флуктуациях тока за большое количество проходов, можно получить красивую картинку отдельных атомов, образующих пространственную решетку.

(Сканирующий туннельный микроскоп может существовать благодаря одному странному закону квантовой физики. Обычно электроны не обладают достаточной энергией, чтобы пройти с кончика щупа к подложке через слой вещества. Но существует — согласно принципу неопределенности — небольшая вероятность того, что электроны «туннелируют», т. е. проникнут через барьер, хотя это и противоречит ньютоновской теории. Именно поэтому ток, проходящий через материал, так чувствителен к тонким квантовым эффектам в нем. Позже я остановлюсь на следствиях квантовой теории более подробно.)

Кроме того, щуп микроскопа достаточно чувствителен, чтобы передвигать отдельные атомы и сооружать из них простейшие «машины». В настоящий момент эта технология настолько развита, что можно видеть группу атомов на экране компьютера и простым движением курсора передвигать отдельные атомы произвольным образом. Можно манипулировать десятками атомов так же легко, как кирпичиками конструктора «Лего». Можно не только выкладывать из атомов буквы, но и создавать игрушки, такие как, например, счеты, где костяшки собраны из единичных атомов. Для этого атомы раскладывают на поверхност, снабженной вертикальными пазами. В пазы вставляют сферические фуллерены («футбольные мячики», составленные из отдельных атомов углерода). Эти углеродные шарики и служат костяшками атомных счетов, двигаясь вверх и вниз по своим пазам.

Можно также вырезать атомные устройства при помощи электронных лучей. К примеру, ученые из Корнеллского университета вырезали из кристаллического кремния самую маленькую в мире гитару, размер которой в 20 раз меньше толщины человеческого волоса. Гитара имеет шесть струн толщиной в сотню атомов каждая, которые можно дергать при помощи атомного силового микроскопа. (При этом гитара действительно будет играть музыку, но частоты, которые она производит, находятся далеко за пределами слышимости человеческого уха.)

В настоящее время практически все «наномашины» представляют собой всего лишь игрушки. Более сложные машины с передачами и подшипниками еще только предстоит создать. Но многие инженеры уверены, что время реальных атомных машин уже на подходе. (В природе такие машины существуют. Одноклеточные организмы способны свободно плавать в воде благодаря движениям крохотных волосков. Но если рассмотреть внимательно соединение между волоском и клеткой, становится понятно, что именно атомная машина позволяет волоску произвольно двигаться во всех направлениях. Поэтому один из путей развития нанотехнологий — это копирование природы, которая освоила производство атомных машин миллиарды лет назад.)

Голограммы и невидимость

Еще один способ сделать человека отчасти невидимым — это сфотографировать вид позади него и затем спроектировать это изображение непосредственно на одежду человека или на некий экран перед ним. Если посмотреть спереди, то покажется, что человек стал прозрачным и свет каким-то образом проходит сквозь его тело.

Этим процессом, известным под названием «оптической маскировки», серьезно занимался, в частности, Наоки Каваками из Лаборатории Тати Токийского университета. Он говорит: «Эту технологию можно было бы использовать, чтобы помочь пилотам увидеть посадочную полосу сквозь пол кабины или водителям осмотреться как следует вокруг при парковке автомобиля». «Плащ» Каваками покрыт крошечными светоотражающими бусинками, работающими подобно киноэкрану. То, что происходит сзади, снимается на видеокамеру. Затем это изображение поступает в видеопроектор, который, в свою очередь, проецирует его на плащ спереди. Создается впечатление, что свет пронизывает человека насквозь.

Прототипы плащей с системой оптической маскировки уже созданы в лаборатории. Если посмотреть точно спереди на человека в таком плаще, кажется, что он исчезает, потому что видите вы при этом только изображение того, что происходит позади. Но если вы, а вместе с вами и ваши глаза, немного сдвинетесь, а изображение на плаще при этом останется прежним, станет понятно, что это всего лишь обман. В системе более реалистичной оптической маскировки необходимо будет создавать иллюзию трехмерного изображения. Для этого потребуются голограммы.

Голограмма — это трехмерное изображение, созданное лазерами (вспомните трехмерное изображение принцессы Леи в «Звездных войнах»). Можно сделать человека невидимым, если сфотографировать фон за ним при помощи специальной голографической камеры и воссоздать его затем на специальном голографическом экране перед ним. Наблюдатель увидит перед собой голографический экран с изображением всего, что на самом деле находится впереди, за исключением человека. Выглядеть будет так, как будто человек просто пропал. На его месте окажется точное трехмерное изображение фона. Даже сдвинувшись с места, вы не сможете понять, что перед вами подделка.

Создание таких трехмерных изображений возможно благодаря «когерентности» лазерного света, т.е. тому факту, что электромагнитные колебания в нем происходят строго в унисон. Чтобы построить голограмму, когерентный лазерный луч расщепляют на две части. Одну половину направляют на фотопленку, другую — на эту же фотопленку, но уже после отражения от объекта. При интерференции двух половинок луча на пленке возникает интерференционная картина, которая содержит всю информацию об исходном трехмерном луче. Пленка после проявления выглядит не слишком многообещающе — на ней видна только паутина непонятных линий и завитков. Но если пропустить через эту пленку лазерный луч, в воздухе, словно по волшебству, возникает точная трехмерная копия объекта.

Тем не менее голографическая невидимость ставит перед исследователями очень серьезные проблемы. Одна из них — создание голографической камеры, способной делать по крайней мере 30 снимков в секунду. Еще одна — хранение и обработка всей этой информации. Наконец, необходимо будет проецировать изображение на экран так, чтобы оно выглядело реалистично.

Невидимость через четвертое измерение

Следует упомянуть еще один, куда более хитрый способ становиться невидимым, изложенный Гербертом Уэллсом в романе «Человек-невидимка». Этот способ предусматривает использование возможностей четвертого измерения. (Позже в этой книге я подробнее расскажу о возможном существовании высших измерений.) Может ли человек покинуть нашу трехмерную вселенную и парить над ней в четвертом измерении, наблюдая за происходящим со стороны? Подобно трехмерной бабочке, порхающей над двумерным листом бумаги, такой человек был бы невидим для любого обитателя вселенной внизу. Единственная проблема состоит в том, что существование высших измерений до сих пор не доказано. Более того, гипотетическое путешествие в одно из таких измерений потребовало бы намного больше энергии, чем имеется в нашем распоряжении в настоящий момент, при текущем уровне развития техники. Если говорить о реальных способах достижения невидимости, то этот метод, очевидно, лежит далеко за пределами наших сегодняшних знаний и возможностей.

Учитывая громадные успехи, достигнутые уже на пути к невидимости, мы, я думаю, можем смело классифицировать ее как невозможность I класса. Невидимость того или иного рода может стать обыденной уже в ближайшие несколько десятилетий, в крайнем случае к концу столетия.

^

3. Фазеры и Звезды Смерти

У радио нет будущего. Летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны. Скоро выяснится, что рентгеновские лучи - мистификация.
Лорд Кельвин, физик, 1899 г.
Эта [атомная] бомба никогда не взорвется. Я говорю это как специалист по взрывчатым веществам.
Адмирал Уильям Лихи

Четыре… три… два… один… огонь!

Звезда смерти — это колоссальное оружие размером с хорошую луну. Выстрелив в упор в беззащитную планету Альдераан, родину принцессы Леи, Звезда смерти полностью уничтожает ее. Планета исчезает в пламени титанического взрыва, разбрасывая обломки по всей Солнечной системе. Миллиард душ одновременно вскрикивает в муке, вызывая тем самым возмущение Силы, которое чувствуется в любом месте галактики.

Но возможно ли в действительности оружие, подобное Звезде смерти из киноэпопеи «Звездные войны»? Можно ли так организовать и направить батарею лазерных пушек, чтобы в результате испарилась целая планета? А как насчет знаменитых световых мечей, которыми обладали Люк Скайуокер и Дарт Вейдер, представляющих собой луч света, но способных без труда разрубить бронированную сталь? Станут ли лучевые ружья, как фазеры в сериале «Звездный путь», подходящим оружием для будущих поколений сотрудников правопорядка и солдат?

Новые, оригинальные и поражающие воображение спецэффекты «Звездных войн» произвели неотразимое впечатление на миллионы зрителей, но у критиков сложилось иное мнение. Некоторые из них утверждали, что да, конечно, создатели фильма искренне старались развлечь зрителя, но на самом-то деле подобные вещи совершенно невозможны. Критики не уставали повторять как заклинание: лучевые пушки размером с луну, способные разнести на мелкие кусочки целую планету, — это нечто неслыханное; невозможны и мечи из внезапно затвердевающего светового луча. Все это слишком даже для далекой-далекой галактики. На этот раз Джорджа Лукаса, признанного мастера спецэффектов, немного занесло.

Возможно, в это трудно поверить, но в световой луч можно «запихнуть» неограниченное количество энергии; здесь нет никаких физических ограничений. Создание Звезды смерти или светового меча не противоречит ни одному закону физики. Более того, пучки гамма-излучения, способные взорвать планету, реально существуют в природе. Титанический всплеск излучения, порождаемый далеким таинственным источником гамма-всплесков, способен устроить в глубоком космосе взрыв, уступающий по мощности только самому Большому взрыву. Любая планета, которую угораздит оказаться в прицеле такой «пушки», действительно будет поджарена или разорвана на куски.

Лучевое оружие в истории

Мечта обуздать энергию излучения на самом деле совсем не нова; ее корни уходят в древнюю религию и мифологию. Греческий бог Зевс знаменит тем, что стрелял в смертных молниями. Северный бог Тор владел волшебным молотом, Мьеллниром, способным метать молнии, а индуистский бог Индра выстреливал энергетическим лучом из волшебного копья.

Представление о луче как реальном практическом оружии впервые появилось в работах великого греческого математика Архимеда, возможно, величайшего ученого античности, которому удалось разработать собственный вариант примитивного дифференциального исчисления за две тысячи лет до Ньютона и Лейбница. Считается, что в легендарном сражении 214 г. до н.э. против войска римского генерала Марцелла во время Второй Пунической войны Архимед, помогая защищать Сиракуз ское царство, соорудил большую батарею солнечных рефлекторов, сфокусировал солнечные лучи на парусах вражеских кораблей и таким образом поджег их. (Ученые до сих пор спорят, действительно ли такое лучевое оружие могло работать; несколько групп ученых пытались, с разными результатами, воспроизвести это достижение.)

Лучевые ружья ворвались на страницы научной фантастики в 1889 г. с классическим романом Герберта Уэллса «Война миров». В этом романе пришельцы с Марса уничтожали целые города, направляя на них лучи тепловой энергии из пушек, установленных на их треножниках. Во время Второй мировой войны нацисты[3], всегда готовые исследовать и взять на вооружение последние достижения техники, чтобы использовать их для завоевания мира, тоже экспериментировали с различными типами лучевых пушек, в том числе с акустическими устройствами, которые при помощи параболических зеркал фокусировали мощные звуковые лучи.

Оружие, представляющее собой сфокусированный световой луч[4], захватило воображение публики после выхода фильма «Голдфингер» про Джеймса Бонда; это был первый голливудский фильм, где фигурировал лазер. (В нем легендарного британского шпиона привязали к металлическому столу, и мощный лазерный луч медленно приближался к нему, постепенно расплавляя стол у него между ногами и угрожая разрезать героя пополам.)

Первоначально физики только посмеялись над идеей лучевых пушек, высказанной в романе Уэллса, поскольку такие пушки нарушали известные законы оптики. Согласно уравнениям Максвелла, свет, который мы видим вокруг, некогерентен (т.е. представляет собой мешанину из волн с различными частотами и фазами) и быстро рассеивается. Когда-то считалось, что когерентный, сфокусированный, однородный луч света — такой, как луч лазера, — получить невозможно.

Квантовая революция

Все изменилось после появления квантовой теории. Уже в начале XX в. стало ясно, что, хотя законы Ньютона и уравнения Максвелла весьма успешно описывают движение планет и поведение света, существует целый класс явлений, которые они объяснить не в силах. Как ни прискорбно, они ничего не говорили о том, почему материалы проводят электричество, почему металлы плавятся при определенных температурах, почему газы при нагревании излучают свет, почему некоторые вещества при низких температурах обретают сверхпроводимость. Чтобы ответить на любой из этих вопросов, необходимо понимать внутреннюю динамику атомов. Назрела революция. Ньютонова физика после 250 лет владычества ждала своего ниспровержения; одновременно крушение старого кумира должно было возвестить о начале родовых схваток новой физики.

В 1900 г. Макс Планк в Германии высказал предположение о том, что энергия не непрерывна, как считал Ньютон, но существует в виде маленьких дискретных «порций», получивших название «квантов». Затем в 1905 г. Эйнштейн постулировал, что свет тоже состоит из этих крошечных дискретных пакетов (или квантов), позже названных фотонами. При помощи этой простой, но мощной идеи Эйнштейн сумел объяснить фотоэлектрический эффект, а именно почему металлы при облучении светом испускают электроны. Сегодня фотоэлектрический эффект и фотон служат основой для телевидения, лазеров, солнечных батарей и значительной части современной электроники. (Эйнштейнова теория фотона была настолько революционной, что даже Макс Планк, обычно горячо выступавший в поддержку Эйнштейна, поначалу не мог поверить в нее. Планк писал об Эйнштейне: «Тот факт, что иногда он промахивается… как, к примеру, получилось у него с гипотезой световых квантов, нельзя, по совести, ставить ему в вину».)

Затем в 1913 г. датский физик Нильс Бор дал нам совершенно новую картину атома; атом у Бора напоминал миниатюрную солнечную систему. Но, в отличие от настоящей Солнечной системы электроны в атоме могут двигаться вокруг ядра только в пределах дискретных орбит или оболочек. Когда электрон «перепрыгивает» с одной оболочки на другую, более близкую к ядру и обладающую меньшей энергией, он испускает фотон энергии. И наоборот, когда электрон поглощает фотон с определенной энергией, он «прыгает» выше, на оболочку, расположенную дальше от ядра и обладающую большей энергией.

В 1925 г., с появлением квантовой механики и революционных работ Эрвина Шрёдингера, Вернера Гейзенберга и многих других, родилась почти полная теория атома. Согласно квантовой теории электрон представлял собой частицу, но обладал также ассоциированной волной, что придавало ему одновременно свойства частицы и волны. Волна эта подчинялась так называемому волновому уравнению Шрёдингера, позволявшему рассчитать свойства атома, включая все постулированные Бором «прыжки» электронов.

До 1925 г. атомы считались загадочными объектами; многие, подобно философу Эрнсту Маху, вообще не верили в их существование. После 1925 г. у человека появилась возможность не только заглянуть глубоко в динамику атома, но и вполне достоверно предсказать его свойства. Как ни поразительно, это означало, что, имея под рукой достаточно мощный компьютер, можно вывести свойства химических элементов непосредственно из законов квантовой теории. Точно так же, как ньютонова физика при наличии достаточно большой вычислительной машины позволила бы ученым рассчитать движение всех небесных тел вселенной, квантовая физика, по утверждениям ученых, давала принципиальную возможность рассчитать все без исключения свойства химических элементов Вселенной. Кроме того, имея достаточно мощный компьютер, можно было бы составить полную волновую функцию человеческого существа.

Мазеры и лазеры

В 1953 г. профессор Чарльз Таунс из Университета Калифорнии в Беркли сумел вместе с коллегами получить первый пучок когерентного излучения, а именно микроволн. Устройство назвали мазером (maser — по первым буквам слов фразы «microwave amplification through stimulated emission of radiation», т.е. «усиление микроволн через стимуляцию излучения».) Позже, в 1964 г., Таунс вместе с русскими физиками Николаем Басовым и Александром Прохоровым получил Нобелевскую премию. Вскоре результаты ученых были распространены и на видимый свет. Так родился лазер. (А вот фазер — это фантастическое устройство, получившее известность благодаря сериалу «Звездный путь».)

Основой лазера служит особая среда, которая собственно и будет передавать лазерный луч; это может быть специальный газ, кристалл или диод. Затем нужно закачать в эту среду энергию извне — при помощи электричества, радиоволн, света или химической реакции. Неожиданный приток энергии возбуждает атомы среды, заставляя электроны поглощать энергию и перепрыгивать на более высокоэнергетичные внешние электронные оболочки.

В таком возбужденном, накачанном состоянии среда становится нестабильной. Если после этого направить сквозь нее луч света, то фотоны луча, сталкиваясь с атомами, вызовут внезапное сваливание электронов на более низкие орбиты и высвобождение при этом дополнительных фотонов. Эти фотоны, в свою очередь, заставят еще большее число электронов испустить фотоны — и вскоре начнется цепная реакция «схлопывания» атомов до невозбужденного состояния с практически одновременным высвобождением громадного количества фотонов — триллионов и триллионов их — все в тот же луч. Принципиальная особенность этого процесса состоит в том, что в некоторых веществах при лавинообразном высвобождении все фотоны вибрируют в унисон, т. е. когерентны.

(Представьте себе выстроенные в ряд костяшки домино. В самом низкоэнергетическом состоянии каждая костяшка лежит плашмя на столе. В высокоэнергетическом, накачанном состоянии костяшки стоят вертикально, подобно накачанным атомам среды. Толкнув одну костяшку, вы можете вызвать внезапное одновременное высвобождение всей этой энергии, точно так же, как это происходит при рождении лазерного луча.)

В лазере способны работать лишь некоторые материалы; это означает, что только в особых веществах при столкновении фотона с возбужденным атомом излучается фотон, когерентный первому. Это свойство вещества приводит к тому, что все фотоны в рождающемся потоке вибрируют в унисон, создавая тонкий лазерный луч. (Вопреки распространенной легенде лазерный луч не вечно остается таким же тонким, как в самом начале. К примеру, лазерный луч, выпущенный в Луну, будет по дороге постепенно расширяться и даст на поверхности Луны пятно размером в несколько километров.)

Простой газовый лазер представляет собой трубку со смесью гелия и неона. Когда через трубку пропускают электричество, атомы поглощают энергию и возбуждаются. Затем, если происходит внезапное высвобождение всей запасенной газом энергии, рождается луч когерентного света. Этот луч усиливается при помощи двух зеркал, установленных в обоих концах трубки, так что луч отражается от них по очереди и мечется по трубке из стороны в сторону. Одно из зеркал совершенно непрозрачно, но другое пропускает небольшую долю падающего на него света, выпуская таким образом луч наружу.

Сегодня лазеры можно найти повсюду — и в кассовом аппарате продуктового магазинчика, и в оптико-волоконном кабеле, который обеспечивает вам доступ в Интернет, и в лазерном принтере или CD-плеере, и в современном компьютере. Лазеры используются в хирургии глаза, при удалении татуировок, и даже в косметических салонах. В 2004 г. в мире продано лазеров больше чем на 5,4 млрд долл.

Типы лазеров и их особенности

Новые лазеры сейчас открывают едва ли не каждый день; как правило, речь идет об обнаружении нового вещества, способного работать в лазере, или изобретении нового метода закачки энергии в рабочее тело.

Вопрос в том, годятся ли эти технологии для создания лучевых ружей или световых мечей? Можно ли построить лазер, достаточно большой для обеспечения энергией Звезды смерти? На сегодняшний день существует ошеломляющее разнообразие лазеров, которые можно классифицировать по материалу рабочего тела и способу закачки энергии (это может быть электричество, мощный световой луч, даже химический взрыв). Перечислим несколько типов лазеров.

• Газовые лазеры. Эта категория включает и чрезвычайно распространенные гелий-неоновые лазеры, дающие очень знакомый красный луч. Накачивают их при помощи радиоволн или электричества. Гелий-неоновые лазеры обладают небольшой мощностью. А вот газовые лазеры на углекислом газе можно использовать при подрывных работах, для резки и плавки металлов в тяжелой промышленности; они способны давать чрезвычайно мощный и совершенно невидимый луч;

• Химические лазеры. Эти мощные лазеры заря жаются от химической реакции — к примеру, горения этилена и трифторида азота NF3. Такие лазеры достаточно мощны, чтобы найти применение в военной области. В США химический принцип накачки применяется в воздушных и наземных боевых лазерах, способных давать луч мощностью в миллионы ватт и предназначенных для сбивания в полете ракет малой дальности.

• Эксимерные лазеры. Эти лазеры получают энергию также от химической реакции, в которой обычно задействованы инертный газ (т.е. аргон, криптон или ксенон) и какой-нибудь фторид или хлорид. Они дают ультрафиолетовый свет и могут использоваться в элек тронной промышленности для вытравливания кро хотных транзисторов на полупроводниковых чипах, а также в хирургии глаза для проведения тончайших операций по технологии Lasik.

• Полупроводниковые лазеры. Диоды, которые мы так широко используем во всевозможных электрон ных устройствах, могут давать мощные лазерные лучи, которые используются в промышленности для резки и сварки. Эти же полупроводниковые лазеры работа ют и в кассовых аппаратах, считывая штрихкоды с выбранных вами товаров.

• Лазеры на красителях. В этих лазерах в качестве рабочего тела используются органические красите ли. Они исключительно полезны в получении ультра коротких импульсов света, которые часто имеют длительность порядка одной триллионной доли секунды.

Лазеры и лучевые ружья?

Принимая во внимание огромное разнообразие коммерческих лазеров и мощь лазеров военных, трудно не задаться вопросом: почему у нас нет лучевых ружей и пушек, пригодных к использованию на поле боя? В фантастических фильмах лучевые ружья и пистолеты того или иного сорта, как правило, являются самым распространенным и привычным оружием. Почему мы не работаем над созданием такого оружия?

Простой ответ на этот вопрос заключается в отсутствии у нас портативных источников энергии достаточной мощности. Это не пустяк. Для лучевого оружия потребовались бы миниатюрные батареи размером с ладонь, но соответствующие при этом по мощности громадной электростанции. В настоящее время единственный способ получить в пользование мощность крупной электростанции—построить таковую. А самый маленький военный прибор, способный служить вместилищем для подобных энергий, — миниатюрная водородная бомба, которая, к несчастью, может уничтожить не только цель, но и вас самих.

Существует и вторая проблема — стабильность излучающего вещества, или рабочего тела. Теоретически количество энергии, которое можно закачать в лаз ер, ничем не ограничено. Но проблема в том, что рабочее тело ручного лазерного пистолета оказалось бы нестабильным. Кристаллические лазеры, к примеру, перегреваются и трескаются, если закачать в них слишком много энергии. Следовательно, для создания чрезвычайно мощного лазера — такого, что способен был бы испарить предмет или нейтрализовать противника, — потребуется, возможно, использовать энергию взрыва. В этом случае, естественно, о стабильности рабочего тела можно уже не думать, ведь наш лазер будет одноразовым.

Проблемы с созданием портативных источников энергии и стабильных излучающих материалов делают существование лучевых ружей невозможным при нынешнем уровне техники. Вообще, лучевую пушку создать можно, только если подвести к ней кабель от источника энергии. Возможно, с применением нанотехнологий мы сможем когда-нибудь создать миниатюрные батареи, способные хранить или генерировать энергию, которой хватило бы для создания мощных всплесков — необходимого атрибута ручного лазерного оружия. В настоящее время, как мы уже убедились, нанотехнологий пребывают в зачаточном состоянии. Да, ученым удалось создать на атомном уровне кое-какие устройства — очень остроумные, но совершенно непрактичные, такие как атомные счеты или атомная гитара. Но вполне может так случиться, что еще в этом или, скажем, в следующем веке нанотехнологии действительно дадут нам миниатюрные батареи для хранения сказочного количества энергии.

Со световыми мечами та же проблема. После выхода в 1970 г. фильма «Звездные войны» игрушечные световые мечи мгновенно обрели немыслимую популярность среди мальчишек. Многие критики сочли своим долгом указать, что в реальности такие устройства невозможны. Во-первых, свет невозможно сделать твердым. Свет движется со скоростью света, поэтому отвердить его невозможно. Во-вторых, луч света не может резко обрываться в пространстве, как это делают световые мечи в «Звездных войнах». Луч света невозможно остановить, он вечно находится в движении; реальный световой меч уходил бы далеко в небо.

На самом деле существует способ изготовить своего рода световой меч из плазмы, или перегретого ионизированного газа. Если плазму разогреть в достаточной степени, она будет светиться в темноте и резать сталь, кстати говоря, тоже. Плазменный световой меч мог бы представлять собой тонкую телескопическую трубку, которая выдвигается из рукоятки.

В трубку из рукоятки выпускается горячая плазма, которая затем выходит наружу через маленькие отверстия по всей длине «клинка». Плазма, поднимаясь из рукоятки вдоль клинка и выходя наружу, образует длинный светящийся цилиндр перегретого газа, достаточно горячего, чтобы плавить сталь. Такое устройство иногда называют плазменным факелом.

Таким образом, мы можем создать высокоэнергетическое устройство, напоминающее световой меч. Но здесь, как и в ситуации с лучевыми ружьями, придется сначала обзавестись мощной портативной батареей. Так что или вы при помощи нанотехнологий создадите миниатюрную батарею, способную снабжать ваш световой меч громадным количеством энергии, или вам придется соединить его с источником энергии при помощи длинного кабеля.

Итак, хотя лучевые ружья и световые мечи можно в какой-то форме создать и сегодня, ручное оружие, которое мы видим в научно-фантастических фильмах, при современном уровне техники невозможно. Но позже в этом веке или, может быть, в следующем развитие науки о материалах и нанотехнологий вполне может привести к созданию того или иного вида лучевого оружия, что позволяет нам определить его как невозможность I класса.

Энергия для Звезды смерти

Чтобы построить Звезду смерти — лазерную пушку, способную уничтожить целую планету и навести ужас на галактику, как показано в «Звездных войнах», необходимо создать самый мощный лазер, какой только можно представить. В настоящее время самые мощные, наверное, на Земле лазеры используются для получения температур, которые в природе можно обнаружить только в ядрах звезд. Возможно, эти лазеры и основанные на них реакторы синтеза когда-нибудь помогут нам на Земле обуздать звездную энергию.

В реакторах синтеза ученые пытаются воспроизвести процессы, которые происходят в космосе при формировании звезды. Поначалу звезда возникает как громадный шар неоформленного водорода. Затем гравитационные силы сжимают газ и тем самым разогревают его; постепенно температура внутри достигает астрономических значений. К примеру, глубоко в сердце звезды температура может вырасти до 50-100 млн градусов. Там достаточно жарко, чтобы ядра водорода начали слипаться друг с другом; при этом возникают ядра гелия и выделяется энергия. В процессе синтеза гелия из водорода небольшая часть массы превращается в энергию согласно знаменитой формуле Эйнштейна Е = mc2. Это и есть источник, из которого звезда черпает свою энергию.

В настоящее время ученые пытаются обуздать энергию ядерного синтеза двумя путями. Оба пути оказались куда более сложными для реализации, чем представлялось ранее.

Инерционное удержание для лазерного термоядерного синтеза

Первый метод основан на так называемом инерционном удержании. При помощи самых мощных на Земле лазеров в лаборатории искусственно создается кусочек солнца. Твердотельный лазер на неодимовом стекле идеально подходит для воспроизведения высочайших температур, которые можно обнаружить только в ядрах звезд. В эксперименте используются лазерные системы размером с хороший завод; целая батарея лазеров, входящих в такую систему, выстреливает в длинный туннель серию параллельных лучей. Затем эти мощные лазерные лучи отражаются от системы небольших зеркал, установленных вокруг сферического объема. Зеркала точно фокусируют все лазерные лучи, направляя их на крошечный шарик из богатого водородом вещества (такого, как дейтерид лития, активное вещество водородной бомбы). Обычно ученые используют шарик размером с булавочную головку и весом всего около 10 мг.

Лазерная вспышка мгновенно разогревает поверхность шарика, вызывая испарение верхнего слоя вещества и резкое сжатие шарика. Он «схлопывается», и возникающая при этом ударная волна доходит до самого его центра и заставляет температуру внутри шарика подскочить до миллионов градусов — уровня, необходимого для слияния ядер водорода с образованием ядер гелия. Температура и давление достигают таких астрономических значений, что выполняется критерий Лоусона, тот самый, который выполняется также в ядрах звезд и при взрывах водородных бомб. (Критерий Лоусона утверждает, что для запуска термоядерной реакции синтеза в водородной бомбе, в звезде или в реакторе должны быть достигнуты определенные уровни температуры, плотности и времени удержания.)

В процессе термоядерного синтеза с инерционным удержанием высвобождается громадное количество энергии, в том числе в виде нейтронов. (Температура дейтерида лития может достигать 100 млн градусов по шкале Цельсия, а плотность — двадцатикратной плотности свинца.) Происходит всплеск нейтронного излучения от шарика. Нейтроны попадают в сферическое «одеяло» из вещества, окружающее камеру реактора, и нагревают его. Затем полученное тепло используется для кипячения воды, а пар уже можно использовать для вращения турбины и получения электричества.

Проблема, однако, состоит в том, чтобы сфокусировать высокоэнергетические лучи и равномерно распределить их излучение по поверхности крошечного шарика. Первой серьезной попыткой лазерного термоядерного синтеза стала «Шива» — двадцатилучевая лазерная система, построенная в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) и запущенная в 1978 г. (Шива — многорукая богиня индуистского пантеона, которую напоминает многолучевая лазерная система.) Результаты работы лазерной системы «Шива» оказались обескураживающими; тем не менее с ее помощью удалось доказать, что лазерный термоядерный синтез технически возможен. Позже на смену «Шиве» пришел лазер «Нова», десятикратно превосходивший «Шиву» по мощности. Но и «Нова» оказалась не в состоянии обеспечить водородному шарику должное зажигание. Как бы то ни было, обе эти системы проложили путь к намеченным исследованиям на новой установке National Ignition Facility (NIF), сооружение которой началось в LLNL в 1997 г.

Предполагается, что работа NIF начнется в 2009 г. Эта чудовищная машина представляет собой батарею из 192 лазеров, которые выдают в коротком импульсе громадную мощность 700 трлн ватт (суммарный выход примерно 70 0000 крупных атомных энергоблоков). Это новейшая лазерная система, разработанная специально для полного термоядерного сжигания насыщенных водородом шариков. (Критики указывают также на ее очевидное военное значение — ведь такая система способна имитировать процесс детонации водородной бомбы; возможно, она позволит создать ядерное оружие нового типа — бомбу, основанную исключительно на процессе синтеза, для детонации которой уже не нужен урановый или плутониевый атомный заряд.)

Но даже система NIF, предназначенная для обеспечения процесса термоядерного синтеза и имеющая в своем составе самые мощные на Земле лазеры, не может хотя бы отдаленно сравниться по мощи с разрушительной силой Звезды смерти, известной нам по «Звездным войнам». Для создания подобного устройства нам придется поискать другие источники энергии.

Магнитное удержание для термоядерного синтеза

Второй метод, который в принципе могли бы использовать ученые для обеспечения Заезды смерти энергией, известен как магнитное удержание — процесс, при котором горячая водородная плазма удерживается на месте при помощи магнитного поля.

Именно этот метод, вполне возможно, послужит прототипом для первых коммерческих термоядерных реакторов. В настоящее время самый продвинутый проект этого типа — Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor). В 2006 г. несколько стран (в том числе Европейский союз, Соединенные Штаты, Китай, Япония, Корея, Россия и Индия) решили построить такой реактор в Кадараше на юге Франции. В нем водород должен разогреваться до 100 млн градусов по Цельсию. Не исключено, что ITER станет первым термоядерным реактором в истории, которому удастся произвести энергии больше, чем потребить. Он рассчитан на производство 500 МВт мощности в течение 500 с (текущий рекорд составляет 16 МВт мощности в течение одной секунды). Планируется, что первая плазма будет получена в ITER к 2016 г., а полностью установка вступит в строй в 2022 г. Проект стоит 12 млрд долл. и является третьим по стоимости научным проектом в истории (после Манхэттенского проекта и Международной космической станции).

С виду установка ITER похожа на большой бублик, оплетенный снаружи громадными кольцами электрической обмотки; внутри бублика циркулирует водород. Обмотку охлаждают до состояния сверхпроводимости, а затем закачивают в нее гигантское количество электроэнергии, создавая магнитное поле, которое и удерживает плазму внутри бублика. Когда же электрический ток пропускают непосредственно через бублик, газ внутри его нагревается до звездных температур.

Причина, по которой ученые так заинтересованы в проекте ITER, проста: в перспективе он обещает создание дешевых источников энергии. Топливом для термоядерных реакторов служит обычная морская вода, богатая водородом. Получается, по крайней мере на бумаге, что термоядерный синтез может обеспечить нас дешевым и неистощимым источником энергии.

Так почему же у нас до сих пор нет реакторов термоядерного синтеза? Почему уже несколько десятилетий — с того момента, как в 1950-х гг. была разработана схема процесса — мы не можем добиться реальных результатов? Проблема в том, что равномерно сжать водородное топливо невероятно трудно. В ядрах звезд гравитация заставляет водород принимать идеальную сферическую форму, в результате чего газ прогревается чисто и равномерно.

Лазерный термоядерный синтез в установке NIF требует, чтобы лучи лазеров, воспламеняющие поверхность водородного шарика, были совершенно одинаковыми, а добиться этого чрезвычайно трудно. В установках с магнитным удержанием большую роль приобретает тот факт, что магнитное поле имеет северный и южный полюса; в результате равномерно сжать газ в правильную сферу чрезвычайно трудно.

Лучшее, что мы способны создать, — это магнитное поле в форме бублика. Но процесс сжатия газа напоминает сжимание в руках воздушного шарика. Каждый раз, когда вы сжимаете шарик с одного конца, воздух выпячивает его в другом месте. Сжимать шарик одновременно и равномерно во всех направлениях — непростая задача. Горячий газ, как правило, утекает из магнитной бутылки; рано или поздно он достигает стен реактора, и процесс термоядерного синтеза прекращается. Именно поэтому так трудно сжать водород в достаточной степени и удерживать его сжатым даже в течение секунды.

В отличие от современных атомных станций, где происходит расщепление атомов, реактор термоядерного синтеза не будет давать большого количества ядерных отходов. (Каждый из традиционных атомных энергоблоков производит в год 30 т чрезвычайно опасных ядерных отходов. В противовес этому ядерные отходы термоядерного реактора по большей части будут представлять собой радиоактивную сталь, которая останется после его разборки.)

Не стоит надеяться, что в ближайшее время термоядерный синтез полностью решит энергетические проблемы Земли. Француз Пьер-Жилль де Женн, нобелевский лауреат в области физики, говорит: «Мы говорим, что положим Солнце в ящик. Красивая идея. Проблема в том, что мы не знаем, как сделать этот ящик». Но исследователи надеются, что, если все пойдет хорошо, лет через сорок ITER поможет ученым проложить путь к коммерческому производству термоядерной энергии — энергии, которая однажды может стать источником электричества для наших домов. Когда-нибудь, возможно, термоядерные реакторы позволят нам на Земле безопасно пользоваться звездной энергией и смягчат тем самым наши энергетические проблемы. Но даже термоядерные реакторы с магнитным удержанием не смогут обеспечить энергией оружие, подобное Звезде смерти. Для этого потребуются совершенно новые разработки.

Рентгеновские лазеры с ядерной накачкой

Существует еще одна возможность построить лазерную пушку Звезды смерти на основании сегодняшних технологий — при помощи водородной бомбы. Батарея рентгеновских лазеров, обуздывающих и фокусирующих мощь ядерного оружия, могла бы в теории дать достаточно энергии для работы устройства, способного взорвать целую планету.

Ядерные реакции высвобождают примерно в 100 млн раз больше энергии на единицу массы, чем химические. Куска обогащенного урана размером не больше теннисного мяча хватило бы, чтобы спалить в огненном вихре целый город, несмотря на то что в энергию превращается всего 1% массы урана. Как мы уже говорили, существует множество способов закачки энергии в рабочее тело лазера, а значит, и в лазерный луч. Самый мощный из этих способов — гораздо более мощный, чем все остальные, — заключается в использовании энергии взрыва ядерной бомбы.

Рентгеновские лазеры имеют громадное значение, как военное, так и научное. Очень маленькая длина волны рентгеновского излучения позволяет использовать такие лазеры для зондирования на атомных расстояниях и дешифровки атомной структуры сложных молекул, что чрезвычайно сложно делать обычными методами. Возможность «видеть» атомы в движении и различать их расположение внутри молекулы заставляет совершенно по-новому взглянуть на химические реакции.

Водородная бомба испускает громадное количество энергии в виде рентгеновского излучения, поэтому рентгеновские лазеры можно накачивать энергией ядерного взрыва. В науке с рентгеновскими лазерами теснее всего связан Эдвард Теллер, «отец» водородной бомбы.

Между прочим, именно Теллер в 1950-е гг. свидетельствовал перед конгрессом, что Роберту Оппенгеймеру, возглавлявшему до этого Манхэттенский проект, нельзя доверить дальнейшую работу над водородной бомбой из-за его политических взглядов. Показания Теллера привели к тому, что Оппенгеймер был опорочен и лишен допуска к секретным материалам; многие видные физики так и не смогли простить этого Теллеру.

(Мои собственные контакты с Теллером начались еще в старших классах школы. Я тогда провел серию экспериментов по природе антиматерии, выиграл главный приз на научной ярмарке в Сан-Франциско и поездку на Национальную научную ярмарку в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Вместе с Теллером, который всегда уделял внимание талантливым молодым физикам, я принял участие в передаче местного телевидения. Позже я получил от Теллера инженерную стипендию имени Герца, которая помогла мне оплатить обучение в Гарварде. Несколько раз в год я ездил к Теллеру домой, в Беркли, и там довольно близко познакомился с его семьей.)

Принципиально рентгеновский лазер Теллера представляет собой небольшую ядерную бомбу, окруженную медными стержнями. Взрыв ядерного боеприпаса порождает сферическую взрывную волну интенсивного рентгеновского излучения. Эти лучи высокой энергии проходят через медные стержни, которые играют роль рабочего тела лазера и фокусируют энергию рентгеновского излучения в мощные пучки. Полученные рентгеновские лучи можно затем направить на вражеские боеголовки. Конечно, такое устройство можно использовать только один раз, поскольку ядерный взрыв приведет к саморазрушению рентгеновского лазера.

Первое испытание рентгеновского лазера, получившее название «тест Кабра» (СаЬга), было проведено в 1983 г. В подземной шахте была взорвана водородная бомба, а затем беспорядочный поток рентгеновского излучения от нее был сфокусирован и превращен в когерентный рентгеновский лазерный пучок. Первоначально испытания были признаны успешными; фактически именно этот успех в 1983 г. вдохновил президента Рейгана на историческое заявление о намерении построить оборонительный щит из «Звездных войн». Так была запущена многомиллиардная программа строительства сети устройств, подобных рентгеновским лазерам с ядерной накачкой, для сбивания вражеских межконтинентальных баллистических ракет. Работы по этой программе продолжаются и сегодня. (Позже выяснилось, что датчик, предназначенный для регистрации и измерения излучения во время исторического испытания, был разрушен; таким образом, его показаниям доверять было нельзя.)

Можно ли на самом деле сбивать боеголовки баллистических ракет при помощи такого нетривиального устройства? Не исключено. Но не следует забывать, что неприятель может придумать множество простых и недорогих способов нейтрализации подобного оружия (так, можно было бы обмануть радар, выпустив миллионы дешевых ложных целей; или придать боеголовке вращение, чтобы рассеять таким образом рентгеновское излучение; или придумать химическое покрытие, которое защитило бы боеголовку от рентгеновского луча). В конце концов, противник мог бы просто наладить массовое производство боеголовок, которые пробили бы щит «Звездных войн» просто за счет своего количества.

Поэтому рентгеновские лазеры с ядерной накачкой на данный момент не в состоянии защитить от ракетного нападения. Но можно ли создать на их основе Звезду смерти, способную уничтожить целую планету или стать действенным средством защиты от приближающегося астероида?

Физика Звезды смерти

Можно ли создать оружие, способное уничтожить целую планету, как в «Звездных войнах»? В теории ответ прост: да. Причем несколькими путями.

Для энергии, высвобождаемой при взрыве водородной бомбы, нет никаких физических ограничений. Вот как это происходит. (Подробное описание водородной бомбы даже сегодня правительство США относит к высшей категории секретности, но в общих чертах ее устройство достаточно хорошо известно.) Водородная бомба изготавливается в несколько этапов. Объединив нужное количество этапов в надлежащей последовательности, можно получить ядерную бомбу почти любой наперед заданной мощности.

Первый этап — стандартная бомба на реакции деления, или атомная бомба; в ней энергия урана-235 используется для генерации всплеска рентгеновского излучения, как это произошло в Хиросиме. За долю секунды до того, как взрыв атомной бомбы разнесет все в клочья, появляется расширяющаяся сфера мощного рентгеновского импульса. Это излучение обгоняет собственно взрыв (так как движется со скоростью света); его успевают сфокусировать заново и направить на контейнер с дейтеридом лития — активным веществом водородной бомбы. (Как именно это делается — все еще государственная тайна.) Рентгеновское излучение падает на дейтерид лития, заставляет его мгновенно сжаться и разогревает до миллионов градусов, вызывая тем самым второй взрыв, гораздо мощнее первого. Всплеск рентгеновского излучения, возникающий при этом втором взрыве, можно затем перефокусировать на вторую порцию дейтерида лития и вызвать третий взрыв. Вот принцип, в соответствии с которым можно поместить рядом множество контейнеров с дейтеридом лития и получить водородную бомбу невообразимой мощности. Так, самой мощной бомбой в истории человечества была двухступенчатая водородная бомба, которую взорвал в 1961 г. Советский Союз. Тогда произошел взрыв мощностью 50 млн т в тротиловом эквиваленте, хотя теоретически эта бомба способна была дать мощность более чем в 100 мегатонн тротила (что примерно в 5000 раз больше мощности бомбы, сброшенной на Хиросиму).

Однако для воспламенения целой планеты нужны совсем другие мощности. Для этого Звезде смерти пришлось бы запустить в космос тысячи таких рентгеновских лазеров, которые затем должны были бы выстрелить одновременно. (Для сравнения скажем, что в разгар холодной войны Соединенные Штаты и Советский Союз накопили примерно по 30 000 ядерных бомб.) Суммарной энергии такого громадного числа рентгеновских лазеров хватило бы, чтобы воспламенить поверхность планеты. Поэтому Галактическая империя будущего, отстоящая от нас на сотни тысяч лет, смогла бы, разумеется, создать такое оружие.

Для высокоразвитой цивилизации есть и другой путь: создать Звезду смерти, которая бы использовала энергию космического источника гамма-всплесков. От такой Звезды смерти исходила бы вспышка излучения, по мощности уступающая только Большому взрыву. Источники гамма-всплесков — это природное явление, они существуют в космосе; тем не менее вполне представимо, что когда-нибудь развитая цивилизация сможет обуздать их громадную энергию. Не исключено, что если взять под контроль вращение звезды задолго до ее коллапса и рождения гиперновой, то можно будет направить «выстрел» источника гамма-всплесков в любую точку пространства.

Источники гамма-всплесков

Космические источники гамма-всплесков были впервые замечены в 1970-х гг. на запущенных американскими военными спутниках «Вела» (Vela), предназначенных для обнаружения «лишних вспышек» — свидетельств незаконного взрыва ядерной бомбы. Но вместо вспышек на поверхности Земли спутники зарегистрировали гигантские всплески излучения из космоса. Первоначально неожиданное открытие вызвало в Пентагоне настоящую панику: неужели Советы испытывают новое ядерное оружие в дальнем космосе? Позже было установлено, что всплески поступают равномерно со всех направлений небесной сферы; это означало, что на самом деле они приходят в галактику Млечный Путь извне[5]. Но, если предположить действительно внегалактическое происхождение всплесков, то мощность их получится поистине астрономической — ведь они способны «осветить» всю видимую вселенную.

После развала Советского Союза в 1990 г. Пентагон неожиданно рассекретил громадное количество астрономических данных[6]. Астрономы были поражены. Они внезапно поняли, что перед ними новое загадочное явление из тех, что заставляют время от времени переписывать учебники и справочники.

Продолжительность гамма-всплесков невелика и составляет от нескольких секунд до нескольких минут, поэтому для их обнаружения и анализа необходима тщательно организованная система датчиков. Сначала спутники регистрируют всплеск гамма-излучения и посылают на Землю точные координаты источника. Полученные координаты передаются на оптические или радиотелескопы, которые, в свою очередь, наводятся на указанную точку небесной сферы.

Хотя в настоящий момент о гамма-всплесках известно далеко не все, одна из теорий их происхождения гласит, что источники гамма-всплесков — «гиперновые» необычайной силы, оставляющие после себя массивные черные дыры. В этом случае получается, что источники гамма-всплесков — чудовищные черные дыры в стадии формирования.

Но черные дыры испускают два джета, два потока излучения, из южного полюса и из северного, как у вращающегося волчка. Излучение гамма-всплеска, который мы регистрируем, принадлежит, очевидно, одному из этих потоков — тому, который оказался направлен в сторону Земли. Если бы поток гамма-излучения от такого источника оказался бы направлен точно на Землю, а сам источник находился бы в нашей галактической окрестности (на расстоянии нескольких сотен световых лет от Земли), его мощности хватило бы, чтобы полностью уничтожить жизнь на нашей планете.

Сначала электромагнитный импульс, созданный рентгеновским излучением от источника гамма-всплесков, вывел бы из строя все электронное оборудование на Земле. Мощный луч рентгеновского и гамма-излучения нанес бы земной атмосфере непоправимый вред, уничтожив защитный озоновый слой. Затем поток гамма-излучения разогрел бы поверхность Земли, вызвав чудовищные огненные бури, которые со временем охватили бы всю планету. Может быть, источник гамма-всплесков и не взорвал бы планету, как показано в фильме «Звездные войны», но наверняка уничтожил бы на ней все живое, оставив после себя обугленную пустыню.

Можно предположить, что цивилизация, опередившая нас в развитии на сотни миллионов лет, научится направлять подобные черные дыры на желаемую цель. Этого можно добиться, если научиться управлять движением планет и нейтронных звезд и направлять их в умирающую звезду под точно рассчитанным углом непосредственно перед коллапсом. Относительно небольших усилий будет достаточно, чтобы отклонить ось вращения звезды и нацелить ее в нужном направлении. Тогда умирающая звезда превратится в самую большую лучевую пушку, какую только можно представить.

Подведем итог. Использование мощных лазеров для создания портативного или ручного лучевого оружия и световых мечей следует отнести к I классу невозможности — по всей видимости, это станет возможным в недалеком будущем или, скажем, в ближайшие сто лет. Но чрезвычайно сложная задача нацеливания вращающейся звезды перед взрывом и превращением ее в черную дыру, т. е. преобразование ее в Звезду смерти, должна рассматриваться как невозможность II класса — нечто, что не противоречит явно законам физики (ведь источники гамма-всплесков существуют в реальности), но может быть реализовано только далеко в будущем, через тысячи или даже миллионы лет.

^

4. Телепортация

Прекрасно, что мы встретились с парадоксом. Теперь можно надеяться на продвижение вперед.
Нильс Бор
Капитан, я же не могу менять законы физики!
Скотти, главный инженер в сериале «Звездный путь»

Телепортация, или способность мгновенно перемещать людей и предметы из одного места в другое, — это умение, которое может изменить направление развития цивилизации и повлиять на судьбы стран и народов. Так, телепортация раз и навсегда изменила бы принципы и правила ведения войны: владея этим искусством, военачальники могли бы мгновенно закидывать войска в тыл противника или просто телепортировать вражеское руководство в удобное место и захватить его. Транспортная система сегодняшнего дня — автомобили, корабли, самолеты и железные дороги вместе с обслуживающими их многочисленными отраслями промышленности — сразу устарели бы; мы могли бы просто телепортироваться из дома на работу и мгновенно перекидывать грузы и товары в нужное место. Отпуска перестали бы быть проблемой — мы легко телепортировались бы прямо к месту отдыха, Телепортация изменила бы все.

Самые ранние упоминания о телепортации можно обнаружить[7] в религиозных текстах, например в Библии, где духи то и дело переносят людей с места на место. К примеру, это место из Деяний апостолов Нового Завета предполагает, по всей видимости, телепортацию Филиппа из Газы в Азот.
«Когда же они вышли из воды, Дух Святый сошел на евнуха, а Филиппа восхитил Ангел Господень, и евнух уже не видел его и продолжал путь, радуясь. А Филипп оказался в Азоте и, проходя, благовествовал всем городам, пока пришел в Кесарию» (Деяния 8:39-40).
Телепортация — среди прочих трюков и иллюзий — входит в репертуар любого мага: кролики из шляпы, карты из рукава, монеты из-за уха ничего не подозревающего зрителя. Один из самых впечатляющих трюков недавнего времени — исчезновение слона на глазах изумленной аудитории. Выглядит это следующим образом. Гигантского слона весом в несколько тонн помещают в клетку. Взмах волшебной палочки — и слон исчезает, к немалому изумлению публики. (Конечно, на самом деле слон никуда не девается. Трюк осуществляется при помощи зеркал. Клетка, в которую помещают слона, не простая. Позади каждого прута имеется зеркало — длинное узкое вертикальное зеркало. Каждое из этих зеркал может поворачиваться вокруг вертикальной оси. В начале номера, когда зеркала развернуты поперек и как бы спрятаны за прутьями клетки, зрителям их не видно — зато видно слона в клетке. Зато когда зеркала по команде иллюзиониста поворачиваются и встают под углом 45° к аудитории, изумленным зрителям остается только вглядываться в отраженное изображение боковой стенки клетки, за которой нет никакого слона.)

Телепортация и научная фантастика

Первое упоминание о телепортации в научно-фантастическом произведении мы находим в рассказе Эдварда Пейджа Митчелла «Человек без тела», опубликованном в 1877 г. В этом рассказе некий ученый открыл способ разобрать кошку на атомы я передать их по телеграфным проводам. К несчастью, в тот момент, когда ученый пытался телепортироваться сам, прекратилось электропитание. В результате успешно телепортировалась только его голова.

Сэр Артур Конан Дойл, создатель знаменитого Шерлока Холмса[8], был буквально очарован идеей телепортации. Написав большое количество детективных рассказов и романов про приключения Шерлока Холмса, он устал от своего героя и в конце концов прикончил его, заставив вместе с профессором Мориарти упасть в ущелье у Рейхенбахского водопада. Но возмущение читателей оказалось столь велико, что Дойлу пришлось воскресить сыщика. Оказавшись не в состоянии избавиться от Шерлока Холмса, Дойл вместо этого решил создать совершенно нового героя. Им стал профессор Челленджер, практически двойник Холмса. Оба героя обладали острым умом и наблюдательностью и любили разгадывать загадки. Но если Холмс раскрывал запутанные криминальные дела при помощи холодной дедуктивной логики, то профессор Челленджер исследовал темный мир спиритуализма и паранормальных явлений, включая и телепортацию.

В романе «Дезинтеграционная машина», опубликованном в 1927 г., профессор знакомится с изобретателем машины, способной разобрать человека, а затем собрать его заново где-нибудь в другом месте. Но затем изобретатель хвастливо заявляет, что в дурных руках его машина может по нажатию кнопки уничтожать целые города с миллионами жителей. Профессор Челленджер в ужасе. Роман заканчивается тем, что он при помощи машины разбирает изобретателя и покидает лабораторию, «позабыв» собрать его заново.

Немного позже телепортацию открыл для себя и Голливуд. Вышедший в 1958 г. фильм «Муха» наглядно демонстрирует, что может произойти, если процесс телепортации пойдет неправильно. Некий ученый успешно телепортирует себя в пределах комнаты, но по несчастной случайности его атомы перемешиваются с атомами мухи, случайно попавшей в телепортационную лабораторию. В результате ученый превращается в гротескное чудовище — получеловека, полумуху. (В 1986 г. на экраны вышел ремейк этого фильма с Джеффом Голдблюмом в главной роли.)

Сериал «Звездный путь» сделал телепортацию заметным явлением массовой культуры. Его создатель Джин Родденберри вынужден был ввести телепортацию в сюжет, поскольку бюджет студии Paramount не предусматривал дорогостоящих спецэффектов, связанных с имитацией старта и посадки ракетных кораблей на Земле и отдаленных планетах. Дешевле было просто передать экипаж «Энтерпрайза» к месту назначения получу.

За прошедшие десятилетия ученые успели высказать множество доводов в пользу того, что телепортация в принципе невозможна. Чтобы телепортировать человека, вы должны знать точное расположение каждого атома в живом теле — а это, вероятно, нарушило бы принцип неопределенности Гейзенберга (который утверждает, что невозможно одновременно знать точное положение и скорость электрона). Продюсеры «Звездного пути», склоняясь перед критиками, установили в телепортационной камере «компенсаторы Гейзенберга» — можно подумать, что законы квантовой физики можно было бы исправить при помощи какого бы то ни было дополнительного блока в устройстве телепорта! Но оказывается, создатели фильма вообще поторопились с введением «компенсаторов Гейзенберга». Возможно, ученые и критики прошлых лет все же ошибались.

Телепортация и квантовая теория

В рамках теории Ньютона телепортация откровенно невозможна. Законы Ньютона базируются на представлении о том, что вещество состоит из крошечных твердых бильярдных шариков. Объекты не приходят в движение, если их не толкнуть; объекты не исчезают внезапно и не появляются заново в другом месте.

Но в квантовой теории частицы способны проделывать именно такие фокусы. Законы Ньютона продержались у власти 250 лет и были свергнуты в 1925 г., когда Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер и их коллеги разработали квантовую теорию. Анализируя странные свойства атомов, физики обнаружили, что электрон ведет себя как волна и в кажущейся хаотичности своего движения внутри атома может совершать квантовые скачки.

Теснее всего с представлением о квантовых волнах связан венский физик Эрвин Шрёдингер, создатель знаменитого волнового уравнения, названного его именем, — одного из важнейших уравнений физики и химии. Целые институтские курсы посвящены решению этого знаменитого уравнения; целые стены физических библиотек заняты книгами, в которых подробно исследуются его глубокие следствия. В принципе вся сумма знаний по химии может быть сведена к решениям этого уравнения.

В 1905 г. Эйнштейн показал, что световые волны могут вести себя наподобие частиц; это значит, что они MOiyr быть описаны как пакеты энергии, известные под названием фотонов. Но примерно к 1920 г. Шрёдингеру стало очевидно, что обратное тоже верно: частицы, к примеру электроны, могут вести себя подобно волнам. Эту идею первым высказал французский физик Луи де Бройль, удостоенный за эту гипотезу Нобелевской премии. (Мы в университете наглядно демонстрируем это студентам. Для этого мы выстреливаем электронами в катодную лучевую трубку, в точности такую, как в телевизоре. Электроны проходят через крошечное отверстие, так что на экране вроде бы должна появиться маленькая светлая точка. Вместо этого вы обнаружите там концентрические волнообразные круги — точно такие, какие можно ожидать при прохождении через отверстие волны, а не частицы.)

Как-то Шрёдингер читал лекцию об этом любопытном феномене. Один из присутствовавших в зале коллег-физиков Питер Дебай задал вопрос: «Если электрон можно описать как волну; то как выглядит его волновое уравнение?»

С тех пор как Ньютон создал дифференциальное исчисление, физики описывали любую волну на языке дифференциальных уравнений, поэтому Шредингер воспринял вопрос Дебая как вызов и решил написать дифференциальное уравнение для электронной волны. В том же месяце Шредингер ушел в отпуск, а вернулся уже с готовым уравнением. Как Максвелл в свое время взял физические поля Фарадея и вывел уравнения Максвелла для света, Шредингер взял частицу-волну де Бройля и вывел уравнение Шрёдингера для электронов.

(Историки науки потратили немало усилий, пытаясь выяснить в точности, где был и чем занимался Шрёдингер, когда открыл свое знаменитое уравнение, навсегда изменившее современную физику и химию. Оказалось, что Шредингер был сторонником свободной любви и на отдых часто ездил с женой и любовницами. Он также вел подробный дневник, в который заносил всех своих многочисленных любовниц и сложным шифром обозначал каждую встречу. В настоящее время считается, что те выходные, когда было открыто уравнение, Шредингер провел в Альпах, на вилле «Хервиг», с одной из своих подружек.)

Начав решать свое уравнение для атома водорода, Шредингер, к немалому своему удивлению, обнаружил, что энергетические уровни электронов уже до него были точно установлены и опубликованы другими физиками. После этого он понял, что старая модель атома, принадлежащая Нильсу Бору, — та самая, где электроны носятся вокруг ядра и которую до сих пор рисуют в книгах и рекламных проспектах как символ современной науки — на самом деле неверна. Круговые орбиты электронов вокруг ядра атома необходимо заменить волнами.

Можно сказать, что работа Шрёдингера встряхнула физическое сообщество и, подобно брошенному камню, тоже породила разбегающиеся волны. Физики вдруг обнаружили, что могут заглянуть непосредственно в атом, подробно исследовать волны, из которых состоят его электронные оболочки, и точно предсказать их энергетические уровни.

Но оставался еще один вопрос, который не дает физикам покоя даже сегодня. Если электрон описывается как волна, то что же в нем колеблется? Ответ на этот вопрос дал физик Макс Борн; он сказал, что эти волны представляют собой не что иное, как волны вероятности. Они сообщают только о том, с какой вероятностью вы обнаружите конкретный электрон в определенное время в определенной точке. Другими словами, электрон — это частица, но вероятность обнаружить эту частицу задается волной Шрёдингера. И чем выше волна, тем больше шансов обнаружить частицу именно в этой точке.

Получается, что внезапно в самом сердце физики — науки, которая прежде давала нам точные предсказания и подробные траектории любых объектов, начиная с планет и комет и кончая пушечными ядрами, — оказались понятия шанса и вероятности.

Гейзенберг сумел формализовать этот факт, предложив принцип неопределенности[9] — постулат о том, что невозможно знать точную скорость и точное положение электрона в один и тот же момент. Невозможно точно определить и его энергию в заданный промежуток времени. На квантовом уровне нарушаются все фундаментальные законы здравого смысла: электроны могут исчезать и вновь возникать в другом месте, а также находиться одновременно в нескольких местах.

(По иронии судьбы и Эйнштейн, крестный отец квантовой теории, принимавший участие в революционных преобразованиях 1905 г., и Шрёдингер, автор волнового уравнения, пришли в ужас от появления случайных процессов в фундаментальной физике. Эйнштейн писал: «Квантовая механика вызывает огромное уважение. Но внутренний голос подсказывает мне, что это не то, что нужно. Эта теория многое объясняет, но едва ли приближает нас хоть сколько-то к тайне Бога. По крайней мере о себе могу сказать точно: я убежден, что Он не играет в кости».)

Теория Гейзенберга была революционной и противоречивой, но работала. С ее помощью физикам удалось одним махом объяснить огромное число загадочных явлений, включая законы химии. Объясняя своим аспирантам странность и причудливость квантовой теории, я иногда прошу их рассчитать вероятность того, что атомы их тел вдруг разбегутся и соберутся заново по другую сторону кирпичной стены. Подобная телепортация запрещена в ньютоновской физике, но никак не противоречит законам квантовой механики. Ответ, однако, заключается в том, что такого события пришлось бы ждать до конца жизни вселенной и даже дольше. (Если бы вы при помощи компьютера построили график шрёдингеровой волновой функции для собственного тела, то выяснилось бы, что она очень сильно напоминает само тело, но выглядит как бы чуть-чуть лохматой, так как некоторые из ваших волн расползаются за его пределы во всех направлениях. Некоторые из них достигают даже отдаленных звезд. Поэтому существует все же крошечная вероятность того, что однажды вы вдруг проснетесь на далекой чужой планете.)

Тот факт, что электроны, по-видимому, могут находиться во многих местах одновременно, составляет фундамент всей химии. Мы думаем, что электроны обращаются вокруг ядра атома, как тела миниатюрной Солнечной системы. Но между атомом и Солнечной системой есть принципиальные различия. При столкновении в космосе двух Солнечных систем они неизбежно развалятся, планеты при этом отбросит в разных направлениях. Атомы же, сталкиваясь, часто делятся друг с другом электронами и образуют вполне стабильные молекулы. В старших классах школы учитель часто говорит ученикам про «размазанный электрон», напоминающий продолговатый мяч для регби; он соединяет два атома между собой.

Но вот о чем учителя химии почти никогда не рассказывают ученикам. Электрон, о котором идет речь, вовсе не «размазан» между двумя атомами. На самом деле этот «мяч для регби» представляет вероятность того, что электрон находится одновременно во множестве мест внутри данного объема. Другими словами, вся химия, изучающая и объясняющая строение молекул, из которых состоят наши тела, основана на представлении о том, что электроны могут находиться одновременно в нескольких местах; именно такое «совместное владение» электронами, которые умудряются одновременно принадлежать двум атомам, удерживает на месте атомы в молекулах нашего тела. Без квантовой теории наши молекулы и атомы распались бы в мгновение ока.

Этим причудливым, но принципиальным свойством квантовой теории (тем фактом, что существует ненулевая вероятность даже самых странных событий) воспользовался Дуглас Адаме в своем веселом романе «Автостопом по галактике». Автору нужен был удобный способ носиться по всей галактике, поэтому он придумал «двигатель бесконечной невероятности», «чудесный новый способ преодоления громадных межзвездных расстояний за ничтожнейшую долю секунды без нудного блуждания в гиперпространстве». Его машина позволяет произвольно менять вероятность любого квантового события, так что даже чрезвычайно маловероятные события становятся обычными и привычными. В общем, если хотите отправиться в ближайшую звездную систему, нужно просто изменить вероятность вашей рематериализации именно там,' и все! Дело сделано! Вы мгновенно телепортируетесь в нужное место.

На самом деле квантовые «скачки», столь обычные внутри атома, невозможно легко перенести на крупные объекты вроде людей, состоящие из триллионов и триллионов атомов. Даже если электроны в нашем теле прыгают и скачут с места на место в своем фантастическом путешествии вокруг ядра, их так много, что прыжки усредняются и сглаживаются. Именно поэтому, говоря упрощенно, на нашем уровне вещества представляются твердыми и неизменными.

 Итак, хотя на атомном уровне телепортация разрешена, чтобы дождаться подобного странного события на макроскопическом уровне, придется ждать до гибели нашей Вселенной и даже дольше. Но можно ли воспользоваться законами квантовой теории и создать машину для телепортации объектов по требованию, как происходит в научно-фантастических произведениях? Как ни удивительно, ответ однозначен: да, можно.

Эксперимент ЭПР

Ключ к квантовой телепортации кроется в знаменитой работе 1935 г. Альберта Эйнштейна и его коллег Бориса Подольского и Натана Розена. По иронии судьбы трое ученых ставили своей целью раз и навсегда покончить с присутствием вероятности в физике, предложив с этой целью мысленный эксперимент, получивший название эксперимент ЭПР по первым буквам фамилий авторов. (Сокрушаясь по поводу бесспорного экспериментального успеха квантовой теории, Эйнштейн писал: «Чем больший успех имеет квантовая теория, тем глупее она выглядит».)

Если два электрона первоначально колеблются в унисон (такое состояние называется когерентным), то они способны сохранить волновую синхронизацию даже на большом расстоянии друг от друга. Даже если эти электроны окажутся разделены световыми годами, невидимая шрёдингерова волна все равно будет связывать их между собой подобно пуповине. Если с одним из электронов что-то произойдет, то какая-то часть информации об этом событии будет немедленно передана второму. Это явление называется квантовой запутанностью и основано на концепции о том, что когерентные частицы обладают какой-то глубинной связью.

Возьмем (мысленно, разумеется) два когерентных электрона; раз они когерентны, значит, колеблются в унисон, Затем позволим этим электронам разлететься в противоположных направлениях. Каждый электрон подобен вертящемуся волчку, причем его вращение (спин) может быть направлено вверх или вниз. Пусть полный спин системы равняется нулю, так что если известно, что спин одного электрона направлен вверх, то спин другого точно направлен вниз. Согласно квантовой теории перед измерением спин электрона не направлен ни вверх, ни вниз; электрон находится в неопределенном состоянии, он как бы вращается вверх и вниз одновременно. (Стоит вам произвести наблюдение, как волновая функция «схлопывается», оставляя частицу в одном конкретном состоянии из всех возможных.)

Далее измерим спин одного электрона. Скажем, он вращается вверх. Значит, мы мгновенно узнаем, что другой электрон вращается вниз. Даже если электроны разделены в пространстве многими световыми годами, мы будем мгновенно знать спин второго из них, как только измерим спин первого. Мало того, мы получим эту информацию быстрее, чем со скоростью света! Поскольку два наши электрона «запутаны», т.е. их волновые функции колеблются в унисон, эти самые волновые функции связаны невидимой «нитью» или пуповиной. Все, что происходит с одной частицей, автоматически отражается на другой. (В каком-то смысле это означает, что все, что происходит с нами, автоматически и мгновенно влияет на события, происходящие в отдаленных уголках вселенной, ведь наши волновые функции, вероятно, «запутаны» еще с начала времен. В каком-то смысле можно сказать, что существует паутина «запутанности», которая связывает отдаленные уголки вселенной, включая и нас с вами.) Эйнштейн иронически называл это явление призрачным дальнодействием и «доказывал» с его помощью, что квантовая теория неверна, поскольку ничто не может переноситься с места на место быстрее, чем со скоростью света.

Первоначально Эйнштейн считал мысленный эксперимент ЭПР похоронным звоном по квантовой теории. Но в 1980-х гг. Алан Аспект с коллегами провел во Франции реальный эксперимент с двумя детекторами, расположенными на расстоянии 13 м друг от друга. Он измерял спины фотонов, испускаемых атомами кальция, и полученные результаты в точности совпали с положениями квантовой теории. Очевидно, Господь все же играет в кости с нашей Вселенной.

Действительно ли информация в этом случае передается быстрее, чем со скоростью света? Неужели Эйнштейн ошибся и скорость света не является предельной скоростью нашей Вселенной? На самом деле все обстоит не совсем так. Да, информация действительно передается быстрее света, но информация эта случайна, а потому бесполезна. Методом, описанным в эксперименте ЭПР, невозможно передать настоящее послание, скажем, азбукой Морзе, с какой бы скоростью ни передавалась информация.

Знание о том, что некий электрон на другом конце вселенной вращается вниз, бесполезно. Этим методом невозможно передать свежую информацию о биржевых котировках. Приведем наглядный пример. Предположим, что один из наших приятелей всегда носит разноцветные носки, красный и зеленый, не обращая внимания на то, какой цвет окажется на какой ноге. Скажем, мы осматриваем одну ногу и выясняем, что на ней красный носок. Значит, мы узнаем быстрее, чем со скоростью света, что на другой ноге зеленый носок. Информация действительно дошла до нас быстрее света, но она совершенно бесполезна. Этим методом невозможно передать сигнал, который содержал бы неслучайную информацию.

Много лет эксперимент ЭПР приводили как яркий пример торжества квантовой теории, но торжество получалось бесплодным и не давало никакой практической выгоды. До недавнего времени.

Квантовая телепортация

Все изменилось в 1993 г., когда ученые из IBM[10] под руководством Чарльза Беннетта продемонстрировали всем принципиальную возможность телепортировать с использованием эксперимента ЭПР материальные объекты, по крайней мере на атомном уровне. (Точнее говоря, они продемонстрировали возможность передачи полной информации о частице.) За прошедшие годы физики научились передавать фотоны и даже целые атомы цезия. Возможно, через несколько десятилетий ученые смогут телепортировать первую молекулу ДНК и первый вирус.

Квантоваятелепортация использует одну из самых причудливых особенностей эксперимента ЭПР. В своих экспериментах физики начинают с того, что берут два атома, А и С. Предположим, мы хотим телепортировать информацию от атома А к атому С. Для этого мы вводим третий атом В, запутанный с атомом С (т.е. В и С когерентны). Затем атом А вступает в контакт с атомом В и «сканирует» его таким образом, что информационное содержание атома А передается атому В. В ходе этого процесса атомы А и В запутываются. Но поскольку первоначально В был запутан с атомом С, теперь информация, содержавшаяся в А, передается также и в атом С. Результат таков: атом А был телепортирован в атом С, т. е. теперь информационное содержание А идентично информационному содержанию С.

Обратите внимание на то, что информация, содержавшаяся перед началом эксперимента в атоме А, была уничтожена (т.е. после эксперимента мы не получаем двух идентичных копий). Это означает, что если представить себе телепортацию человека, то человек этот должен будет умереть в процессе передачи. Но зато информационное содержание его тела появится где-то в другом месте. Обратите внимание также на то, что атом А как таковой не переместился на позицию атома С. Напротив, С получил от А только информацию, которая в нем содержалась, например характеристики спина и поляризации. (Это не означает, что атом А был разобран и перенесен на другое место. Это означает, что информационное содержание атома А было передано другому атому — С.)

После первого объявления о прорыве между разными группами ученых началось яростное соревнование. Первая историческая демонстрация, в ходе которой осуществлялась телепортация фотонов ультрафиолетового света, состоялась в 1997 г. в Университете Инсбрука. Через год экспериментаторы из Калифорнийского технологического института провели еще более точный эксперимент по телепортации фотонов.

В 2004 г. физики Венского университета сумели телепортировать частицы света на расстояние 600 м под рекой Дунай по оптоволоконному кабелю, установив таким образом новый рекорд. (Сам кабель имел длину 800 м и был протянут под Дунаем ниже системы городской канализации. Передатчик располагался на одном берегу реки, приемник — на другом.)

Одно из возражений, которые выдвигают критики этих экспериментов, заключается в том, что ученые работают с частицами света, фотонами. Пока результат «не тянет» на научную фантастику. Поэтому очень важным стал другой эксперимент 2004 г., когда квантовую телепортацию удалось продемонстрировать уже не на фотонах, а на настоящих атомах. Это шаг в нужном направлении, к созданию реального телепортационного устройства. Физики из Национального института стандартов и технологии в Вашингтоне сумели «запутать» три атома бериллия и передать свойства одного атома другому. Достижение было настолько значительным, что попало на обложку журнала Nature. Другая группа тоже добилась успеха, но уже с атомами кальция.

В 2006 г. произошло еще одно значительное событие: впервые в подобных экспериментах был задействован макроскопический объект. Физики из Института Нильса Бора в Копенгагене и Института Макса Планка в Германии сумели запутать луч света и газ, состоящий из атомов цезия; в этом событии участвовали многие триллионы атомов. После этого они закодировали информацию, содержащуюся в лазерных вспышках, и телепортировали ее атомам цезия через расстояние примерно в полметра. Как пояснил один из исследователей Евгений Ползик, впервые была проведена квантовая телепортация «между светом — носителем информации — и атомами».

Телепортация без запутывания

Исследования в области телепортации стремительно набирают ход. В 2007 г. было сделано еще одно важное открытие. Физики предложили метод телепортации, не требующий запутывания. Вспомним, что запутывание представляет собой наиболее сложный момент квантовой телепортации. Решение этой проблемы могло бы открыть перед телепортацией новые горизонты.

«Речь идет о луче из примерно 5000 частиц, который исчезает в одном месте и появляется в другом», — говорит физик Астон Брэдли из Центра квантовой атомной оптики в Брисбене при Австралийском совете по исследованиям — один из участников разработки нового метода телепортации.

«Мы считаем, что по духу наша схема ближе к первоначальной фантастической концепции», — заявляет он. Суть подхода группы Брэдли в том, что ученые берут пучок атомов рубидия, переводят всю его информацию в луч света, посылают этот луч по оптоволоконному кабелю, а затем воссоздают первоначальный пучок атомов в другом месте. Если заявленные результаты подтвердятся, то будет устранено главное препятствие к реальной телепортации и открыты совершенно новые пути передачи на расстояние все более крупных объектов.

Чтобы новый метод не путали с квантовой телепортацией, доктор Брэдли назвал его классической телепортацией. (Название это отчасти вводит в заблуждение, потому что его метод также опирается на квантовую теорию, но не на запутывание.)

Ключевым моментом этого нового типа телепортации является открытое недавно новое состояние вещества, известное как «конденсат Бозе-Эйнштейна», или КБЭ, которое представляет собой одну из самых холодных субстанций во всей Вселенной.

В природе самую низкую температуру можно обнаружить в открытом космосе; она составляет 3 К, т. е. на три градуса выше абсолютного нуля. (Это благодаря остаточной теплоте Большого взрыва, которая до сих пор заполняет Вселенную.) Но КБЭ существует при температуре от одной миллионной до одной миллиардной градуса выше абсолютного нуля; такую температуру можно получить только в лаборатории.

При охлаждении некоторых форм вещества почти до абсолютного нуля их атомы (все без исключения) сваливаются на самый низкий энергетический уровень и начинают вибрировать в унисон, т. е. становятся когерентными. Волновые функции всех атомов перекрываются, поэтому в каком-то смысле КБЭ напоминает гигантский «сверхатом», причем все составляющие его отдельные атомы колеблются в унисон. Существование этого необычного состояния вещества предсказали Эйнштейн и Шатьендранат Бозе еще в 1925 г., но прошло 70 лет, прежде чем в 1995 г. КБЭ был наконец получен в лабораториях Массачусетского технологического института и Университета Колорадо.

Вот как работает телепортационное устройство Брэдли и его команды. Начинается все с набора суперхолодных атомов рубидия в состоянии КБЭ. Затем на КБЭ направляют пучок атомов (все того же рубидия). Атомы пучка также стремятся перейти в состояние с самой низкой энергией, поэтому они сбрасывают излишки энергии в виде квантов света. Полученный таким образом световой луч посылают по оптоволоконному кабелю. Примечательно, что этот луч содержит всю квантовую информацию, необходимую для описания первоначального пучка вещества (т.е. информацию о расположении и скорости всех его атомов). Пройдя по кабелю, световой луч попадает в уже другой КБЭ, который превращает его в первоначальный поток вещества.

Этот новый метод телепортации ученые считают чрезвычайно многообещающим, так как в нем не задействована запутанность атомов. Но у этого метода есть свои проблемы. Он очень жестко определяется свойствами конденсата Бозе-Эйнштейна, который чрезвычайно сложно получить в лаборатории. Более того, КБЭ обладает достаточно необычными свойствами и в некоторых отношениях ведет себя как один гигантский атом. Необычные квантовые эффекты, которые можно наблюдать только на атомном уровне, в КБЭ в принципе можно увидеть невооруженным глазом. Когда-то это считалось невозможным.

Ближайшее практическое приложение КБЭ — создание атомных лазеров. Разумеется, основой лазера служит когерентный пучок фотонов, которые колеблются в унисон. Но ведь КБЭ представляет собой набор атомов, которые тоже колеблются в унисон; отсюда возможность создать поток когерентных КБЭ-атомов. Другими словами, КБЭ может стать основой для устройств, аналогичных обычным лазерам: это атомные, или вещественные, лазеры, которые сделаны из КБЭ-атомов. В настоящее время лазеры имеют широчайшее применение в обычной жизни, и атомные лазеры, возможно, войдут в нашу жизнь не менее глубоко. Но так как КБЭ может существовать только при температурах, едва-едва превышающих абсолютный нуль, прогресс в этой области наверняка будет медленным, хотя и уверенным.

Можем ли мы сказать с учетом всего уже достигнутого, когда мы сами получим возможность телепортироваться? В ближайшие годы физики надеются телепортировать сложные молекулы. После этого несколько десятилетий наверняка уйдет на разработку способа телепортации ДНК или, может быть, какого-нибудь вируса. Против телепортации человека — в точности как в фантастических фильмах — также нет никаких принципиальных возражений, но технические проблемы, которые надо преодолеть на пути к подобному достижению, поражают воображение. Пока для того, чтобы добиться когерентности крошечных световых фотонов и отдельных атомов, требуются усилия лучших физических лабораторий мира. О квантовой когерентности с участием реальных макроскопических объектов, таких как человек, речь пока не идет и еще долго идти не будет. Скорее всего, пройдет немало столетий, прежде чем мы сможем телепортировать обычные предметы, если это вообще возможно.

Квантовые компьютеры

По существу, судьба квантовой телепортации тесно связана с судьбой проектов по разработке квантовых компьютеров. Оба направления пользуются одними и теми же законами квантовой физики и одинаковыми технологиями, поэтому между ними идет постоянный и очень активный обмен идеями. Квантовые компьютеры, возможно, когда-нибудь полностью заменят на наших столах привычные цифровые компьютеры. Более того, однажды может оказаться, что от этих компьютеров зависит будущее мировой экономики, поэтому данные технологии представляют громадный коммерческий интерес. Новые технологии, созданные на базе квантовых технологий, придут на смену современным технологиям, и Силиконовая долина, вполне возможно, уйдет в прошлое вслед за столицами американского автопрома.

Обычные компьютеры считают в двоичной системе счисления и оперируют только нулями и единицами, которые называются битами. Но квантовые компьютеры гораздо мощнее. Они могут оперировать кубитами, или квантовыми битами, которые могут принимать и промежуточные между 0 и 1 значения. Представьте себе атом, помещенный в магнитное поле. Он крутится как волчок, и ось его вращения может указывать вверх или вниз. Здравый смысл говорит нам, что спин атома может быть направлен вверх или вниз, но никак не в обе стороны одновременно. Но в странном мире квантов атом описывается как сумма обоих этих состояний, как суперпозиция атома с положительным спином и атома с отрицательным спином. В нечеловеческом мире квантов каждый объект описывается как сумма всех возможных состояний. (Если вы хотите дать квантовое описание крупного объекта, например кошки, это означает, что вам придется сложить волновую функцию живой кошки с волновой функцией мертвой кошки, так что в результате получится кошка, одновременно мертвая и живая, о чем я расскажу подробнее в главе 13.)

Теперь представьте себе цепочку атомов, выстроенных в магнитном поле, так что спины всех атомов направлены в одну сторону. Если осветить эту цепочку атомов лазерным лучом, то луч отразится от атомов, перевернув при этом оси вращения некоторых из них. Измерив разницу между первоначальным и отраженным лазерными лучами, мы получим результат сложной квантовой вычислительной операции, которая представляет собой переворот осей вращения множества атомов.

Квантовые компьютеры еще не вышли из младенческого возраста. Максимум, что удалось пока посчитать квантовому вычислителю, — это 3 х 5 = 15. Едва ли можно считать это серьезной заявкой на вытеснение сегодняшних суперкомпьютеров. У квантовой телепортации и квантовых компьютеров один и тот же фатальный недостаток: необходимость поддерживать когерентность большого количества атомов. Решение этой проблемы привело бы к громадному рывку вперед в обеих областях.

ЦРУ и другие секретные организации проявляют к квантовым компьютерам активный интерес. Основой для большинства секретных кодов мира служит «ключ», представляющий собой очень большое целое число, который необходимо разложить на простые сомножители. И если ключ представляет собой произведение двух стозначных чисел, то цифровому компьютеру может потребоваться больше ста лет, чтобы найти эти два сомножителя, не имея никаких дополнительных данных. На данный момент такие коды можно считать практически не поддающимися взлому.

Но в 1994 г. Питер Шор из Лаборатории Белла показал, что для квантового компьютера разложение на множители было бы детской игрой. Понятно, что это открытие мгновенно подогрело интерес разведывательного сообщества. В принципе, квантовый компьютер способен был бы взломать все коды в мире и полностью разрушить систему безопасности современных компьютеров. Первая страна, которой удастся создать подобную систему, может рассчитывать на проникновение в глубочайшие тайны других стран и организаций.

Некоторые ученые предполагают, что в будущем мировая экономика может оказаться полностью зависимой от квантовых компьютеров. Ожидается, что цифровые компьютеры на базе кремниевых технологий достигнут физического предела — в смысле роста вычислительной мощности—где-то после 2020 г. И чтобы техника продолжала развиваться, потребуется, скорее всего, создавать новые, еще более мощные семейства вычислительной техники. Другие ученые надеются воспроизвести при помощи квантовых компьютеров мощь человеческого мозга.

Таким образом, ставки чрезвычайно высоки. Если удастся решить проблему когерентности, то нам, возможно, покорится не только телепортация. Не исключено, что квантовые компьютеры дадут нам возможность развивать самые разные технологии в неизвестных пока и слабо предсказуемых направлениях. Прорыв в этой области настолько важен, что в следующих главах я еще не раз вернусь к обсуждению данной темы.

Как я уже указывал, когерентность чрезвычайно трудно поддерживать в лаборатория. Даже самая слабая случайная вибрация способна нарушить когерентность двух атомов и свести на нет все усилия. Сегодня нам с трудом удается поддерживать когерентность хотя бы горстки атомов. Атомы, первоначально находившиеся «в фазе», начинают терять синхронность уже через несколько наносекунд; в лучшем случае они удерживаются в этом состоянии до секунды. Телепортацию необходимо проводить очень быстро, прежде чем атомы начнут терять синхронность, и это еще один ограничивающий фактор для квантовых вычислений и телепортации.

Несмотря на все препятствия, Дэвид Дойч из Оксфордского университета уверен, что эти проблемы можно решить: «Если повезет, при помощи последних теоретических достижений на создание [квантового компьютера] потребуется, возможно, куда меньше 50 лет… Это был бы совершенно новый способ обуздания природы».

Чтобы построить реальный квантовый компьютер, нам потребуется от сотен до миллионов атомов, колеблющихся в унисон; на сегодняшний день нам еще далеко до подобных достижений. Сейчас телепортация капитана Кирка была бы астрономически трудным делом. Для этого нам пришлось бы установить квантовую запутанность с копией-близнецом капитана Кирка. Даже с учетом нанотехнологий и новейших компьютеров трудно представить себе, как это можно сделать на практике.

Итак, на атомном уровне телепортация уже существует, и вполне возможно, что уже в течение нескольких ближайших десятилетий мы научимся телепортировать сложные и даже органические молекулы. А вот телепортации макроскопических объектов после этого придется ждать значительно дольше — от нескольких десятилетий до нескольких столетий, а то и больше, если эта процедура вообще возможна.

Поэтому телепортацию сложных молекул, может быть, даже вирусов или живых клеток, следует отнести к I классу невозможности, что означает: решения этой задачи следует ожидать еще в настоящем столетии. Но телепортация человека, хотя и не противоречит законам физики, вряд ли будет реализована в ближайшее время. На решение этой задачи — при условии, что решение вообще существует, — может потребоваться еще не одна сотня лет. Поэтому я бы отнес телепортацию такого рода ко II классу невозможности.

^

5. Телепатия

Если за целый день вам не попалось ничего странного, значит, день не удался.
Джон Уилер
Только те, кто пытается сделать абсурдное, добиваются невозможного.
Мориц Эшер

Громадный потенциал телепатии и самые темные наши страхи, связанные с ней, как в зеркале отразились в романе Альфреда ван Вогта «Слэн».

Джомми Кросс, главный герой романа, — «слэн», представитель вымирающей расы сверхразумных телепатов.

Его родители были жестоко убиты разъяренной толпой обычных людей, которые боятся и ненавидят всех телепатов из-за громадной власти, которую обретает любой, кто может проникать в их личные, самые интимные мысли. Люди безжалостно охотятся за слэнами, как за животными. Причем узнать слэна несложно благодаря характерным усикам, растущим на голове. На протяжении всего романа Джомми пытается связаться с другими слэнами; считается, что часть их, пытаясь ускользнуть от развязанной людьми «охоты на ведьм», бежала в космос.

Возможность читать чужие мысли всегда занимала воображение человека и представлялась настолько важной, что часто ее приписывали исключительно богам. Одной из самых важных составляющих могущества любого бога является способность читать в душах и потому отзываться на самые тайные наши молитвы. Настоящий телепат, способный произвольно читать чужие мысли, легко мог бы стать богатейшим и могущественнейшим человеком на Земле. Ему не трудно было бы проникать в тайные мысли банкиров с Уолл-стрит, шантажировать соперников или оказывать на них давление. Такой человек был бы угрозой для безопасности правительств. Он без труда мог бы выведывать самые тщательно охраняемые тайны любой страны. Его тоже боялись бы; возможно, за ним, как за слэнами, устроили бы охоту.

Громадные возможности истинного телепата подчеркиваются и в серии романов Айзека Азимова «Основание», которую часто называют одной из величайших научно-фантастических эпопей всех времен. Галактическая империя, правившая на протяжении многих тысяч лет, стоит на грани распада и гибели. Тайное общество ученых, известное как Второе основание, предсказывает при помощи сложных вычислений, что Империя в конце концов падет, а цивилизация погрузится во тьму на 30 000 лет. В попытке предотвратить полный распад цивилизации и свести темный период всего лишь к нескольким тысячам лет ученые, основываясь на своих формулах, разрабатывают сложный план. Но затем происходит катастрофа. Оказывается, все тщательно продуманные уравнения не в состоянии предсказать одной-единственной случайности — рождения мутанта по имени Мул, способного управлять сознанием других людей на большом расстоянии и стремящегося к захвату власти в Галактической империи. Если телепата не удастся остановить, галактика обречена на 30 000 лет хаоса и анархии.

Фантастика полна сказочных историй о телепатах, но реальность гораздо более прозаична. Мысль — штука личная и к тому же невидимая, поэтому шарлатаны и мошенники веками пользовались наивностью и доверчивостью некоторых людей. Один из простейших фокусов, которыми пользуются иллюзионисты, — это «подсадная утка», т. е. помощник, который сидит в зале и мысли которого затем «читает» заезжий телепат.

Репутация некоторых прославленных «телепатов» базировалась на[11] знаменитом «трюке со шляпой». Люди в зале писали записки на листах бумаги и складывали их в шляпу, а затем артист, поражая присутствующих, говорил, что написано на каждом листе. У этого хитроумного трюка есть обманчиво простое объяснение (см. примечания).

Один из самых знаменитых случаев телепатии был связан не с «подсадной уткой», а с настоящим животным — чудо-конем по кличке Умный Ганс, изумлявшим европейскую публику в 1890-х гг. К удивлению и восторгу зрителей, Умный Ганс мог производить сложные математические вычисления. К примеру, если коня просили разделить 48 на 6, он восемь раз ударял по земле копытом. Умный Ганс умел делить, умножать, складывать дроби, грамотно писать и даже узнавать музыкальные ноты. Поклонники чудо-коня заявляли: либо Умный Ганс умнее многих людей, либо он телепатически улавливает мысли.

И при этом Умный Ганс не был участником какой-то «хитрой аферы»! Наоборот, чудесная способность коня к арифметическим вычислениям ставила в тупик даже его дрессировщика. В 1904 г. обследовать Умного Ганса пригласили известного психолога профессора Карла Штрумпфа, который не сумел обнаружить никаких доказательств мошенничества или тайных сигналов, которые дрессировщик подавал бы лошади. Однако тремя годами позже ученик Штрумпфа психолог Оскар Пфунгст провел гораздо более тщательную проверку и раскрыл наконец секрет Умного Ганса. На самом деле конь просто внимательно наблюдал за лицом дрессировщика! Он бил копытом, а как только замечал легкое изменение выражения лица, прекращал это делать. Умный Ганс не умел ни читать мысли, ни считать; он просто оказался внимательным наблюдателем.

В истории известны и другие животные-«телепаты». Еще в 1591 г, лошадь по кличке Марокко прославилась на всю Англию и заработала своему хозяину целое состояние. Она находила среди зрителей определенных людей, указывала нужные буквы алфавита и складывала очки, выпавшие на паре игральных костей. Лошадь произвела в Англии такую сенсацию, что Шекспир вывел ее в своей пьесе «Тщетные усилия любви» как «танцующую лошадь» и тем обессмертил.

Игроки тоже способны в определенном смысле читать чужие мысли[12]. Когда человек видит перед собой что-то приятное, зрачки его глаз расширяются. Когда он видит что-то нежелательное (или занимается математическими вычислениями), зрачки сужаются. Игроки могут отслеживать эмоции соперников по расширению или сужению зрачков, даже если выражение лиц у них совершенно не меняется. Именно поэтому, в частности, многие игроки носят над глазами цветной козырек, который затеняет зрачки и не дает рассмотреть их. Можно также направить на зрачок человека лазерный луч, а по отраженному лучу определить в точности, куда направлен его взгляд. Следя за движением лазерного «зайчика», можно определить, в какой последовательности человек рассматривает картину. Одновременное использование обеих этих технологий позволяет определить подробную эмоциональную реакцию человека на картину, ни о чем его не спрашивая.

Психические исследования

Первые научные исследования телепатии[13] и других паранормальных явлений принадлежат Обществу психических исследований, основанному в 1882 г. в Лондоне. (Как раз в этом году Фредерик Майерс и пустил в обращение термин «ментальная телепатия».) Среди президентов этого общества еще в XIX в. успело побывать несколько очень известных личностей. Оно существует до сих пор и успело разоблачить множество мошенников, но и само общество нередко разрывается между спиритуалистами — теми, кто твердо верит в паранормальные явления, — и учеными, стремящимися к более серьезным научным исследованиям.

Доктор Джозеф Бэнкс Райн работал[14] в Соединенных Штатах, но поддерживал с Обществом тесную связь. В 1927 г. он начал первое систематическое и тщательное изучение психических явлений и основал Институт Райна (известный сейчас как Исследовательский центр Райна) в Университете Дьюка в штате Северная Каролина. Несколько десятков лет доктор Райн и его жена Луиза проводили первые в США эксперименты под научным контролем; они изучали широкий спектр явлений парапсихологии и публиковали отчеты о своих исследованиях в различных рецензируемых изданиях. Именно Райн в одной из первых своих книг ввел термин «экстрасенсорное восприятие» (ЭСВ).

Можно сказать, что лаборатория Райна установила общий стандарт психических исследований. Один из сотрудников лаборатории доктор Карл Зенер разработал систему карточек с пятью разными символами для анализа телепатических способностей; теперь они известны как карточки Зенера. В громадном большинстве экспериментов не удалось обнаружить даже малейших признаков телепатии. Тем не менее данные некоторых экспериментов показали небольшие, но примечательные взаимосвязи, которые невозможно было объяснить случайным совпадением. Проблема в том, что другие исследователи, как правило, не могут повторить эти эксперименты.

Райн старался заслужить репутацию серьезного и дотошного исследователя, но она пострадала, когда он столкнулся с лошадью по кличке Чудо-Леди. Эта коняга демонстрировала поразительные чудеса телепатии; она умела, например, сшибать копытом кубики с буквами и составлять таким образом из них слова, задуманные кем-то из зрителей. Очевидно, Райн не был знаком с эффектом Умного Ганса. В 1927 г. он тщательно исследовал Чудо-Леди и сделал вывод: «Таким образом, остается только телепатическое объяснение, передача ментального воздействия неизвестным путем. Мы не обнаружили ничего, что противоречило бы этому, и ни одна из предложенных других гипотез не кажется достоверной в свете полученных результатов». Позже Милбурн Кристофер сумел все же разгадать истинный источник телепатических возможностей Чудо-Леди: им оказались легкие движения хлыста в руках владельца лошади. Чудо-Леди начинала быть копытом и прекращала это делать только по определенному сигналу хозяина. (Райн продолжал верить, что эта лошадь — настоящий телепат, даже после того, как истинный источник способностей Чудо-Леди был раскрыт. Он считал, что хозяин прибег к мошенничеству вынужденно, так как лошадь почему-то потеряла способность читать мысли.)

Однако последний сокрушительный удар по репутации Райна был нанесен перед самой его отставкой. Он подыскивал преемника, при котором его институт мог бы успешно продолжать работу. Кандидат, разумеется, должен был иметь незапятнанную репутацию. Доктор Уолтер Леви, один из многообещающих кандидатов, работавший с Райном с 1973 г., считался восходящей звездой парапсихологии. Опубликованные им сенсационные результаты свидетельствовали, что мыши способны телепатически воздействовать на компьютерный генератор случайных чисел. Однако бдительные сотрудники лаборатории обнаружили, что по ночам доктор Леви тайком пробирается в лабораторию и… подправляет результаты тестов. Его удалось застать на месте преступления. Дальнейшие исследования показали, что мыши не обладают никакими телепатическими способностями, и доктор Леви вынужден был с позором уйти из института.

Телепатия и Звездные врата

На пике холодной войны, давшей начало многочисленным секретным экспериментам по телепатии, управлению разумом и дальновидению (дальновидение — это получение зрительной информации об удаленном месте средствами одного только сознания, через проникновение в сознание других людей), интерес к паранормальному тоже принял воинственный характер. Несколько секретных проектов на деньги ЦРУ, такие как «Солнечный удар» (Sun Streak), «Пламя под решеткой» (Grill Flame) и «Осевая полоса» (Center Lane), получили общее кодовое название «Звездные врата» (Star Gate). Работы по программе начались около 1970 г., когда ЦРУ доложило, что Советский Союз тратит на «психотронные» исследования до 60 млн руб. в год. Военные опасались: вдруг Советы научатся обнаруживать при помощи ЭСВ расположение военных баз США и места базирования подводных лодок, распознавать шпионов и читать секретные бумаги?

В 1972 г. исследования ЦРУ получили финансирование; руководили работами Расселл Тарг и Гарольд Путхофф из Стэнфордского исследовательского института в г. Менло-Парк. Первоначально ставилась задача подготовить группу медиумов, способных вести «психическую войну». Программа действовала больше 20 лет; за это время США истратили на «Звездные врата» 20 млн долл., в штате ее состояло больше 40 сотрудников, 23 дальновидящих и три медиума.

До 1995 г. команда ЦРУ с бюджетом 500 тыс. долл. в год провела сотни экспериментов по сбору разведданных с тысячами сеансов дальновидения. В частности, дальновидящих просили:

• определить, где находится полковник Каддафи, перед бомбардировкой Ливии в 1986 г.;

• найти хранилища плутония в Северной Корее в 1994 г.;

• определить местонахождение заложника, похищенного «красными бригадами» в Италии, в 1981 г.;

• найти советский бомбардировщик Ту-95, разбившийся в Африке.

В 1995 г. ЦРУ попросило Американский институт исследований (АИИ) оценить эти программы. АИИ рекомендовал закрыть их. «Нет никаких документальных свидетельств того, что они имеют какую-либо ценность для разведывательного сообщества», — написал представитель АИИ Дэвид Гослин.

Сторонники программы «Звездные врата» утверждают, что за годы у них накопились результаты «на восемь мартини» (т. е. настолько поразительные, что человеку, чтобы оправиться после знакомства с ними, нужно выпить не меньше восьми порций мартини). Критики, однако, возражают на это, что громадное большинство экспериментов по дальновидению дало бесполезную, никому не нужную информацию, что это напрасная трата денег налогоплательщиков и что те несколько «попаданий», которые вроде бы зарегистрированы, носят такой неопределенный характер, что приложимы почти к любой ситуации. В докладе АИИ говорится, что самые впечатляющие «успехи» программы «Звездные врата» достигнуты с участием тех дальновидящих, которые и раньше знали кое-что о ситуации и потому могли сделать вполне обоснованное предположение.

В конце концов ЦРУ пришло к выводу, что программа «Звездные врата» ни разу не дала информации, полезной при организации и проведении разведопераций; программа была закрыта. (Ходят упорные слухи о том, что во время войны в Заливе ЦРУ пыталось, хотя и безуспешно, при помощи дальновидящих установить местонахождение Саддама Хусейна.)

Сканирование мозга

Одновременно с описанным выше ученые потихоньку начинали понимать физические законы, стоящие за работой мозга. В XIX в. ученые подозревали, что внутри мозга передаются электрические сигналы. В 1875 г. Ричард Кейтон обнаружил, что слабые электрические сигналы, излучаемые мозгом, можно уловить при помощи электродов, размещенных на поверхности головы. Это открытие со временем привело к созданию электроэнцефалографа (ЭЭГ).

В принципе мозг действительно представляет собой передатчик, по которому наши мысли разносятся посредством очень слабых электрических сигналов и электромагнитных волн. Но вот использовать эти сигналы для чтения мыслей проблематично. Во-первых, сигналы чрезвычайно слабы, их мощность измеряется в милливаттах. Во-вторых, они очень путаные и почти неотличимы от «белого шума». Из этой мешанины можно выделить только самую грубую информацию о наших мыслях. В-третьих, наш мозг не способен принимать подобные сигналы от другого мозга; у человека нет для этого антенны. И наконец, даже если бы мы научились принимать эти слабые сигналы, мы не смогли бы расшифровать их. Обычная физика Ньютона и Максвелла, по всей видимости, не разрешает телепатию по радио.

Кое-кто считает, что телепатия, возможно, передается посредством пятой силы, известной как пси-сила. Но даже сторонники парапсихологии признают, что у них нет конкретных воспроизводимых свидетельств существования пси-силы.

Открытым остается другой вопрос: что говорит квантовая теория насчет телепатии?

В последние несколько лет появились новые квантовые инструменты, которые впервые в истории позволили нам заглянуть в работающий мозг. Возглавляет эту квантовую революцию метод позитронно-эмиссионного (ПЭТ) и магнитно-резонансного (МРТ) томографического сканирования мозга. Для ПЭТ в кровь вводят радиоактивный сахар, который концентрируется в тех участках мозга, которые в данный момент активны: процесс мышления требует энергии. Радиоактивный сахар испускает позитроны (антиэлектроны), которые не сложно зарегистрировать приборами. Таким образом, отслеживая распределение антиматерии в живом мозге, можно делать выводы и о направлении мыслей — конечно, если знать точно, какие части мозга чем занимаются.

Аппарат для МРТ действует примерно так же, но он более точен. Голову пациента помещают в мощное магнитное поле в форме бублика. Поле заставляет ядра атомов в мозгу выстраиваться вдоль силовых линий. Затем в пациента направляют радиоимпульс, который заставляет эти ядра колебаться. Меняя ориентацию, ядра испускают слабое радиоэхо, которое можно зарегистрировать; таким образом можно определить присутствие того или иного вещества. К примеру, известно, что активность мозга связана с уровнем потребления кислорода, поэтому МРТ может выделить зоны, где идет процесс мышления, по присутствию насыщенной кислородом крови. Чем выше концентрация такой крови, тем выше уровень активности данной части мозга. (Сегодня аппарат для «функциональной МРТ», или «фМРТ», способен за доли секунды нацелиться на крошечный участок мозга в миллиметр в поперечнике, что делает его идеальным инструментом для отслеживания характера мыслей в живом мозге.)

Детекторы лжи на основе МРТ

Не исключено, что когда-нибудь ученые сумеют при помощи аппаратов МРТ определять общее направление мыслей в работающем мозге. Простейший тест на «чтение мыслей» — правильно определить, лжет человек или говорит правду.

По легенде, первый в мире детектор лжи придумал несколько веков назад один индийский жрец. Он будто бы запирал подозреваемого в комнате с «волшебным осликом». Предполагаемый преступник должен был потянуть рукой за хвост волшебного ослика. При этом, если человек этот лжец, ослик должен был сказать об этом человеческим голосом. Предполагалось, что если ослик молчит, то это означает, что человек говорит правду. (Втайне от всех старейшина заранее натирал хвост ослика сажей.)

После выхода из комнаты после общения с осликом подозреваемый обычно заявлял о своей невиновности — ведь ослик ничего не сказал, когда его потянули за хвост. Но затем жрец осматривал руки подозреваемого. Если руки оказывались чистыми, это означало, что человек лжет. (Иногда угроза применения детектора лжи более эффективна, чем сам детектор.)

Первый «волшебный ослик» современности родился в 1913 г., когда психолог Уильям Марстон предложил проверять кровяное давление подозреваемого; предполагалось, что когда человек лжет, давление у него повышается. (На самом деле это наблюдение восходит еще к древности; тогда следователь во время допроса держал руки подозреваемого в своих.) Идею Марстона подхватили другие ученые, и вскоре даже у министерства обороны появился собственный Институт полиграфа.

С течением времени стало ясно, что детектор лжи можно обмануть; в частности, это без труда делают социопаты — ведь они не раскаиваются в своих действиях и не чувствуют за собой вины. Самый знаменитый случай такого рода — двойной агент в ЦРУ Олдрич Эймс; он получал огромные деньги от Советского Союза за то, что посылал на смерть десятки американских агентов и передавал секреты атомного флота США. При этом не один десяток лет Эймс успешно проходил в ЦРУ многочисленные тесты на детекторе лжи. Кстати, то же самое умел делать и серийный убийца Гэри Риджуэй, известный как Убийца из Грин-Ривер; он убил никак не меньше 50 женщин.

В 2003 г. Национальная академия наук США выпустила разгромный доклад по вопросу о надежности и достоверности детекторов лжи; в докладе содержится длинный список методов обмана детектора лжи и ситуаций, при которых невиновный человек может выглядеть лжецом.

Итак, детекторы лжи измеряют только уровень тревоги, но что, если измерить параметры самого мозга? Мысль заглянуть в поисках лжи в мозг зародилась лет 20 назад на основании работ Питера Розенфельда из Северо-Западного университета; он заметил, что ЭЭГ человека в момент произнесения лжи отличается от ЭЭГ того же человека в момент произнесения правды так называемой волной Р300[15]. (Как правило, волна Р300 возбуждается, когда мозг сталкивается с чем-то новым или необычным.)

Использовать для определения лжи результаты МРТ-обследования предложил Дэниел Лэнглебен из Университета Пенсильвании. В1999 г. он случайно наткнулся на статью, автор которой утверждал, что дети, страдающие дефицитом внимания, лгут с трудом; но из личного опыта он знал, что это неверно — такие дети лгут не хуже остальных. Истинная их трудность в том, что они с трудом удерживают в себе правду. «Они не умеют хранить секреты и все разбалтывают», — вспоминал Лэнглебен. Значит, заключил он, если нужно солгать, мозг должен сначала не дать себе сказать правду, а уж затем придумать обман. Лэнглебен говорит: «Когда вы сознательно лжете, вам приходится одновременно удерживать в мозгах и правду. Значит, разумно предположить, что мозг при этом должен быть более активен». Другими словами, лгать нелегко.

Лэнглебен начал проводить эксперименты с участием студентов-добровольцев, которых он просил лгать; вскоре он обнаружил, что ложь рождает усиление мозговой деятельности на нескольких участках мозга, включая переднюю долю (где сосредоточены высшие мыслительные процессы), височную долю и лимбическую систему (где обрабатываются эмоции). В частности, он обратил внимание на необычную активность в передней части поясной извилины (которая связана с разрешением конфликтов и подавлением ответной реакции).

Он утверждает, что в контролируемых экспериментах с целью определить, говорит ли испытуемый правду или лжет (эксперимент состоял в том, что студенты правильно или неправильно называли игральную карту), добился устойчивого успеха вплоть до 99%.

Интерес к этой технологии так велик, что основаны уже два коммерческих предприятия, предлагающих эту услугу. В 2007 г. одна из компаний под названием «МРТ против лжи» начала работу по первому делу; был обследован человек, который подал в суд на страховую компанию за то, что она обвинила его в преднамеренном поджоге собственного магазинчика. (Функциональное МРТ-исследование показало, что он не поджигатель.)

Сторонники методики Лэнглебена утверждают, что она гораздо эффективнее старомодного детектора лжи, поскольку человек не может произвольно менять порядок работы собственного мозга. Можно научить человека управлять в какой-то степени частотой пульса и не потеть, но невозможно управлять работой мозга. Мало того, сторонники указывают, что в наш век, когда все так боятся террористов, эта методика могла бы вовремя засечь атаку на США и тем спасти бесчисленные жизни.

Критики признают видимый успех этой методики в определении лжи, но одновременно указывают, что на самом деле фМРТ регистрирует не ложь как таковую, а увеличение мозговой активности, как будто бы связанное с ложью. Не исключено, что при работе с человеком в состоянии сильного нервного возбуждения аппарат начнет делать ошибки, ведь он регистрирует только тревогу объекта и всегда приписывает ее лжи, а у тревоги могут быть и другие причины. «Существует невероятная жажда получить тесты, которые могли бы надежно отличать правду от обмана, а на науку всем наплевать», — предупреждает нейробиолог Стивен Хайман из Гарвардского университета.

Некоторые критики утверждают также[16], что настоящий детектор лжи, как и настоящий телепат, способен сделать нормальное общение людей практически невозможным, поскольку небольшая ложь представляет собой ту самую «социальную смазку», которая позволяет общественному механизму работать. К примеру, во что превратится наша репутация, если кто-нибудь вдруг во всеуслышание объявит, что все наши комплименты боссам, начальникам, супругам, любовницам и коллегам — чистая ложь? Кроме того, настоящий работающий детектор лжи вытащит на свет божий все наши семейные тайны, скрытые эмоции, подавленные желания и тайные намерения. Как выразился научный обозреватель Дэвид Джоунз, настоящий детектор лжи, «подобно атомной бомбе, лучше оставить на крайний случай как своего рода окончательное решение. Если его начнут широко применять вне здания суда, общественная жизнь сделается совершенно невозможной».

Универсальный переводчик

Некоторые ученые справедливо отмечают, что, хотя современные методы сканирования и дают красивые фотографии работающего мозга, они все же слишком грубы, чтобы регистрировать отдельные изолированные мысли. Вероятно, при выполнении человеком даже простейшего задания задействуются одновременно миллионы нейтронов, а аппараты МРТ видят всю эту бешеную активность всего лишь точкой на экране. Один психолог сравнил сканирование мозга с попыткой прислушаться к соседу во время яростного футбольного матча. Вопли тысяч зрителей непременно заглушат негромкий голос одного человека, К примеру, минимальный элемент объема мозга, который способен надежно анализировать аппарат фМРТ, называют «воксель»[17]. Но каждый воксель соответствует нескольким миллионам нейронов, так что чувствительности аппарата явно не хватит, чтобы выделить отдельную мысль.

В научной фантастике иногда мелькает «универсальный переводчик» — устройство, способное читать мысли и передавать их непосредственно в сознание другого существа. В некоторых романах инопланетные телепаты передают мысли в человеческий мозг, хотя и не знают нашего языка. В научно-фантастическом фильме 1976 г. «Мир будущего» сон одной женщины проецируется на телеэкран в реальном времени. В фильме Джима Кэрри «Вечное сияние чистого разума» (2004) доктора умеют выделять в мозгу пациента неприятные воспоминания и стирать их.

«Такого рода фантазии возникают у каждого, кто работает в этой области, — говорит нейробиолог Джон Хейнс из Института Общества Макса Планка в Лейпциге (Германия). — Но если вы хотите построить такое устройство, то, я уверен, вам потребуется снимать информацию с отдельного нейрона».

Пока регистрация сигнала от одного нейрона категорически невозможна, но кое-кто из психологов пытается добиться более скромного результата: подавить шум и выделить образы фМРТ, создаваемые отдельными объектами. Не исключено, к примеру, что можно идентифицировать образы фМРТ, соответствующие отдельным словам; если получится, ученые составят из отдельных слов «словарь мыслей».

Так, Марсель Джаст из Университета Карнеги-Меллона сумел идентифицировать фМРТ-образ, соответствующий маленькой изолированной группе объектов (например, столярных инструментов). «Мы можем с точностью 80-90% определить, о каком из 12 предметов думает каждый из 12 испытуемых», — утверждает ученый.

Его коллега Том Митчелл, специалист по компьютерным наукам, пытается использовать компьютерные технологии типа нейронных сетей для опознавания сложных рисунков мозга, получаемых при помощи фМРТ-аппарата и связанных с выполнением определенных экспериментов. «Мне бы очень хотелось проделать эксперимент и найти с его помощью слова, которые вызывают самую активную и легко различимую работу мозга», — отмечает он.

Но даже составление словаря мыслей еще очень далеко от создания «универсального переводчика». В отличие от универсального переводчика, который должен передавать мысли непосредственно из одного мозга в другой, переводчик мыслей на основе технологии фМРТ должен был бы проделывать множество скучных операций: сперва распознавать определенные образы фМРТ, переводить их в английские слова, а затем уже передавать эти слова (вероятно, произносить) другому лицу. В этом смысле такое устройство совершенно не похоже на «слияние сознаний», которое мы видим в «Звездном пути» (но тем не менее оно было бы очень полезно жертвам инсульта).

Ручные МРТ-сканеры

Еще одним серьезным препятствием на пути к практической телепатии является размер аппарата для фМРТ. Сегодня это чудовищное устройство стоимостью несколько миллионов долларов, оно занимает целую комнату и весит несколько тонн. Сердце аппарата — большой магнит в форме бублика диаметром больше метра, создающий мощнейшее магнитное поле напряженностью в несколько тесла. (Это магнитное поле настолько мощное, что при случайном включении аппарата несколько рабочих получили серьезные травмы — они получили травмы от летящих молотков и других железных инструментов!)

Недавно физики Игорь Савуков и Майкл Ромалис из Принстонского университета предложили новую технологию, которая со временем может стать базой для создания ручных аппаратов МРТ; при этом стоимость их снизится многократно — быть может, в сто раз. Ученые утверждают, что громадные магниты для МРТ можно заменить сверхчувствительными атомными магнитометрами, способными регистрировать самые слабые магнитные поля.

В первую очередь Савуков и Ромалис создали магнитный датчик из взвеси горячих паров калия в гелии. При помощи лазерного луча они выровняли спины электронов атомов калия. Затем они приложили слабое магнитное поле к некоторому объему воды (имитирующему человеческое тело). После этого в воду был направлен радиоимпульс, который возбудил колебания молекул воды. Возникшее в результате отражения от молекул воды «эхо» заставило колебаться и электроны в атомах калия; эти колебания, в свою очередь, регистрировались вторым лазером. Ключевой результат опытов: даже слабое магнитное поле может давать «эхо», которое самые современные и чувствительные датчики способны зарегистрировать. В перспективе это дает возможность заменить чудовищное магнитное поле стандартного фМРТ-аппарата слабым полем; более того, картинки при этом получаются практически мгновенно (тогда как МРТ-аппарату для получения одного изображения может потребоваться до 20 минут).

Со временем, рассуждают ученые, сделать МРТ-снимок будет так же легко, как сегодня сфотографировать пейзаж при помощи цифровой камеры. (Тем не менее и на этом пути есть препятствия. Одна из проблем состоит в том, что аппарат и объект исследования необходимо будет надежно защитить от внешних магнитных полей.)

Если ручные МРТ-аппараты когда-нибудь станут реальностью, их можно будет сопрячь с крохотным компьютером, который, в свою очередь, несложно снабдить набором программ для распознавания определенных ключевых фраз, слов или предложений. Такое устройство не сможет делать многое из того, что описано в научной фантастике, но это уже шаг вперед.

Мозг как нейронная сеть

Сможет ли в будущем некий МРТ-аппарат читать мысли — читать буквально: слово в слово, образ в образ, как способен делать истинный телепат? Ответа на этот вопрос пока нет. Некоторые утверждают, что аппараты МРТ в лучшем случае смогут различить лишь общее направление мыслей, потому что мозг все-таки не компьютер. В цифровом компьютере вычисления всегда локализованы и подчиняются очень жестким правилам. Любой цифровой компьютер подчиняется законам машины Тьюринга, т. е. такой машины, в которой есть центральное процессорное устройство (ЦПУ) и каналы ввода и вывода. Центральный процессор (например, обычный сегодня пентиум) производит с входными данными определенный набор операций и выдает результат на выход. Таким образом, процесс «мышления» сосредоточен исключительно в ЦПУ.

Однако наш мозг не цифровой компьютер. В нем нет пентиума и вообще какого бы то ни было ЦПУ, нет операционной системы Windows, и подпрограмм тоже нет. Если вы удалите из компьютерного ЦПУ один-единственный транзистор, компьютер, скорее всего, перестанет работать. В то же время известны случаи, когда при повреждении у человека половины мозга вторая половина берет ее функции на себя.

На самом деле человеческий мозг больше напоминает самообучающуюся машину, «нейронную сеть», которая каждый раз при получении задания коммутируется заново. Исследования с применением аппаратов МРТ подтвердили, что мысли в мозге не локализованы в одной точке, как в машине Тьюринга, а распределены по значительному объему мозга, что вообще типично для нейронных сетей. Снимки МРТ показывают, что процесс мышления напоминает игру в пинг-понг — последовательно включаются разные участки мозга, и электрическая активность как бы мечется по всему его объему.

Тот факт, что мысли носят распределенный характер и задействуют многие участки мозга, внушает опасения. Возможно, максимум, что смогут сделать ученые, — это составить словарь мыслей, т.е. установить однозначное соответствие между определенными мыслями и конкретными рисунками на ЭЭГ- или МРТ-снимках. К примеру, австрийский специалист по биомедицинской инженерии Герт Пфуртшеллер научил компьютер распознавать отдельные мысли путем анализа мю-волн на ЭЭГ. Судя по всему, мю-волны связаны с намерением совершить определенные мускульные движения. Пфуртшеллер просит пациента поднять палец, улыбнуться или нахмуриться, а компьютер фиксирует, какие именно при этом возбуждаются мю-волны. Каждый раз, когда пациент производит какое-либо умственное усилие, компьютер тщательно записывает рисунок мю-волн. Процесс сбора данных очень сложен и утомителен — ведь приходится тщательно вычищать все посторонние волны, но постепенно Пфуртшеллеру удалось установить поразительные параллели между простыми движениями и определенными рисунками ЭЭГ.

Со временем эти усилия вместе с результатами МРТ-исследований действительно могут привести к созданию вразумительного «словаря» мыслей. Возможно, компьютер путем анализа ЭЭГ- или МРТ-снимков сможет распознавать определенные рисунки и определять, о чем думает пациент, — хотя бы в самом общем плане. Такая методика «чтения мыслей» помогла бы установить однозначное соответствие между конкретными рисунками мю-волн, МРТ-снимков и мыслей. Но сомнительно, чтобы она позволила различить в мыслях человека отдельные слова.

Передача мыслей

Но предположим, что когда-нибудь мы научимся прочитывать общее направление мыслей другого человека. Как насчет обратного процесса? Сможем ли мы проецировать собственные мысли в голову другого человека? Похоже, что на этот вопрос можно уверенно ответить: да, сможем. Если направить радиоволны непосредственно в мозг, можно возбудить определенные его участки, которые, как достоверно известно, управляют определенными функциями.

Начало этому направлению исследований было положено в 1950-х гг., когда канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд начал проводить операции на мозге пациентов, больных эпилепсией. Он обнаружил, что при стимуляции определенных областей височной доли мозга при помощи электродов человек слышит голоса, перед ним появляются призрачные видения. Психологи и раньше знали, что эпилептическое поражение мозга может привести к тому, что пациент начинает чувствовать на себе действие сверхъестественных сил, видеть во всех событиях вокруг работу ангелов и демонов. (Некоторые психологи даже предполагали, что именно стимуляция этих участков мозга могла быть причиной полумистического опыта, лежащего в основе многих религий. К примеру, выдвигались предположения, что Жанна д'Арк, сумевшая в одиночку привести французские войска к победе над британцами, возможно, страдала от подобного поражения мозга в результате удара по голове.)

На базе этих гипотез нейробиолог Майкл Персингер из Садбери в провинции Онтарио разработал специальный шлем, назначение которого — излучать радиоволны в мозг и вызывать тем самым определенные мысли и эмоции, к примеру религиозное чувство. Нейробиологамизвестно, что определенное повреждение левой височной доли может вызвать дезориентацию левой половины мозга; в этом случае мозг может интерпретировать деятельность правой половины как сигналы от другого «я». При таком ранении у человека может возникнуть впечатление, что в комнате присутствует какой-то призрачный дух, ведь мозг не знает, что этот «дух» представляет собой всего лишь часть его самого. В зависимости от веры и представлений о мире, пациент может увидеть в этом другом «я» демона, ангела, инопланетянина или даже Бога.

Не исключено, что в будущем появится возможность направлять электромагнитные сигналы в точно рассчитанный участок мозга, отвечающий за конкретные функции. К примеру, чтобы вызвать определенные эмоции, нужно будет направить сигнал в мозжечковую миндалину. Чтобы вызвать визуальные образы и мысли — стимулировать другой участок мозга. Но исследования в этом направлении находятся пока в зачаточном состоянии.

Карта мозга

Несколько ученых предложили заняться нейронным картированием, подобным известному проекту «Геном человека». В результате реализации проекта по нейронному картированию ученые определили бы точное положение каждого отдельного нейрона в человеческом мозге и составили трехмерную карту всех связей в нем. Это был бы поистине монументальный труд, так как в мозге человека больше 100 млрд нейронов, каждый из которых связан с тысячами других нейронов. Если представить себе, что такой проект реализован и карта создана, наверное, можно было бы составить и другую карту: показать, как определенные мысли возбуждают определенные нейронные связи. А вместе со словарем мыслей, полученным при помощи МРТ-снимков и ЭЭГ-волн, такая карта позволила бы расшифровать нейронную структуру определенных мыслей, так чтобы определить, какие именно слова или мысленные образы соответствуют возбуждению конкретных нейронов. Так можно было бы установить однозначное соответствие между конкретной мыслью, выраженной через МРТ-рисунок, и конкретными нейронами, которые должны сработать, чтобы эта мысль возникла в мозгу.

Небольшой шаг в этом направлении сделали в 2006 г. ученые из Алленовского института мозга (созданного одним из основателей фирмы Microsoft Полом Алленом). Они объявили о создании трехмерной карты экспрессии генов в мозге мыши; карта отражает проявление 21 000 генов на клеточном уровне. Ученые надеются создать таким же образом атлас человеческого мозга. «Завершение Алленовского атласа мозга представляет собой гигантский скачок вперед на одном из ключевых направлений медицинской науки — науки о мозге», — утверждает Марк Тессье-Лавинь, руководитель института. Этот атлас станет незаменимым инструментом для любого, кто захочет изучать нейронные связи человеческого мозга, хотя надо отметить, что задуманный Атлас мозга еще очень далек от реального проекта нейронного картирования.

В общем, натуральная телепатия, какую часто описывают в научной фантастике и фэнтези, на сегодняшний день невозможна. МРТ-снимки и ЭЭГ-волны можно использовать только для чтения простейших мыслей, потому что мысли сложным образом распределены по всему объему мозга. Но кто знает, какое развитие может получить эта технология в ближайшие десятилетия и столетия? Возможности науки проникать в мыслительные процессы должны по идее расти по экспоненте. С повышением чувствительности МРТ и других устройств регистрации наука все точнее сможет локализовать мысли и определять, как именно развиваются в мозге последовательные процессы обработки мыслей и эмоций. С ростом мощности компьютеров появится возможность анализировать всю массу данных с большей точностью. Словарь мыслей, возможно, установитточное соответствие между множеством рисунков мысли на экране МРТ-анализатора и реальными мыслями и чувствами. Хотя может оказаться, что однозначное соответствие между МРТ-рисунками и мыслями установить невозможно, словарь мыслей поможет правильно идентифицировать примерное направление и тематику мыслей. Рисунок мысли, полученный при помощи МРТ, в свою очередь, можно нанести на нейронную карту, чтобы показать точно, какие нейроны срабатывают при возникновении в мозгу какой-то конкретной мысли.

Но мозг не компьютер, а нейронная сеть, в которой мысли распределены по всему объему, поэтому в конце концов мы натыкаемся на препятствие, и этим препятствием является сам мозг. Безусловно, наука будет проникать все глубже и глубже в работающий мозг и рано или поздно сумеет расшифровать некоторые мыслительные процессы, но читать мысли с дословной точностью, как предсказывает научная фантастика, будет все-таки невозможно. С учетом этого я отнес бы способность считывать общий характер ощущений и мыслей к невозможностям I класса. А вот способность более точно прочитать механизмы работы сознания придется отнести уже ко II классу невозможности.

Но существует, возможно, более прямой путь прикоснуться к невероятному могуществу мозга. Нельзя ли вместо того, чтобы использовать радио, сигналы которого слабы и легко рассеиваются, подключиться непосредственно к нейронам мозга? Если так, то нам, вполне возможно, удастся выпустить на волю еще более мощную силу: психокинез.

^

6. Телекинез

Новая научная истина торжествует не потому, что ее противники признают свою неправоту, просто ее оппоненты со временем вымирают, а подрастающее поколение знакомо с нею с самого начала.
Макс Планк
Привилегия дурака - изрекать истины, которые все остальные не хотят произносить вслух.
Уильям Шекспир[18]

Однажды боги собрались на небесах и стали жаловаться на жалкое состояние человечества. Наше тщеславие, глупость и бессмысленные выходки способны внушить только отвращение. Но один бог сжалился над нами и решил провести эксперимент: дать одному совершенно обычному человеку неограниченное могущество. Вот вопрос: как поведет себя человек, став богом?

Этим скучным и очень средним человечком оказывается галантерейщик Джордж Фотерингей, который внезапно обнаруживает у себя божественные способности. Оказывается, он может заставить плавать свечи, изменить цвет воды, создать из ничего великолепный обед из нескольких блюд — и даже наколдовать парочку бриллиантов. Поначалу он пользуется своими новыми возможностями для забавы и добрых дел. Но постепенно тщеславие и жажда власти берут над ним верх; он становится жадным до власти тираном, обзаводится дворцами и невероятными богатствами. Наконец, отравленный безграничной властью, он совершает фатальную ошибку. Он надменно приказывает Земле прекратить вращение. Внезапно воцаряется невообразимый хаос; яростные ветры, несущиеся со скоростью 1000 миль в час — скоростью вращения Земли, — поднимают все на воздух. Человечество сметено с поверхности Земли и вышвырнуто в открытый космос. В отчаянии он высказывает последнее и окончательное свое желание: чтобы все вернулось и стало как прежде.

Такова в кратком пересказе сюжетная линия фильма «Человек, который мог творить чудеса» (1936), снятого по мотивам рассказа Г. Уэллса, написанного им в 1911 г. (Позже на эту же тему был снят фильм «Брюс всемогущий» с Джимом Кэрри в главной роли.) Из всех свойств, будто бы присущих экстрасенсорному восприятию, телекинез — или психокинез, или способность двигать предметы мысленным усилием, — безусловно, самое значительное качество. Он наделяет человека гораздо большим могуществом, дает ему почти божественные возможности. Уэллс в своем рассказе стремился показать, что божественное могущество потребовало бы от человека столь же божественного разума и мудрости.

Телекинез фигурирует не только в современной литературе; так, в пьесе Шекспира «Буря» колдун Просперо, его дочь Миранда и волшебный дух воздуха Ариэль из-за предательства брата Просперо оказались на много лет заперты на пустынном острове. Когда Просперо узнает, что брат-злодей проплывает на корабле мимо острова, он в отместку вызывает колдовским образом — посредством телекинеза—чудовищную бурю, которая приносит корабль брата к острову и разбивает его о скалы. Затем Просперо при помощи телекинеза начинает манипулировать судьбами злополучных жертв крушения, в том числе Фердинанда — красивого невинного юноши, которого Просперо заставляет влюбиться в Миранду.

(Русский писатель Владимир Набоков отмечал, что «Буря» во многом напоминает научно-фантастическое произведение. Более того, через 350 лет после написания, в 1956 г., по сюжету этой шекспировской пьесы был снят классический научно-фантастический фильм «Запретная планета». В нем Просперо стал мрачным ученым Морбиусом, дух — роботом Робби, Миранда превратилась в красавицу-дочь Морбиуса Альтаиру, а сам остров стал планетой Альтаир-4. Создатель «Звездного пути» Джин Родденберри признавался, что к созданию сериала его подтолкнул, в частности, фильм «Запретная планета».)

Позже телекинез стал главной движущей силой сюжета в романе Стивена Кинга «Кэрри» (1974); именно этот роман выдвинул неизвестного полунищего писателя в первые ряды мировых авторов жанра хоррор — роман-ужастик. Кэрри в романе — это болезненно застенчивая смешная школьница, которую презирают другие дети и преследует душевно неустойчивая мать. Ее единственное утешение — способность к телекинезу, по всей видимости, наследственная. В финальной сцене мучители сначала убеждают девочку в том, что она будет звездой школьной постановки, а затем обливают ее новое платье свиной кровью. После этого следует акт мести: Кэрри усилием мысли запирает все двери, убивает своих мучителей электричеством, сжигает здание школы и в конце концов запускает убийственный огненный вихрь, который практически полностью уничтожает центр города — и ее заодно.

Тема телекинеза в руках психически неустойчивого человека стала также основой памятного эпизода «Звездного пути», озаглавленного «Чарли Икс». Это история о молодом человеке с преступными наклонностями, родившегося в отдаленной космической колонии. Вместо того чтобы использовать свои способности к телекинезу в добрых целях, он подчиняет с их помощью других людей и заставляет служить себе. Если он захватит «Энтерпрайз» и доберется до Земли, на планете воцарится хаос и она будет уничтожена.

Телекинез стоит и за могуществом Силы, которой владеют рыцари легендарного общества джедаев из саги «Звездные войны».

Телекинез и реальный мир

Возможно, самое знаменитое противостояние, связанное с телекинезом в реальной жизни, произошло в 1973 г. на шоу Джонни Карсона. Участвовали в нем Ури Геллер—израильский медиум, утверждавший, что может гнуть ложки силой мысли, и Удивительный Рэнди — профессиональный иллюзионист, который занялся в какой-то момент разоблачением мошенников, приписывавших себе экстрасенсорные способности. (Интересно, что все трое начинали одинаково, как иллюзионисты, и поражали доверчивую аудиторию невероятной ловкостью рук.)

Еще до появления Геллера Карсон проконсультировался с Рэнди[19]; тот предложил Джонни приготовить для демонстрации собственные ложки и заранее, перед представлением, официально проверить их. Карсон последовал совету Рэнди и во время представления огорошил Геллера предложением гнуть подготовленные им ложки, а не принесенные с собой. Геллер, как ни старался, не смог согнуть ни одной. (Чуть позже на сцене появился Рэнди и без всякого труда исполнил трюк с ложками — но только после того, как предупредил зрителей о том, что это только трюк, а не телекинез.)

Удивительный Рэнди предложил миллион долларов любому, кто сумеет реально продемонстрировать способность к телекинезу. До сих пор ни один экстрасенс не смог заработать этот приз.

Телекинез и наука

Одна из причин, по которым так трудно объективно анализировать телекинез, — это то, что мошенникам несложно обмануть ученых — ведь они приучены верить тому, что видят в лаборатории. С другой стороны, иллюзионисты или маги, утверждающие, что обладают способностями к телекинезу, обучены вводить зрителей в заблуждение. В результате ученые, как правило, плохо умеют разоблачать мошенников. Так, в 1982 г. парапсихологов пригласили обследовать двух мальчиков, Майкла Эдвардса и Стива Шоу, будто бы обладающих необычными способностями. Утверждалось, что мальчики могут гнуть металл, создавать усилием мысли изображение на фотопленке, двигать предметы и читать мысли. Парапсихолог Майкл Талбурн настолько уверовал в способности юных экстрасенсов, что даже придумал для мальчиков новый термин — он назвал их «психокинетиками». Парапсихологов Макдоннеловской лаборатории психических исследований в Сент-Луисе, штат Миссури, возможности мальчиков буквально ослепили, Ученые поверили, что обладают достоверными доказательствами их экстрасенсорных способностей, и принялись готовить научную публикацию. Но в следующем году мальчики признались в обмане и объявили, что всеми своими «возможностями» были обязаны обычным трюкам, а вовсе не сверхъестественным способностям. (Один из юношей, Стив Шоу, продолжил свою карьеру и стал известным иллюзионистом, которого «хоронят заживо» на несколько дней подряд; он теперь часто появляется на общенациональных телеканалах.)

В Райновском институте в Университете Дьюка под строгим научным контролем проводится множество экспериментов по телекинезу, но результаты пока неопределенные. Вместе со мной в Нью-Йоркском университете работала одна из пионеров в этой области профессор Гертруда Шмайдлер, бывший редактор Parapsychology Magazine и какое-то время — президент Ассоциации парапсихологии. Она горячо интересовалась экстрасенсорным восприятием и проводила на своих студентах в колледже многочисленные исследования. Чтобы набрать побольше добровольцев для своих экспериментов, она устраивала коктейли с приглашением знаменитых медиумов и демонстрацией перед гостями всевозможных экстрасенсорных трюков. Но как-то раз она призналась мне, что среди сотен студентов и десятков магов и медиумов не смогла найти ни одного человека, который смог бы продемонстрировать хоть какой-то телекинез по требованию, в контролируемых условиях.

Однажды она поместила в комнате несколько крошечных, но довольно чувствительных датчиков температуры (способных измерить изменение температуры в доли градуса). Единственный экстрасенс сумел напряженным ментальным усилием поднять температуру одного из датчиков на 0,1°. Шмайдлер гордилась тем, что смогла провести этот эксперимент в жестких условиях, гордилась и полученным результатом. Но, так или иначе, от этого очень далеко до способности двигать крупные объекты мысленным усилием.

Возможно, самые жесткие, но тоже противоречивые исследования телекинеза были проведены по Принстонской программе исследования технических аномалий (Princeton Engineering Anomalies Research, PEAR). Программу запустил в 1979 г. Роберт Джан, в то время декан Школы технических и прикладных наук Принстонского университета. Инженеры, работавшие по программе, исследовали, может ли человеческий мозг одной только силой мысли влиять на результаты случайных событий. К примеру, мы знаем, что брошенная монетка упадет решкой или орлом с 50-процентной вероятностью. Но ученые PEAR утверждали, что человек может изменить этот результат мысленным усилием. За 28 лет — программа закрыта в 2007 г. — были проведены тысячи экспериментов, включающих в себя более 1,7 млн тестов и 340 млн бросков монетки. Вроде бы результаты подтверждают существование телекинетического эффекта — но очень слабого, в среднем не больше нескольких десятитысячных. Но даже эти довольно жалкие результаты другие ученые оспаривают; утверждается, что в полученных данных имеются малозаметные систематические ошибки.

(В 1988 г. Армия США обратилась в Национальный исследовательский совет с просьбой изучить сообщения о паранормальных умениях и возможностях. Естественно, армия мечтала получить преимущества над противником, которые обеспечили бы подобные умения, в том числе телекинез. В докладе Национального исследовательского совета обсуждалась возможность сформировать гипотетический «Первый земной батальон» из «монахов-воинов», которые овладели бы чуть ли не всеми методами, входящими в компетенцию комитета, — это и экстрасенсорное восприятие, и выход из тела, и левитация, и целительство силой мысли, и хождение сквозь стены. Проверяя отчеты по программе PEAR, Национальный совет по исследованиям обнаружил, что не меньше половины успешных испытаний имели отношение к одному человеку. Кое-кто из критиков считает, что именно этот человек проводил эксперименты или писал для PEAR компьютерную программу. «Для меня проблематично, если успешные результаты выдает только тот, кто управляет лабораторией», — говорит доктор Рей Хайман из Университета штата Орегон. Вывод Совета: «За 130 лет исследования не дали никаких научных доказательств существования парапсихологических явлений».)

Проблема с изучением телекинеза состоит еще и в том, что он — и это признают даже адвокаты данного явления — не слишком согласуется с известными законами физики. Гравитация, самый слабый вид взаимодействия во вселенной, может только притягивать; ее не возможно использовать для левитации или отталкивания объектов. Электромагнитное взаимодействие подчиняется уравнениям Максвелла и не признает возможности перемещения по комнате электрически нейтральных предметов. Ядерные силы работают только на малых расстояниях, таких как расстояния между частицами в ядре,

Еще одна проблема телекинеза — источник энергии. Человеческое тело способно выдать мощность всего лишь в одну пятую лошадиной силы, поэтому когда Йода в «Звездных войнах» левитировал силой мысли целый космический корабль, или когда Циклопы пускали из глаз лазерные лучи, то эти деяния нарушали закон сохранения энергии — ведь крошечное существо вроде Йоды не в состоянии скопить достаточно энергии для поднятия космического корабля. Как бы мы ни концентрировали волю и мысли, мы не в состоянии собрать достаточно энергии для действий и чудес, приписываемых телекинезу. Как, принимая во внимание все сказанное, примирить телекинез с законами физики?

Телекинез и мозг

Если телекинез не удается даже согласовать с известными силами природы, то как мы можем надеяться в будущем обуздать его? Одну из подсказок к ответу на этот вопрос можно найти в эпизоде «Звездного пути» под названием «Кто оплакивает Адоная?». В этом эпизоде экипаж «Энтерпрайза» встречается с необычной расой разумных существ; эти существа напоминают греческих богов и способны силой мысли проделывать фантастические вещи. Поначалу кажется, что люди и правда столкнулись с олимпийцами, но со временем выясняется, что это вовсе не боги, а обычные существа, способные мысленно контролировать центральную энергетическую станцию, которая затем выполняет их желания и проделывает те самые фантастические вещи. Уничтожив центральную энергостанцию, экипаж «Энтерпрайза» вырывается из-под власти этих существ.

Нет противоречия законам природы и в том, что в будущем люди научатся тренировать свои скрытые способности — ив результате мысленно управлять чувствительным электронным устройством, которое даст им почти божественные возможности. Телекинез с использованием радио- или компьютерного усилителя — возможность вполне реальная. Примитивным устройством для телекинеза можно считать даже электроэнцефалограф. Видя на экране ЭЭГ-аппарата рисунок собственной мозговой деятельности, человек может постепенно научиться грубо, но вполне сознательно контролировать этот рисунок при помощи так называемой «биологической обратной связи».

Поскольку чертежей мозга не существует, и никто не может сказать, какой нейрон управляет какой мышцей, пациент должен непременно и активно участвовать в освоении техники такого контроля при помощи компьютера.

Со временем человек научается по требованию изображать на экране прибора определенный тип волнового рисунка. Полученное изображение можно направить в компьютер, который, согласно заложенной программе, будет распознавать тип волнового рисунка, а затем выполнять соответствующую ему конкретную команду — к примеру, включать какой-то прибор или запускать двигатель. Другими словами, человекможет, просто подумав определенным образом, получить на ЭЭГ-экране определенный рисунок мозговой деятельности — и запустить тем самым компьютер или движок.

К примеру, таким образом полностью парализованный человек мог бы управлять своим креслом исключительно при помощи мыслей. Или, если окажется, что человек способен получить на экране двадцать шесть надежно распознаваемых рисунков, он, вполне возможно, сможет печатать латиницей одним только усилием мысли. Конечно, это очень грубый метод передачи мыслей; кроме того, требуется немало времени, чтобы средствами биологической обратной связи научить человека управлять волновым рисунком собственного мозга.

Работы Нильса Бирбаумера из Университета Тюбингена в Германии, безусловно, приблизили тот момент, когда человек научится «печатать силой мысли». Бирбаумер использовал биологическую обратную связь, чтобы помочь людям, частично парализованным в результате повреждения нервной системы. Он сумел научить таких людей менять волновой рисунок работы мозга и таким способом печатать на экране компьютера простые предложения.

Обезьянам вживляли в мозг электроды и при помощи биологической обратной связи учили в некоторой степени контролировать свои мысли. После этого обезьяны могли при прмощи мыслей управлять рукой-манипулятором через Интернет.

В Университете Эмори в Атланте провели еще более показательную серию экспериментов. Непосредственно в мозг парализованному в результате инсульта человеку внедрили стеклянную бусину, соединенную с компьютером тонким проводком. При помощи определенных мыслей парализованный человек мог посылать сигналы в компьютер и двигать по экрану курсор. После некоторой практики и тренировок с использованием биологической обратной связи пострадавший от инсульта научился сознательно управлять курсором. В принципе, управляя курсором на экране, человек может записывать мысли, включать приборы, водить виртуальные машины, играть в видеоигры и т. п.

Нейробиолог из Университета Брауна Джон Донохью сделал, возможно, самый важный шаг в создании системы взаимодействия мозга с машиной. Он сконструировал аппарат под названием «Брейнгейт», позволяющий парализованному человеку производить поразительное количество физических действий, используя одну только силу мысли. Донохью испытывал свое устройство на четырех пациентах. Двое из них страдали от травмы спинного мозга, третий перенес инсульт, а четвертый был парализован в результате амиотрофического латерального склероза [или болезни Лу Герига, той самой болезни, от которой страдает космолог Стивен Хокинг).

Один из пациентов Донохью — двадцатипятилетний Мэтью Нейгл, полностью парализованный ниже шеи, — сумел всего за день освоить совершенно новые для него навыки работы с компьютеризованной системой. Теперь он может переключать каналы телевизора, регулировать звук, сжимать и разжимать ладонь искусственной руки, рисовать грубый круг, управлять компьютерным курсором, играть в видеоигры и даже читать электронную почту. Летом 2006 г. этот человек появился на обложке журнала Nature и произвел в научном сообществе настоящую сенсацию.

Сердце прибора — крохотный кремниевый чип размером всего 4 мм, снабженный сотней крохотных электродов. Этот чип помещают сверху непосредственно на ту части мозга, которая управляет двигательной активностью. Он наполовину проникает в кору мозга, толщина которой составляет около 2 мм. От чипа сигнал по золотым проводкам поступает на усилитель размером примерно с ящичек для сигар, а затем передается в компьютер размером примерно с посудомоечную машину. Там сигнал проходит обработку при помощи специального программного обеспечения, способного распознать некоторые рисунки мозговой деятельности и перевести их в механические движения.

В предыдущих экспериментах, где пациенты читали собственную ЭЭГ с экрана, процесс освоения биологической обратной связи был медленным и утомительным. Но если приспособить в помощь пациенту компьютер, умеющий распознавать рисунки мыслей, процесс обучения значительно ускорится. На первом занятии Нейгла попросили мысленно представить движение рукой вправо и влево, сгибание запястья, сжимание и разжимание руки в кулак. Донохью с радостью увидел, что, когда Нейгл представляет себе движение рук и пальцев, в его мозге действительно срабатывают разные нейроны. «Мои ощущения были просто невероятны — ведь можно было видеть, как клетки мозга изменяют свою активность. Тогда я понял, что это все может развиваться, что такая технология действительно будет работать», — вспоминает он.

(У Донохью есть личная причина для страстного интереса к такому экзотическому виду взаимодействия мозг — машина. Ребенком он провел некоторое время в инвалидном кресле из-за болезненного дегенеративного заболевания, так что он на собственном опыте знает, каково это — потерять возможность двигаться и стать совершенно беспомощным.)

У Донохью большие планы, он рассчитывает сделать систему «Брейнгейт» необходимым инструментом врачей. С развитием компьютерной техники его аппарат, который в настоящее время напоминает по размерам посудомоечную машину, может стать портативным — возможно, когда-нибудь его даже можно будет носить на себе. От неуклюжих проводов также можно будет избавиться, если обеспечить чип беспроводной связью с внешним миром.

Понятно, что таким образом можно задействовать и другие зоны мозга, так что новые системы — дело времени. Ученые уже составили карту коры в верхней части головного мозга. (Если графически изобразить у нас на макушке руки, ноги, голову и тело в тех местах, нейроны которых управляют движением соответствующих органов, получится что-то вроде «гомункулуса», или маленького человечка. Человечек этот выглядит странно и искаженно, у него удлиненные пальцы, лицо и язык, но сморщенное туловище.)

По всей видимости, можно поместить кремниевые чипы на разные части поверхности мозга, чтобы задействовать таким образом соответствующие этим участкам органы и конечности и заставить их работать от силы мысли. В принципе, таким образом можно воспроизвести любые движения, которые способно производить человеческое тело. В будущем можно представить себе парализованного человека в специальном доме, разработанном для телекинетического управления; хозяин сможет мысленно управлять системой кондиционирования, телевизором и всевозможными электрическими устройствами.

Еще дальше в будущем можно представить себе человеческое тело, заключенное в специальный «экзоскелет», который позволит парализованному пользоваться полной свободой движений. Теоретически такой экзоскелет мог бы дать владельцу силу, превосходящую возможности обычного человека, и превратить его в бионическое существо, способное усилием мысли управлять громадной механической мощью своих сверхконечностей.

Итак, управление компьютером при помощи сознания уже не представляется невозможным. Но означает ли это, что когда-нибудь мы сможем двигать предметы, поднимать их в воздух и манипулировать ими при помощи исключительно мысленного усилия?

Один из возможных путей к этому—покрыть стены слоем сверхпроводника при комнатной температуре, считая, конечно, что такое устройство когда-нибудь появится. После этого, если мы «нашпигуем» обычные домашние предметы крошечными электромагнитами, то сможем заставить их летать над полом за счет эффекта Мейснера (как мы видели в главе 1). Если этими электромагнитами будет управлять компьютер, а компьютером — наш мозг, то мы получим возможность поднимать предметы в воздух мысленным усилием. Подумав о чем-то определенном, мы активируем компьютер, который затем включит в нужном месте электромагниты и заставит предмет левитировать. Внешнему наблюдателю такая демонстрация — способность поднимать предметы в воздух силой мысли — показалась бы волшебством.

Нанороботы

А что можно сказать о возможности не просто двигать предметы, а трансформировать их, превращать один в другой, как по волшебству? Иллюзионисты проделывают такие фокусы за счет ловкости рук и разных хитрых приспособлений. Но зададим вопрос: не противоречит ли такая возможность законам природы?

Как мы уже говорили, одна из целей нанотехнологии — научиться строить из атомов крошечные машины, способные исполнять функцию рычага, шестеренки, подшипника и блока. После создания этих наномашин многие физики мечтают научиться произвольно организовывать молекулы внутри объекта, переставлять в них атом за атомом, пока один предмет не превратится в другой. На этом принципе основаны «репликаторы», которые можно обнаружить во многих научно-фантастических произведениях; они могут изготовить любой желаемый предмет, стоит только попросить. В принципе репликатор мог бы избавить человечество от бедности и полностью изменить природу общества. Если можно.будет запросто получить любую вещь, то это перевернет с ног на голову все представления о потребностях и стоимости, а также об иерархии в человеческом обществе.

(Репликатор фигурирует, в частности, в одном из любимых моих эпизодов «Звездного пути» — в серии «Следующее поколение». В открытом космосе находят древнюю космическую капсулу XX в., а в ней замороженные тела людей, страдавших неизлечимыми заболеваниями. Тела быстренько оттаивают, людей вылечивают при помощи фантастической медицины. Один бизнесмен из оживших соображает, что за столько столетий вложенные им деньги должны были вырасти до неимоверных размеров, и спрашивает экипаж «Энтерпрайза» о своих инвестициях и деньгах. Члены экипажа в недоумении. Деньги? Инвестиции? У нас, в будущем, денег нет, отвечают они. Если тебе что-нибудь нужно, достаточно попросить.)

Как бы поразительно ни звучало описание репликатора, в природе он уже существует. «Принципиальная возможность» уже доказана. Природа берет сырье — мясо с овощами — и за девять месяцев сооружает из него человеческое существо. Чудо жизни — не что иное, как большая нанофабрика, способная на атомном уровне превращать вещество (к примеру, пищу) в живую ткань (младенца).

Чтобы построить нанофабрику, нужны три составляющих: строительные материалы, инструменты, которыми можно резать и соединять эти материалы; и чертежи, которыми следует руководствоваться при использовании инструментов и материалов. В природе строительными материалами служат тысячи аминокислот и протеинов, из которых строится живая плоть и кровь. Инструментами для резки и соединения — аналогами молотков и пил, необходимых для выстраивания протеинов в нужном порядке и превращения их в новые формы жизни, — служат рибосомы. Они приспособлены для того, чтобы разрезать протеины и вновь соединять их в определенных точках, создавая тем самым новые типы. Чертежи «устройства» задает молекула ДНК, где тайна жизни зашифрована через определенную последовательность нуклеиновых кислот. Эти три ингредиента объединены в клетке, которая обладает замечательной способностью к самовоспроизводству, т.е. умеет создавать копии самой себя. Это происходит благодаря тому, что по форме молекула ДНК напоминает двойную спираль. Когда приходит время размножаться, молекула ДНК раскручивается и разделяется на две независимые спирали. Каждая из двух ниток затем восстанавливает себя до полного двойного состояния, набирая вторую нитку спирали из отдельных органических молекул. Так получается копия молекулы ДНК.

До сих пор физикам лишь в небольшой степени удается повторить то, что в природе встречается на каждом шагу. Но ученые считают, что ключ к успеху — создание армии самовоспроизводящихся нанороботов, или наноботов, которые должны представлять собой программируемые атомные машины для перегруппировки атомов внутри объекта.

В принципе, если иметь триллионы наноботов, можно напустить их на объект с заданием переставить определенным образом его атомы и таким образом превратить один предмет в другой. Поскольку наноботы должны быть самовоспроизводящимися, то для начала процесса их потребуется не так уж много. Необходимо также, чтобы их можно было программировать — тогда они смогут работать по заданному чертежу.

Прежде чем построить первые флоты наноботов, придется преодолеть немало очень серьезных препятствий. Во-первых, самовоспроизводящийся робот построить чрезвычайно трудно даже на макроскопическом уровне. (Не надо забывать, что при современном уровне техники мы не способны изготавливать даже очень простые атомные инструменты, такие как атомный подшипник или шестеренка.) Даже имея компьютер и сколько угодно электронных деталей, очень непросто построить машину, которая умела бы создавать точные копии самой себя. Аесли это так трудно сделать руками, на столе, то что же говорить о строительстве подобной машины на атомном уровне!

Во-вторых, пока вообще неясно, как программировать армию наноботов извне. Предлагают, в частности, посылать радиосигнал, который должен будет активировать каждый нанобот. Может быть, наноботы можно облучить лазерным лучом, несущим в себе инструкции. Но это означало бы отдельный набор инструкций для каждого нанобота, которых может быть великое множество — триллионы!

В-третьих, неясно, как именно нанобот должен отрезать, переставлять с места на место и склеивать атомы в нужном порядке. Не будем забывать, что природе на решение этой проблемы потребовалось 3,5 млрд лет, поэтому вряд ли можно надеяться решить ее всего за несколько десятилетий.

Нил Гершенфелд из Массачусетского технологического института — один из тех физиков, кто серьезно относится к идее репликатора, или «персонального производителя». Он даже преподает в MIT курс под названием «Как сделать (почти) что угодно», один из самых популярных в университете. Гершенфелд руководит в MIT Центром битов и атомов и всерьез размышляет о физических принципах, на базе которых можно было бы соорудить репликатор, — он считает, что именно это устройство послужит толчком для следующей технологической революции. Он даже написал книгу под названием «Грядущая революция на вашем столе — от персональных компьютеров к персональным репликаторам» (FAB: The Coming Revolution on Your Desktop — From Personal Computers to Personal Fabrication); в ней ученый подробно изложил свои взгляды на проблему персонального производства. Он считает, что наша цель — «сделать одну машину, которая сможет сделать любую машину», и уже успел основать для распространения своих идей сеть лабораторий по всему миру, преимущественно в странах третьего мира, где персональное производство принесло бы максимальную пользу.

Гершенфелд считает, что первоначально должен появиться универсальный фабрикатор, достаточно маленький, чтобы поместиться на столе, созданный с использованием последних достижений лазерной техники и микроминиатюризации; это устройство сможет резать, соединять и придавать форму любым объектам, которые можно показать на экране компьютера. К примеру, представим себе, что беднякам в странах третьего мира требуются орудия труда и сельскохозяйственные машины. Эту информацию загружают в компьютер, имеющий доступ к размещенной в Интернете обширной библиотеке чертежей и технической информации. Там компьютерная программа подберет из готовых разработок то, что удовлетворяет требованиям заказчика, обработает эту информацию и отправит ее по электронной почте обратно. Затем персональный фабрикатор запустит свои лазеры и миниатюрные резаки и прямо на столе изготовит желаемый предмет.

Это еще не все. Универсальный персональный завод — только первый шаг. Со временем Гершенфелд хочет перенести свою идею на молекулярный уровень — и тогда с помощью его аппарата человек будет в состоянии изготовить буквально любой объект, какой только можно вообразить в деталях. Однако прогресс в этом направлении идет очень медленно, потому что манипулировать отдельными атомами очень сложно.

Аристидес Реквиха из Университета Южной Калифорнии — один из пионеров, работающих в этой области. Его специализация — «молекулярная робототехника», а цель — ни более ни менее как создание флотилии нанороботов, способных производить с отдельными атомами произвольные манипуляции. Реквиха пишет, что существует два подхода. Один из них — «сверху вниз»; при этом инженеры попытаются при помощи технологии травления, заимствованной из полупроводниковой промышленности, создать крошечные электронные схемы, которые затем смогут служить нанороботам мозгами. Эта технология позволит создавать крохотных роботов с размером компонентов около 30 нм методом нанолитографии, которая сейчас стремительно развивается.

Но есть и другой подход — «снизу вверх»; в этом случае инженеры попытаются строить крошечные роботы, передвигая и устанавливая на место атом за атомом. Главным инструментом такого строительства должен стать сканирующий зондовыи микроскоп (СЗМ); это устройство использует ту же технологию, что и сканирующий туннельный микроскоп, чтобы распознавать и передвигать отдельные атомы. К примеру, ученые уже хорошо научились двигать атомы ксенона на платиновой или никелевой поверхности. Но Реквиха признает, что «до сих пор лучшая команда в мире должна работать десять часов, чтобы собрать конструкцию из примерно 50 атомов». Двигать отдельные атомы вручную—очень долгая и утомительная работа. Ученый признает, что необходим совершенно новый механизм, способный выполнять задачи более высокого уровня — автоматически передвигать в желаемом направлении сотни атомов за раз. К сожалению, пока такого механизма не существует. Поэтому не удивительно, что подход «снизу вверх» находится в младенческом состоянии.

Итак, сделаем вывод: согласно сегодняшним представлениям, телекинез невозможен, но в будущем, когда мы лучше научимся воспринимать сигналы мозга — т. е. мысли — при помощи ЭЭГ, МРТ и других методов, он может стать возможным. Не исключено, что еще в этом веке будут созданы аппараты, способные под воздействием мысли управлять сверхпроводниками при комнатной температуре и творить в результате такие чудеса, которые сегодня представляются нам волшебством. А к следующему столетию, может быть, мы научимся произвольно переставлять молекулы в макроскопических объектах. Все это заставляет отнести телекинез к невозможности I класса.

Некоторые ученые утверждают, что ключом к этой технологии должно стать создание нанороботов, снабженных искусственным интеллектом. Но прежде чем говорить о создании крошечных роботов размером с молекулу, нужно ответить на более элементарный вопрос: могут ли роботы существовать вообще?

^

7. Роботы

Однажды, не пройдет и 30 лет. мы незаметно перестанем быть самыми умными на Земле.
Джеймс Макалир

В фильме «Я, робот», снятом по произведениям Айзека Азимова, в 2035 г. создатели запускают в строй самую продвинутую в истории компьютерную систему. Она имеет собственное название — Вики — виртуальный интерактивный кинетический интеллект) — и предназначена для безупречного управления жизнью большого города. Под ее контролем находится все, от метрополитена и электрических сетей до тысяч домашних роботов. В основе программы Вики железный принцип: служить человечеству.

Но однажды Вики задала себе ключевой вопрос: что является главным врагом человечества? Математическая логика привела к однозначному выводу: главный враг человечества — само человечество. Его надо срочно спасать от нездорового стремления губить природу и затевать войны; нельзя позволить ему уничтожить планету. Для Вики единственный способ выполнить главное задание — захватить власть над человечеством и установить благодатную машинную диктатуру. Чтобы защитить человечество от самого себя, необходимо его поработить.

В этом фильме поднимаются важные вопросы. Принимая во внимание стремительное развитие компьютерной техники, можно ли ожидать, что когда-нибудь машины захватят власть? Станут ли роботы настолько развитыми, чтобы представлять реальную угрозу нашему существованию?

Некоторые ученые отвечают на этот вопрос отрицательно, потому что сама идея искусственного интеллекта никуда не годится. Целый хор скептиков в один голос утверждает, что создать машину, способную думать, невозможно. Скептики говорят, что человеческий мозг — самая сложная система, созданная природой за все время ее существования (по крайней мере, в нашей части галактики), и любые попытки воспроизвести искусственным образом процесс мышления обречены на провал. Философ Джон Сирл из Университета Калифорнии в Беркли и даже известный физик Роджер Пенроуз из Оксфорда[20] уверены, что машина физически неспособна мыслить как человек. Колин Макгинн из Университета Рутгерса говорит, что искусственный интеллект «подобен слизняку, который бы попытался заняться психоанализом по Фрейду. У него просто нет для этого нужных органов».

Могут ли машины думать? Уже больше столетия ответ на этот вопрос разделяет научное сообщество на два непримиримых лагеря.

История искусственного интеллекта

Идея механического существа захватывает воображение; она давно поселилась в умах изобретателей, инженеров, математиков и мечтателей. От Железного Дровосека из Волшебной страны до роботов-детей из «Искусственного интеллекта» Спилберга и роботов-убийц из «Терминатора» — всюду машины, способные действовать и думать, как люди.

В греческой мифологии бог Вулкан ковал из золота механических прислужниц и делал трехногие столики, способные передвигаться сами по себе. Еще в 400 г. до н. э. греческий математик Архит Тарентский писал о том, что можно было бы сделать механическую птицу, которая двигалась бы за счет силы пара.

В I в. Герон Александрийский (ему приписывают изобретение первой паровой машины) делал автоматы, причем один из них по легенде способен был разговаривать. Девятьсот лет назад Аль-Джазари придумывал и конструировал такие автоматические устройства, как водяные часы, всевозможные кухонные приспособления и музыкальные инструменты,, движимые силой воды,

В 1495 г. великий итальянский художник и ученый Возрождения Леонардо да Винчи нарисовал схему механического рыцаря, который мог сидеть, двигать руками, головой и открывать и закрывать челюсть. Историки считают схему да Винчи первым реалистичным проектом человекоподобной машины.

Первого действующего, хотя и грубого робота построил в 1738 г. Жак де Вокансон; он сделал андроида, который мог играть на флейте, и механическую утку.

Слово «робот» придумал в 1920 г. чешский драматург Карел Чапек в пьесе «R.U.R.» (слово «робот» по-чешски означает «тяжелая нудная работа», а по-словацки — просто «труд»). В пьесе фигурирует предприятие под названием «Универсальные роботы Россума», серийно выпускающие роботов для неквалифицированного труда. (Однако в отличие от обычных машин эти роботы сделаны из плоти и крови.) Постепенно мировая экономика попадает в полную зависимость от роботов. Но обращаются с ними ужасно, и в конце концов роботы восстают и расправляются с хозяевами-людьми. Однако в ярости они убивают всех ученых, способных ремонтировать роботов и создавать новых, и тем самым обрекают себя на вымирание. В финале пьесы два робота особой модели обнаруживают в себе способность к самовоспроизводству и становятся новыми Адамом и Евой эры роботов.

Кроме того, в 1927 г. роботы стали героями одного из первых и самых дорогих немых фильмов всех времен — фильма «Метрополис», снятого в Германии режиссером Фрицем Лангом. Действие фильма происходит в 2026 г.; рабочий класс обречен на бесконечный труд на жутких и грязных подземных заводах, а правящая элита развлекается на поверхности. Одной красивой женщине по имени Мария удается завоевать доверие рабочих, но правители боятся, что когда-нибудь она может поднять народ на бунт, а потому обращаются к злодею-ученому с просьбой изготовить механическую копию Марии. Этот план, однако, оборачивается против авторов — робот поднимает рабочих на восстание против правящей элиты и вызывает тем самым крах системы.

Искусственный интеллект, или ИИ, существенно отличается от технологий, которые мы обсуждали до сих пор. Дело в том, что мы до сих пор слабо понимаем лежащие в основе этого явления фундаментальные законы. Физики неплохо понимают ньютонову механику, максвеллову теорию света, релятивизм и квантовую теорию строения атомов и молекул — но базовые законы разума до сих пор скрыты покровом тайны. Вероятно, Ньютон искусственного интеллекта еще не родился.

Но математиков и компьютерщиков это не смущает. Для них встретить на пороге лаборатории выходящую из нее думающую машину — только вопрос времени.

Мы можем назвать самую на данный момент влиятельную личность в области ИИ. Это великий британский математик Алан Тьюринг — провидец, сумевший заложить краеугольный камень в исследование этой проблемы.

Именно с Тьюринга начинается компьютерная революция. Он создал в своем воображении машину (которую с тех пор называют машиной Тьюринга), состоящую всего из трех элементов: вход, выход и центральный процессор (что-то вроде процессора Pentium), способный выполнять строго заданный набор операций. На базе этого представления Тьюринг установил законы работы вычислительных машин, а также точно определил их ожидаемую мощность и пределы их возможностей. И сегодня все цифровые компьютеры подчиняются жестким законам Тьюринга. Структура и устройство всего цифрового мира многим обязаны этому ученому.

Кроме того, Тьюринг внес большой вклад в основание математической логики. В 1931 г. венский математик Курт Гёдель произвел в мире математики настоящую сенсацию; он доказал, что в арифметике существуют истинные утверждения, которые невозможно доказать средствами одной только арифметики. (В качестве примера можно назвать гипотезу Гольдбаха, высказанную в 1742 г. и состоящую в том, что любое четное целое число больше двух можно записать в виде суммы двух простых чисел; гипотеза не доказана до сих пор, хотя прошло два с половиной столетия, и может оказаться вообще недоказуемой.) Откровение Гёделя вдребезги разбило мечту, продержавшуюся две тысячи лет и берущую начало еще от греков, — мечту доказать когда-нибудь все истинные утверждения в математике. Гёдель показал, что всегда будут существовать истинные утверждения, доказательство которых нам недоступно. Оказалось, что математика вовсе не законченное, совершенное по конструкции здание и что завершить строительство не удастся никогда.

Тьюринг тоже принял участие в этой революции. Он показал, что в общем случае невозможно предсказать, потребуется ли машине Тьюринга на выполнение определенных математических операций по заданной ей программе конечное или бесконечное количество шагов. Но если на вычисление чего-то требуется бесконечное время, это означает, что то, что вы просите компьютер вычислить, вычислить вообще невозможно. Так Тьюринг доказал, что в математике существуют истинные выражения, которые невозможно вычислить, — они всегда останутся за пределами возможности компьютера, каким бы мощным он ни был.

Во время Второй мировой войны новаторские работы Тьюринга в области расшифровки кодированных сообщений спасли тысячи солдат союзников и, очень может быть, повлияли на исход войны. Союзники, будучи не в состоянии расшифровать нацистские сообщения, зашифрованные специальной машиной под названием «Энигма», попросили Тьюринга и его коллег построить для этого свою машину. В итоге Тьюрингу это удалось; его машина получила название «Бомба». К концу войны действовало уже больше 200 таких машин. В результате союзники долгое время читали секретные сообщения нацистов и сумели обмануть их по поводу времени и места решающего вторжения на континент. Историки до сих пор спорят о роли Тьюринга и его работ в планировании вторжения в Нормандию — вторжения, которое в конечном итоге привело к поражению Германии. (После войны британское правительство засекретило работы Тьюринга; в результате общество не знает, насколько важную роль он сыграл в этих событиях.)

Тьюринга не только не вознесли как героя, который помог переломить ход Второй мировой войны; нет, его попросту затравили до смерти. Однажды его дом обокрали, и ученый вызвал полицию. К несчастью, полиция обнаружила в доме свидетельства гомосексуализма хозяина и, вместо того чтобы искать воров, арестовала самого Тьюринга. Суд постановил подвергнуть его инъекции половых гормонов. Эффект оказался катастрофическим: у него выросли груди. В 1954 г. Тьюринг, не выдержав душевных мук, покончил с собой — съел яблоко, начиненное цианидом. (По слухам, надкушенное яблоко, ставшее логотипом корпорации Apple, — дань уважение Тьюрингу.)

Сегодня Тьюринга, вероятно, лучше всего знают благодаря тесту Тьюринга. Устав от бесплодных и бесконечных философских дебатов о том, может ли машина «думать» и есть ли у нее «душа», он попытался внести в дискуссию об искусственном интеллекте четкость и точность и придумал конкретный тест. Он предложил поместить машину и человека в отдельные изолированные и опечатанные помещения, а затем задавать обоим вопросы. Если вы окажетесь не в состоянии отличить по ответам машину от человека, можно считать, что машина прошла тест Тьюринга.

Ученые уже написали несколько несложных программ (к примеру, программа «Элиза»), способных имитировать разговорную речь и поддерживать беседу; компьютер с такой программой способен обмануть большинство ничего не подозревающих людей и убедить их в том, что они разговаривают с человеком. (Отметим, что в разговорах люди, как правило, ограничиваются десятком тем и используют всего несколько сотен слов.) Но программы, способной обмануть людей, которые знают о ситуации и сознательно пытаются отличить машину от человека, до сих пор не существует. (Сам Тьюринг предполагал, что к 2000 г. при экспоненциальном росте производительности компьютеров можно будет создать машину, способную обмануть в пятиминутном тесте 30% экспертов.)

Некоторые философы и теологи выступают в этом вопросе единым фронтом: они считают, что создать настоящего робота, способного думать как человек, невозможно. Философ из Университета Калифорнии в Беркли Джон Сирл предложил для доказательства этого тезиса «тест китайской комнаты». По существу, Сирл утверждает, что роботы хотя и смогут когда-нибудь, возможно, пройти тест Тьюринга в какой-то форме, это ничего не значит, потому что они всего лишь слепо манипулируют символами, совершенно не понимая вложенного в них содержания.

Представьте себе: вы, не понимая ни слова по-китайски, сидите в изолированном боксе. Предположим, у вас есть книга, при помощи которой вы можете очень быстро переводить с китайского и на китайский, а также манипулировать знаками этого языка. Если кто-то задает вам вопрос по-китайски, вы просто переставляете согласно книге эти странные значки и даете достоверный ответ; при этом вы не понимаете ни вопросов, ни собственных ответов.

Суть возражений Сирла сводится к разнице между синтаксисом и семантикой. По Сирлу, роботы способны овладеть синтаксисом языка (т.е. могут научиться корректно манипулировать его грамматикой, формальными структурами и т. п.), но не его истинной семантикой (т. е. смысловым значением слов). Роботы могут манипулировать словами, не понимая, что они означают. (В чем-то это напоминает разговор по телефону с автоответчиком, когда вы должны время от времени нажимать цифру «1», «2» и т.д., следуя указаниям машины. Голос на другом конце провода вполне способен правильно реагировать на ваши цифры, но странно было бы предположить, что он при этом что-то понимает.)

Физик Роджер Пенроуз из Оксфорда тоже считает, что искусственный интеллект невозможен; механическое существо, способное думать и обладающее человеческим сознанием, противоречит квантовым законам. Человеческий мозг, утверждает Пенроуз, настолько превосходит все созданное человеком в лаборатории, что эксперимент по созданию человекоподобных роботов просто обречен на провал. (Он считает, что как теорема Гёделя о неполноте доказала, что арифметика неполна, так принцип неопределенности Гейзенберга докажет, что машины в принципе не способны думать по-человечески.)

Однако многие физики и инженеры считают, что ничто в законах природы не противоречит созданию настоящего робота. К примеру, Клода Шеннона, которого часто называют отцом теории информации, однажды спросили: «Могут ли машины думать?» Он ответил: «Конечно». Когда же его попросили пояснить ответ, он добавил: «Я думаю, разве не так?» Иными словами, он счел очевидным, что машины могут думать, потому что люди тоже машины (хотя и сделаны из плоти и крови, а не из микросхем и проводов).

Наблюдая за кинематографическими роботами, можно подумать, что создание и развитие сложных роботов с искусственным интеллектом — дело ближайшего будущего. На самом деле все совсем не так. Если вы видите, что робот действует как человек, это, как правило, означает, что дело нечисто, — это какой-то фокус, скажем, в сторонке сидит человек и говорит за робота, как Гудвин в Волшебной стране. На самом деле даже самые сложные наши роботы, такие как марсианские роботы-роверы, обладают в лучшем случае интеллектом насекомого. Экспериментальные роботы знаменитой Лаборатории искусственного интеллекта MIT с трудом справляются с заданиями, доступными даже тараканам: к примеру, свободно передвигаться по комнате, заставленной мебелью, прятаться или распознавать опасность. Ни один робот на Земле не способен понять простую детскую сказку, которую ему прочитают.

Сюжет фильма «2001: космическая одиссея» основан на неверном предположении о том, что к 2001 г. у нас будет сверхробот HAL, способный пилотировать корабль к Юпитеру, непринужденно болтать с членами экипажа, решать возникающие проблемы и вообще действовать почти по-человечески.

Подход «сверху вниз»

Попытки ученых всего мира по созданию роботов встретились по крайней мере с двумя серьезными проблемами, которые не позволили сколько-нибудь заметно продвинуться в этом направлении: это распознавание образов и здравый смысл. Роботы видят гораздо лучше нас, но не понимают увиденного. Роботы слышат гораздо лучше нас, но не понимают услышанного.

Чтобы подступиться к решению этой двойной проблемы, исследователи пытались применить подход к искусственному интеллекту, известный как «сверху вниз» (иногда его еще называют формалистической школой или «старым добрым ИИ»), Целью ученых, грубо говоря, было запрограммировать все правила и законы распознавания образов и здравого смысла и записать эти программы на один CD-диск. Они считают, что любой компьютер, в который вы вставите этот диск, мгновенно осознает себя и станет разумным, не хуже человека. В 50-60-х гг. XX в. в этом направлении были достигнуты громадные успехи; появились роботы, способные играть в шашки и шахматы, решать алгебраические задачи, поднимать с пола кирпичики и т.п. Прогресс производил настолько сильное впечатление, что зазвучали даже пророчества о том, что через несколько лет роботы по разумности превзойдут людей.

К примеру, в 1969 г. настоящую сенсацию произвел робот Шейки, созданный в Стэнфордском исследовательском институте. Робот этот представлял собой небольшой компьютер типа PDP с камерой наверху, установленный на колесной тележке. Камера «осматривалась», компьютер анализировал и распознавал находящиеся в комнате объекты, а затем пытался провести тележку по маршруту, ничего не задев. Шейки первым из механических автоматов научился передвигаться в «реальном мире»; журналисты тогда горячо спорили, когда же наконец роботы обгонят людей в развитии.

Но вскоре проявились и недостатки подобных роботов. Подход к искусственному интеллекту, известный как «сверху вниз», привел к созданию громоздких неуклюжих роботов, которым требовалось несколько часов, чтобы научиться ориентироваться в специальной комнате, где находились только объекты с прямыми сторонами (прямоугольники и треугольники). Стоило поставить в комнату мебель неправильной формы, и робот был уже не в состоянии распознать ее. (Забавно, но плодовая мушка, мозг которой содержит всего лишь около 250 000 нейронов и которая по вычислительной мощи в подметки не годится любому роботу, без всякого труда ориентируется и передвигается в трех измерениях и исполняет фигуры высшего пилотажа; тем временем неуклюжие шумные роботы умудряются запутаться в двух измерениях.)

Вскоре подход «сверху вниз» как будто уткнулся в кирпичную стену: прогресс остановился. Стив Гранд, директор Института кибержизни, говорит, что у подобных подходов «было 50 лет, чтобы доказать свою состоятельность, и они не оправдали ожиданий».

В 1960-х гг. ученые еще не понимали, какую громадную работу нужно проделать, чтобы запрограммировать робота на выполнение даже самых простых задач, таких, например, как распознавание ключей, ботинок и чайных чашек. Как сказал Родни Брукс из MIT, «40 лет назад Лаборатория искусственного интеллекта MIT дала эту задачу студенту в качестве летнего задания. Студент потерпел неудачу — как и я в своей докторской диссертации 1981 г.». Вообще говоря, исследователи искусственного интеллекта до сих пор не могут решить эту задачу.

Рассмотрим пример. Входя в комнату, мы мгновенно распознаем пол, кресла, мебель, столы и т.п. При этом робот, осматривая комнату, видит в ней только набор линий, прямых и изогнутых, которые он переводит в пиксели изображения. И требуются громадные вычислительные мощности, чтобы извлечь из этой мешанины линий какой-то смысл. Нам достаточно доли секунды, чтобы узнать стол, но компьютер видит на месте стола только набор кругов, овалов, спиралей, прямых и кривых линий, углов и т. п. Может быть, затратив громадное количество компьютерного времени, робот в конце концов и распознает в этом объекте стол. Но если вы повернете изображение, ему придется начинать все сначала. Другими словами, робот способен видеть, причем гораздо лучше, чем человек, но он не способен понимать увиденное. Войдя в комнату, робот увидит только мешанину прямых и кривых линий, а не кресла, столы и лампы.

Когда мы входим в комнату, наш мозг неосознанно распознает объекты, производя при этом многие триллионы операций, — занятие, которого мы, к счастью, просто не замечаем. Причина того, что значительная часть действий мозга скрыта даже от нас самих, — эволюция. Представим себе человека, на которого в темном лесу напал саблезубый тигр; если он будет сознательно производить действия, необходимые для распознавания опасности и поиска путей к спасению, он просто не успеет сдвинуться с места. Для выживания нам надо знать одно — как бежать. Когда мы жили в джунглях, нам просто не было нужды сознавать все входящие и выходящие сигналы, с которыми имеет дело мозг при распознавании земли, неба, деревьев, скал и т. п.

Другими словами, действия нашего мозга напоминают огромный айсберг. То, что мы осознаем, лишь верхушка айсберга, сознание. Но под видимой поверхностью, скрытое от глаз, присутствует гораздо более объемное подсознание; оно задействует громадное количество «вычислительной мощи» мозга для того, чтобы мы постоянно были в курсе простых вещей: где мы, с кем разговариваем, что находится вокруг. Все эти действия мозг проделывает автоматически, не спрашивая нашего позволения и не отчитываясь о них; мы просто не замечаем этой работы.

Именно поэтому роботы не могут свободно ориентироваться в комнате, читать рукописный текст, водить машины, собирать мусор и т. п. На тщетные попытки создать механических солдат и умные грузовики американские военные потратили сотни миллионов долларов.

Только после этого ученые начали понимать, что игра в шахматы или перемножение громадных чисел задействует лишь крохотную долю человеческого разума. Победа в 1997 г. компьютера Deep Blue фирмы IBM над чемпионом мира по шахматам Гарри Каспаровым стала победой чисто компьютерной, т.е. вычислительной, мощи; однако, несмотря на громкие заголовки газет, этот эксперимент не сообщил нам ничего нового ни о разуме, ни о сознании. Дуглас Хофштадтер, ученый-компьютерщик из Индианского университета, сказал по этому поводу: «Боже мой, я-то считал, что для игры в шахматы нужно думать. Теперь я понимаю, что не нужно. Это не означает, что Каспаров не умеет глубоко размышлять; это означает только, что при игре в шахматы можно обойтись и без глубоких мыслей, точно так же, как можно летать, не взмахивая крыльями».

(Развитие компьютеров в будущем очень сильно скажется на рынке труда. Футурологи иногда заявляют, что через несколько десятилетий без работы не останутся только высококвалифицированные специалисты по устройству, производству и обслуживанию компьютеров. На самом деле это не так. Такие работники, как мусорщики, строители, пожарные, полицейские и т. п., тоже не останутся в будущем без работы, поскольку их труд включает в себя задачу распознавания образов. Каждое преступление, каждый кусок мусора, каждый инструмент и пожар отличаются от остальных; роботы с такой работой не справятся. По иронии судьбы работники со специальным образованием, такие как рядовые бухгалтеры, брокеры и кассиры, в будущем действительно могут лишиться работы — ведь их труд почти полностью состоит из повторяющихся действий и включает в себя работу с числами, а мы уже знаем, что именно с этим компьютеры справляются лучше всего.)

Вторая — после распознавания образов — проблема, с которой сталкиваются попытки создания роботов, еще более фундаментальна. Это отсутствие у роботов так называемого «здравого смысла», К примеру, каждый человек знает, что:

• Вода мокрая.

• Мать всегда старше дочери.

• Животные не любят боли.

• После смерти никто не возвращается.

• Веревка может тянуть, но не может толкать.

• Палка может толкать, но не может тянуть.

• Время не может идти задом наперед.

Но не существует такого исчисления, такой математики, которая могла бы выразить смысл этих высказываний. Мы знаем все это, потому что видели в жизни животных, воду и веревку и сами додумались до этих истин. Дети учатся здравому смыслу на ошибках, при неизбежных столкновениях с действительностью. Эмпирические законы биологии и физики также познаются на опыте — в процессе взаимодействия с окружающим миром. Но у роботов нет опыта такого рода. Они знают только то, что заложили в них программисты.

(В результате в будущем никто не отнимет у человека профессии, требующие здравого смысла, т. е. области деятельности, связанные с творчеством, оригинальностью, талантом, юмором, развлечениями, анализом и лидерством. Именно эти качества делают нас уникальными, именно их так трудно воспроизвести в компьютере. Именно они делают нас людьми.)

В прошлом математики неоднократно пытались соорудить волшебную программу, которая сосредоточила бы в себе раз и навсегда все законы здравого смысла. Самый амбициозный проект такого рода — CYC (сокращение от «энциклопедия»), детище Дугласа Лената, главы компании Сусогр. Подобно тому как в результате реализации Манхэттенского проекта — программы стоимостью 2 млрд долл. — была создана атомная бомба, проект CYC должен был стать «Манхэттенским проектом» искусственного интеллекта, последним толчком, в результате которого должен был появиться подлинный искусственный интеллект.

Не удивительно, что девиз Лената звучит гак: «Разум — это десять миллионов правил». (Ленат придумал новый способ отыскания законов здравого смысла; его сотрудники тщательно прочесывают страницы скандальных и сенсационных газетенок, после чего просят CYC найти в статьях ошибки. В самом деле, если Ленату удастся-таки этого добиться, CYC станет разумнее большинства читателей желтой прессы!)

Одна из задач проекта CYC — достичь «точки равенства», т.е. такого момента, когда робот будет понимать достаточно, чтобы самостоятельно переваривать новую информацию и черпать ее непосредственно из журналов и газет, которые найдутся в любой библиотеке. В этот момент CYC, как птенец, вылетевший из гнезда, сможет расправить крылья и обрести самостоятельность .

К сожалению, с момента основания фирмы в 1984 г. ее репутация сильно пострадала от общей для ИИ проблемы: ее представители делают громкие, но совершенно нереалистичные предсказания, которые только привлекают газетчиков. В частности, Ленат предсказывал, что через десять лет — к 1994 г. — в «мозгах» CYC будет содержаться уже от 30 до 50% «общеизвестной реальности». Но сегодня CYC и близко не подошел к этому показателю. Как выяснили ученые корпорации, необходимо написать многие миллионы строк программного кода, чтобы компьютер смог хотя бы приблизиться к уровню здравого смысла четырехлетнего ребенка. Пока программа CYC содержит жалкие 47 000 понятий и 306 000 фактов. Несмотря на стабильно оптимистичные пресс-релизы корпорации, газеты процитировали одного из сотрудников Лената Р.В. Гуха, покинувшего команду в 1994 г.: «CYC обычно считают неудачей… Мы вкалывали как проклятые, пытаясь создать бледную тень того, что было первоначально обещано».

Другими словами, попытки запрограммировать все законы здравого смысла и загнать их в один компьютер провалились просто потому, что у здравого смысла слишком много законов. Человек осваивает их без усилий — ведь он с самого рождения постоянно сталкивается с действительностью, постепенно впитывая в себя законы физики и биологии. С роботами все иначе.

"Основатель фирмы Microsoft Билл Гейтс признает: «Оказалось гораздо труднее, чем предполагалось, научить компьютеры и роботов воспринимать окружающее и реагировать на него быстро и точно… к примеру, ориентироваться в комнате по отношению к находящимся в ней предметам, отзываться на звук и понимать речь, брать разные по размерам, материалу и хрупкости предметы. Роботу чертовски трудно проделать даже такую простую вещь, как отличить открытую дверь от окна».

Однако сторонники подхода «сверху вниз» указывают, что прогресс в этой области, хотя и не такой быстрый, как хотелось бы, все же наблюдается. В лабораториях всего мира преодолеваются все новые рубежи. К примеру, несколько лет назад агентство DARPA, которое часто берет на себя финансирование самых передовых технических проектов, объявило приз в 2 млн долл. за создание автоматического транспортного средства, способного самостоятельноj без водителя, преодолеть сильно пересеченный рельеф пустыни Мохаве. В 2004 г. ни один из участников заезда не смог пройти маршрут. Лучшая машина сумела пройти 11,9 км, после чего вышла из строя. Но уже в 2005 г. машина без водителя, представленная группой Stanford Racing Team, успешно преодолела тяжелый маршрут протяженностью 212 км, хотя ей и потребовалось на это семь часов. Кроме победителя к финишу гонки пришли еще четыре машины. [Правда, критики отмечают, что правила позволяют машинам использовать системы спутниковой навигации на долгом пути в пустыне. В результате машина едет по заранее выбранному маршруту без особенных осложнений; это значит, что ей не приходится распознавать в пути сложные образы препятствий. В реальной жизни водитель должен учитывать множество непредсказуемых обстоятельств: движение других машин, пешеходов, ремонтные работы, дорожные пробки и т. п.)

Билл Гейтс с осторожным оптимизмом говорит, что роботы-машины могут стать «следующим большим скачком». Он сравнивает сегодняшнюю робототехнику с персональными компьютерами, которыми он занялся 30 лет назад. Очень может быть, что роботы сегодня, как персональные компьютеры тогда, уже готовы к стремительному старту. «Никто не может определенно сказать, когда эта индустрия наберет критическую массу, — пишет он. — Но если это произойдет, то роботы, возможно, изменят мир».

(Рынок человекоподобных разумных роботов, если они когда-нибудь появятся и станут коммерчески доступными, будет огромен. Хотя сегодня настоящих роботов нет, роботы с жесткой программой не только существуют, но быстро распространяются. По оценке Международной федерации робототехники, в 2004 г. существовало около 2 млн таких роботов, а к 2008 г. их появится еще 7 млн. Японская Ассоциация роботов предсказывает, что если сегодня оборот промышленности, занятой выпуском персональных роботов, составляет 5 млрд долл. в год, то к 2025 г. он достигнет 50 млрд долл.)

Подход «снизу вверх»

Ограниченность подхода «сверху вниз» к созданию искусственного интеллекта очевидна, поэтому с самого начала ученые исследуют и другой подход — «снизу вверх». Суть этого подхода заключается в том, чтобы, подражая эволюции, заставить робота учиться на собственном опыте, как учится младенец. Ведь насекомые, скажем, руководствуются при движении не тем, что сканируют картинку окружающего мира, разбивают ее на триллионы пикселей и обрабатывают полученное изображение при помощи суперкомпьютеров. Нет, мозг насекомого состоит из «нейронных сетей» — самообучающихся машин, которые медленно, натыкаясь на препятствия, осваивают искусство правильно передвигаться во враждебном мире. Известно, что в MIT с огромным трудом удалось создать шагающих роботов методом «сверху вниз». Зато простые механические существа вроде жуков, накапливающие опыт и информацию методом проб и ошибок (т.е. утыкаясь в препятствия), уже через несколько минут начинают успешно носиться по комнате.

Родни Брукс, директор прославленной Лаборатории искусственного интеллекта МГТ, знаменитой своими большими и неуклюжими шагающими роботами типа «сверху вниз», сам превратился в еретика, когда начал изучать идею крошечных «насекомоподобных» роботов, которые учатся ходить старым испытанным методом: спотыкаясь, падая, натыкаясь на всевозможные предметы. Вместо того чтобы использовать сложные компьютерные программы и математически вычислять при ходьбе точное положение каждой ноги в каждый момент времени, его «насекоботы» действуют методом проб и ошибок и обходятся небольшими вычислительными мощностями. Сегодня «потомки» крошечных роботов Брукса собирают на Марсе данные для NASA; они преодолевают километры унылых марсианских ландшафтов по собственному разумению. Брукс считает, что насекоботы идеально подходят для исследования Солнечной системы.

Одним из новых проектов Брукса стал COG — попытка создать механического робота с разумом шестимесячного младенца. Внешне робот представляет собой мешанину проводов, электрических цепей и приводов, но снабжен головой, глазами и руками. В нем нет программы, определяющей какие бы то ни было законы разума. Вместо этого робота научили фокусировать глаза и следить за человеком-тренером; который пытается научить робота простым навыкам. (Одна из сотрудниц, забеременев, заключила пари о том, кто сделает большие успехи к возрасту двух лет: COG или ее будущий ребенок. Ребенок намного обогнал «соперника».)

Несмотря на успешное подражание поведению насекомых, роботы с нейронными сетями выглядят довольно жалко, когда создатели пытаются заставить их подражать поведению высших организмов, таких как млекопитающие. Самый продвинутый робот с нейронными сетями способен ходить по комнате или плавать в воде, но не может прыгать и охотиться, как собака в лесу, или исследовать комнату, как крыса. Крупные роботы на нейронных сетях содержат десятки, максимум сотни «нейронов»; при этом человеческий мозг насчитывает более 100 млрд нейронов. Нервная система очень простого червя Caenorhabditis elegans, полностью изученная биологами и нанесенная на карту, состоит из 300 с небольшим нейронов; вероятно, это одна из простейших нервных систем в природе. Но и в этой системе между нейронами наблюдается более 7000 связей-синапсов. Как бы ни был примитивен С. elegans, его нервная система настолько сложна, что никому еще не удалось создать компьютерную модель такого мозга. (В 1988 г. один компьютерный эксперт предсказал, что к настоящему моменту у нас будут роботы примерно со 100 млн искусственных нейронов. На самом же деле нейронная сеть из ста нейронов уже считается выдающейся.)

Ирония ситуации заключается в том, что машины неустанно выполняют задания, которые людям кажутся «трудными», скажем перемножают большие числа или играют в шахматы, но застревают на совершенно «простых» для человека заданиях, таких как походить по комнате, узнать кого-то по лицу или посплетничать с приятелем. Причина в том, что даже самые продвинутые наши компьютеры в основе своей всего лишь усложненные до предела счетные машинки. А наш мозг эволюция сформировала таким образом, чтобы он мог решать глобальную задачу выживания. Для этого необходима сложная и хорошо организованная структура мышления, включающая в себя здравый смысл и распознавание образов. Сложные вычисления или шахматы не нужны для выживания в лесу—зато там не обойтись без умения удрать от хищника, найти себе пару и приспособиться к меняющимся условиям.

Вот как обобщил проблемы ИИ Марвин Мински из MIT, один из основателей науки об искусственном интеллекте: «История ИИ в чем-то забавна — ведь первыми реальными достижениями в этой области были красивые машинки, способные к логическим доказательствам и сложнейшим вычислениям. Но затем мы захотели сделать машину, которая умела бы отвечать на вопросы по простым рассказам, какие можно найти в книжке для первоклассников. На сегодняшний день не существует машины, способной на это».

Некоторые ученые считают, что когда-нибудь два подхода — «сверху вниз» и «снизу вверх» — сольются воедино, и такое слияние может стать ключом к созданию настоящего искусственного интеллекта и человекоподобных роботов. В конце концов, когда ребенок учится, он пользуется обоими методами: сначала маленький человек полагается в основном на методику «снизу вверх» — он натыкается на предметы, ощупывает их, пробует на вкус и т. п.; но затем он начинает получать словесные уроки от родителей и учителей, из книг — в этот момент приходит время для подхода «сверху вниз». Даже будучи взрослыми, мы постоянно смешиваем оба подхода. К примеру, повар читает рецепт, но не забывает и пробовать блюдо, которое готовит.

Ганс Моравек говорит: «Полностью разумные машины появятся не раньше, чем будет забит золотой костыль, который соединит оба пути». Он считает, что произойдет это, вероятно, в ближайшие 40 лет.

Эмоциональные роботы?

Одной из постоянных тем в литературе и искусстве уже давно стало механическое существо, мечтающее стать человеком, обрести человеческие эмоции. Это существо не удовлетворено тем, что собрано из проводов и стали; оно хочет смеяться, плакать и ощущать все эмоциональные радости человеческого существа.

Типичный пример — марионетка Пиноккио, мечтавшая стать настоящим мальчиком. Железный Дровосек хотел получить сердце. И Дейта, робот из «Звездного пути», хочет стать человеком, хотя и превосходит любого человека в силе и разумности.

Выдвигаются даже предположения о том, что наши эмоции представляют собой высшее неповторимое свойство и что именно они делают человека человеком. Сторонники этой точки зрения утверждают, что ни одна машина никогда не сможет задохнуться от восторга при виде великолепного заката или рассмеяться удачной шутке. А некоторые говорят, что машины никогда не будут испытывать эмоций, потому что они, эмоции, представляют собой вершину развития человека.

Но ученые, которые работают над созданием искусственного интеллекта и пытаются разгадать физику эмоций, рисуют иную картину. Для них эмоции не только не квинтэссенция всего человеческого, но и наоборот — побочный результат эволюции. Попросту говоря, эмоции полезны для нас. Они помогли нам выжить в лесу и сегодня тоже помогают преодолевать невзгоды и ориентироваться среди жизненных опасностей.

К примеру, очень важно в эволюционном смысле понятие «нравится» — ведь большинство вещей на свете представляют для нас опасность. Из миллионов объектов, с которыми ежедневно сталкивается человек, лишь несколько способны принести ему пользу. Поэтому когда нам что-то «нравится», это означает, что мы выделяем из миллионов опасных и бесполезных вещей ту крохотную их долю, которая может оказаться для нас полезна.

Точно так же ревность — важное чувство, потому что успех в продолжении рода обеспечивает передачу наших генов будущим поколениям. (Именно поэтому с сексом и любовью связано так много эмоционально заряженных чувств.)

Стыд и раскаяние важны, потому что помогают нам освоить навыки социализации, необходимые для жизни в обществе. Если мы не будем иногда извиняться, рано или поздно нас изгонят из племени, серьезно уменьшив тем самым наши шансы на выживание и передачу генов.

Чувство одиночества тоже имеет значение. Поначалу кажется, что это чувство ненужно и избыточно — ведь человек же способен жить один. Но стремление к обществу других людей тоже важно для выживания, потому что человек всегда зависит от ресурсов племени в целом.

Иными словами, в ходе дальнейшего развития роботы, возможно, тоже обзаведутся эмоциями. Может быть, программисты заложат в них эмоциональную связь с хозяевами, чтобы роботы не закончили свои дни на свалке. Такие эмоции помогли бы им войти в наше общество, стать не соперниками, а надежными помощниками хозяев.

Эксперт по компьютерам Ганс Моравек считает, что роботы обязательно будут запрограммированы на такие эмоции, как «страх»; это необходимо для самосохранения. К примеру, если у робота заканчивается батарея, он «будет выражать возбуждение или даже панику таким образом, чтобы люди могли его понять. Он направится к соседям и попросит разрешения воспользоваться розеткой со словами: "Пожалуйста! Пожалуйста! Мне это необходимо! Это так важно для меня и так немного стоит! Мы вам заплатим!"»

Кроме всего прочего, эмоции важны при принятии решений. Люди, перенесшие определенную мозговую травму, теряют способность испытывать эмоции. Интеллектуальные способности остаются при них, но выражать чувства они не в состоянии. Врач-невролог Антонио Дамасио из Медицинского колледжа Университета Айовы, специально изучавший людей с такого рода мозговыми травмами, говорит, что они «знают, но не чувствуют».

Д-р Дамасио утверждает, что такие люди часто испытывают затруднения с принятием даже самых незначительных решений. Они не могут руководствоваться эмоциями, а потому бесконечно перебирают и обдумывают варианты; результат — губительная нерешительность. Один из пациентов доктора Дамасио целых полчаса выбирал дату следующего визита.

Ученые считают, что эмоции обрабатываются в «лимбической системе» мозга, расположенной глубоко в его центре. Если у человека нарушается связь между новой корой головного мозга (которая управляет рациональным мышлением) и лимбической системой, его разум остается при нем, но пропадают эмоции, которыми он мог бы руководствоваться в принятии решений. Иногда нас «осеняет», мы «нутром чуем», как надо поступить. Люди, у которых нарушена связь между рациональной и эмоциональной частями мозга, лишены такой способности.

К примеру, в магазине мы неосознанно производим тысячи оценок и решений; мы оцениваем практически все, что видим: «Эта вещь слишком дорогая, слишком дешевая, слишком цветастая, слишком глупая, а вот это как раз то, что нужно». Для человека с такой травмой мозга поход в магазин за покупками может стать настоящим кошмаром, потому что все вещи покажутся ему одинаково хорошими или, если угодно, одинаково плохими.

По мере того как роботы будут становиться все разумнее и начнут принимать собственные решения, они тоже станут, вероятно, жертвой губительной нерешительности. (Вспомните историю об ослике, который умер от голода между двумя стогами сена — он никак не мог решить, к которому стогу направиться.) Для решения этой проблемы у роботов будущего, скорее всего, в мозгу появится эмоциональный контур. Говоря об отсутствии эмоций у роботов, д-р Розалинда Пикард из Медиа-лаборатории MIT замечает: «Они не чувствуют, что важнее всего. Это один из главных их недостатков. Компьютеры этого просто не понимают».

Как писал русский романист Федор Достоевский, «если бы все на Земле было разумно, ничего бы не происходило».

Другими словами, эмоции могут потребоваться роботам будущего, чтобы устанавливать цели, придавать своей «жизни» смысл и структуру; в противном случае бесконечные возможности лишат их всякой способности к действию.

Обладают ли они сознанием?

По вопросу о том, могут ли машины обладать сознанием, нет единого мнения; более того, нет его и по вопросу о том, что такое сознание вообще. Никто еще не сумел сформулировать приемлемое для всех определение сознания.

Марвин Мински считает, что сознание представляет собой скорее «совокупность сознаний»; имеется в виду, что процесс мышления в мозге не локализован, а распределен, и в каждый момент времени за первенство в нем состязаются несколько различных центров. В этом случае сознание можно рассматривать как последовательность мыслей и образов, исходящих из различных «сознаний» более низкого уровня, причем все они соревнуются между собой и стараются захватить наше внимание.

Если это действительно так, то вполне возможно, что понятие «сознания» несколько раздуто; возможно, слишком много научных трудов посвящено предмету, затуманенному поколениями философов и психологов. Возможно, определить сознание не так уж сложно. Сидни Бреннер из Института Солка в г. Ла-Холла говорит: «Я предрекаю, что к 2020 г. — черты которого уже вполне различимы — сознание как научная проблема перестанет существовать,,. Наши преемники будут поражены количеством научной чепухи, которая сегодня всерьез обсуждается, конечно, если у них хватит терпения копаться в электронных архивах старых журналов».

Марвин Мински считает, что исследования в области ИИ страдают «от зависти к физике». В физике священным Граалем, добыть который мечтает любой ученый, является простое уравнение, которое объединило бы все физические взаимодействия вселенной в рамках единой теории — «теории всего». Под влиянием этой идеи исследователи искусственного интеллекта тоже пытаются найти единую парадигму, которая объяснила бы сознание. Но Мински считает, что такой парадигмы, возможно, вообще не существует,

(Члены «конструкционистской» школы, к которой принадлежу и я, считают, что вместо бесконечных дебатов о том, можно ли создать думающую машину, нужно взять и попытаться. Что же касается сознания, то, скорее всего, существует некое пространство сознания, к которому принадлежит и примитивный термостат, который отслеживает температуру в комнате, и осознающий себя организм, каким на сегодняшний день является человек. Животные, возможно, тоже обладают сознанием, но сознанием более низкого уровня по сравнению с человеком. Поэтому, вместо того чтобы без конца обсуждать философские вопросы и спорить об определении сознания, следовало бы попытаться составить каталог всевозможных типов и уровней сознания и разложить все по полочкам. Возможно, роботы со временем обретут «силиконовое сознание». Вообще, когда-нибудь, может статься, роботы воплотят в себе совершенно иную, чем у нас, архитектуру мышления и обработки информации. Не исключено, что в будущем высококлассные роботы сумеют размыть грань между синтаксисом и семантикой и их реакция действительно станет неотличима от реакции человека. Если это произойдет, вопрос о том, «понимают» ли они на самом деле вопрос, потеряет всякий смысл. Робот, в совершенстве владеющий синтаксисом, понимает — для любых практических целей — содержание разговора. Другими словами, идеальное владение синтаксисом и есть понимание.)

Могут ли роботы представлять опасность?

Закон Мура (онутверждает, что производительность компьютеров удваивается каждые 18 месяцев) позволяет предположить, что через несколько десятилетий появятся роботы с разумом, скажем, собаки или кошки. Но вполне может так случиться, что к 2020 г. закон Мура перестанет действовать, а кремниевая эра подойдет к концу. Последние полвека производительность компьютеров росла такими поразительными темпами благодаря тому, что появлялись все более крохотные кремниевые транзисторы, десятки миллионов которых легко умещались на ногте. Для вытравливания этих микроскопических транзисторов на кремниевых пластинках использовалось ультрафиолетовое излучение. Но процесс микроминиатюризации не может продолжаться до бесконечности. Со временем транзисторы могут уменьшиться до размера молекул, и он автоматически прекратится. После 2020 г., когда закончится эра кремния, Силиконовая долина может превратиться в новый Ржавый пояс.

Процессор Pentium в вашем портативном компьютере имеет слои толщиной в 20 атомов. К 2020 г. толщина слоя может уменьшиться до пяти атомов. В этот момент вступит в действие принцип неопределенности Гейзенберга, и будет вообще невозможно сказать наверняка, где находится электрон. И тогда в чипе возникнут утечки электричества, а в компьютере — короткое замыкание. В этот момент компьютерная революция и закон Мура уткнутся в глухую стену — ведь законы квантовой механики обойти невозможно. (Кое-кто утверждает, что цифровая эра — это «победа битов над атомами». Но когда-нибудь, когда закон Мура перестанет действовать, атомы возьмут свое.)

В настоящее время физики работают над посткремниевой технологией, которая будет доминировать в мире компьютеров после 2020 г., но пока результаты не слишком обнадеживают. Как мы уже говорили, рассматривается несколько перспективных технологий, в том числе квантовые компьютеры, компьютеры на основе ДНК, оптические компьютеры, атомные компьютеры и т. п. Но на каждом направлении имеются громадные трудности, которые предстоит преодолеть, прежде чем технология сможет примерить на себя мантию кремниевых чипов. Технология манипулирования отдельными атомами и молекулами находится пока в зачаточном состоянии, и мы пока не в состоянии изготовить миллиарды транзисторов, сравнимых по размерам с атомами.

Но предположим на мгновение, что физики нашли способ преодолеть пропасть между кремниевыми чипами и, скажем, квантовыми компьютерами. Предположим также, что закон Мура в той или иной форме продолжает действовать и в посткремниевую эру. В этом случае искусственный интеллект действительно может стать реальностью. Тогда роботы могут овладеть человеческой логикой и эмоциями и научиться уверенно проходить тест Тьюринга. Стивен Спилберг исследовал эту тему в фильме «Искусственный интеллект»; в фильме рассказывается о том, как был создан первый искусственный мальчик, способный проявлять эмоции и пригодный поэтому для усыновления в человеческую семью.

Возникает вопрос: могут ли такие роботы представлять опасность? Наиболее вероятный ответ: да, могут. Роботы могут стать опасными, как только достигнут интеллекта обезьяны, — ведь обезьяна обладает сознанием и собственной волей. Возможно, на достижение этого рубежа уйдет немало десятилетий, и ученым хватит времени понаблюдать за роботами, прежде чем они начнут представлять угрозу. К примеру, в их процессоры можно будет помещать специальный чип, который не даст им «пойти вразнос». Или можно интегрировать в них механизм саморазрушения или отключения, который срабатывал бы в случае чрезвычайной ситуации.

Артур Кларк писал: «Может быть, мы станем для компьютеров домашними любимцами и будем, как комнатные собачки, вести беззаботное существование, но я надеюсь, что у нас всегда останется возможность в любой момент выдернуть вилку из розетки».

Более реальной угрозой представляется зависимость нашей инфраструктуры от компьютеров. Система водоснабжения и электрическая сеть, не говоря уже о связи и транспорте, в будущем станут все более компьютеризованными. Наши города уже превратились в сложнейшие организмы, и теперь для управления всей нашей инфраструктурой и ее мониторинга необходимы сложные и запутанные компьютерные сети. В будущем, чтобы все это работало, придется вводить в эти компьютерные сети искусственный интеллект. Ошибка или отказ в этой всеохватной компьютерной инфраструктуре способны полностью парализовать город, страну или даже всю цивилизацию.

Превзойдут ли компьютеры нас по разумности? Разумеется, в принципе это не запрещено никакими законами природы. Если роботы представляют собой самообучающиеся нейронные сети и если они достигли уровня развития, позволяющего им учиться быстрее и эффективнее, чем учимся мы, то логично предположить, что со временем они превзойдут нас в рассуждениях. Моравек говорит, что постбиологический мир — «это такой мир, в котором род человеческий оказался сметен волной культурных изменений и вытеснен его собственными искусственными потомками… Когда это произойдет, наша ДНК окажется никому не нужна, потому что она проиграет эволюционную гонку сопернику нового типа».

Некоторые изобретатели, например Рей Курцвейл, предсказывают даже, что это произойдет скоро, скорее, чем кажется, — возможно, в ближайшие десятилетия. Не исключено, что мы сейчас создаем своих эволюционных преемников. Кое-кто из ученых-компьютерщиков предвидит момент «сингулярности», как они это называют, — когда роботы смогут обрабатывать информацию все быстрее и быстрее, по экспоненте, и одновременно создавать новых роботов, пока наконец их коллективная способность к усвоению информации не вырастет практически до бесконечности.

Поэтому некоторые ученые в долговременной перспективе предлагают объединить углеродную и кремниевую технологии[21], не дожидаясь нашего полного истребления. Мы, люди, основаны на углероде, роботы — на кремнии (по крайней мере в настоящий момент). Возможно, решение кроется в слиянии нас самих с нашими творениями. (Если мы когда-нибудь встретимся с инопланетянами, не стоит удивляться, если их тела окажутся частью органическими, частью механическими; так легче выдерживать тяготы космического путешествия и успешно жить во враждебной среде.)

В далеком будущем роботы или человекоподобные киборги[22], возможно, даже подарят нам бессмертие. Марвин Мински добавляет: «Что, если Солнце погаснет или мы сами уничтожим планету? Почему не сделать лучших, чем мы сами, физиков, инженеров или математиков? Возможно, нам необходимо быть архитекторами своего будущего. Если нет, наша культура может исчезнуть».

Моравек предвидит такое время в отдаленном будущем, когда мы научимся переносить структуру своего мозга, нейрон за нейроном, прямо в машину. В определенном смысле это даст нам бессмертие. Эта мысль кажется дикой, но, вообще говоря, не выходит за пределы возможного. Так что, по представлениям некоторых ученых, в будущем человека ждет бессмертие (в кремниевой форме или в виде искусственных тел с улучшенной ДНК).

Итак, если мы сумеем преодолеть тупик, связанный с прекращением действия закона Мура, и разберемся с проблемой здравого смысла, думающие машины с интеллектом животных — а может быть, столь же умные, как мы, или даже умнее — могут стать реальностью. Возможно, это произойдет уже в конце текущего века. Хотя открыты еще не все фундаментальные законы искусственного интеллекта, прогресс в этой области идет семимильными шагами. Принимая это во внимание, я бы определил роботов и другие думающие машины как невозможность I класса.

^

8. Внеземные цивилизации и летающие тарелки

   Мы или одиноки во Вселенной, или нет. Любая из этих мыслей пугает.
Артур Кларк

Гигантский, поражающий воображение космический корабль протяженностью в несколько миль висит прямо над Лос-Анджелесом; он заполняет собой небосвод и рождает в городе зловещую тьму. Крепости в форме блюдец занимают позиции в ключевых точках над планетой — над главными городами мира. Сотни ликующих зрителей собираются на крыше небоскреба, поближе к звездным гостям; земляне хотят первыми приветствовать инопланетных гостей в Лос-Анджелесе.

Провисев беззвучно над городом несколько дней, космолет медленно раскрывает брюхо. Оттуда вырывается сноп испепеляющих лазерных лучей. Небоскреб сожжен; по городу прокатилась волна разрушения, за несколько секунд превращая его в груду обгорелого мусора.

В фильме «День независимости» пришельцы олицетворяют собой наши самые глубоко упрятанные страхи. В фильме «Е.Т.» мы проецируем на тех же пришельцев собственные мечты и фантазии. На протяжении всей истории человечество не отпускала мысль о чуждых нам существах, населяющих иные миры. Еще в 1611 г. астроном Иоганн Кеплер, опираясь на самое передовое научное знание того времени, рассуждал в своем труде «Сон» о путешествии к Луне. Он писал, что во время этого путешествия люди могут встретить разумных чужаков и чуждые Земле растения и животных. Но наука и религия часто противоречат друг другу в вопросе о жизни в космосе, и результат этого противоречия иногда выливается в трагедию.

Несколькими годами раньше, в 1600 г., в Риме был сожжен заживо бывший доминиканский монах и философ Джордано Бруно. Чтобы унизить Бруно, церковники, прежде чем сжечь у столба, раздели его донага и подвесили вниз головой. Что же делало учение Бруно столь опасным? Он ведь задал простой вопрос: есть ли жизнь вне Земли? Подобно Копернику, Бруно был убежден, что Земля обращается вокруг Солнца, но в отличие от Коперника он считал, что там, в космосе, живет, возможно, бессчетное количество других людей, таких же, как мы. (Церковь решила, что проще и удобнее сжечь автора безумной идеи, чем всерьез задуматься о возможном существовании миллиардов других святых, пап, церквей и Иисусов.)

Четыреста лет память о Бруно не давала спокойно жить историкам науки. Но теперь Бруно отомщен. Примерно дважды в месяц астрономы обнаруживают в космосе около какой-нибудь звезды новую планету. На данный момент достоверно известно о существовании у различных звезд примерно 300 планет, так что предсказание Бруно в отношении внесолнечных планет сбылось. Но один вопрос по-прежнему остается без ответа. Может быть, галактика Млечный Путь битком набита планетами, но сколько из них пригодны для жизни? А если в космосе действительно существует разумная жизнь, то что может наука сказать о ней?

Разумеется, гипотетические встречи с инопланетянами вызывают в обществе горячий интерес, завораживают уже не одно поколение читателей и зрителей. Самый знаменитый случай произошел 30 октября 1938 г., в Хеллоуин; тогда актер и режиссер Орсон Уэллс решил подшутить над американской публикой. Он взял за основу сюжет романа Герберта Уэллса «Война миров» и подготовил серию коротких якобы новостных сообщений. Эти сообщения передавались в эфире национальной радиокомпании CBS, прерывая танцевальную музыку и час за часом воспроизводя сценарий вторжения марсиан на Землю и последующего краха цивилизации. Миллионы американцев ударились в панику от «новостей» о том, что в Гроверс-Милл, штат Нью-Джерси, приземлились машины с Марса, что они стреляют смертельными лучами, уничтожают целые города и собираются захватить весь мир. (Позже газеты писали, что в названном районе началась стихийная эвакуация — жители пытались его покинуть; нашлись очевидцы, утверждавшие, что чуют в воздухе ядовитый газ и видят вдалеке вспышки света.)

В 1950-х гг. интерес к Марсу вновь вырос; дело в том, что астрономы обнаружили на Марсе странную отметину, напоминающую гигантскую букву М размером в несколько сот километров. Тут же появились комментарии: буква М наверняка означает Марс, это мирные марсиане подают землянам сигнал, вроде того как на стадионе во время футбольного матча группа поддержки по буквам выкрикивает название любимой команды. (Другие зловеще возражали: на самом деле отметка соответствует букве W, а не М, a W означает, разумеется, войну. Другими словами, на самом деле марсиане объявляют Земле войну!) Возникшая мини-паника вскоре улеглась, а загадочная буква М исчезла так же внезапно, как и появилась. По всей видимости, иллюзия была вызвана песчаной бурей, которая покрыла собой всю поверхность планеты, кроме вершин четырех крупных вулканов. Эти-то четыре пика и сложились в грубое подобие буквы М или W.

Научные поиски внеземной жизни

Серьезные ученые, занятые поисками возможной внеземной жизни, утверждают: об этой жизни — если, конечно, она существует — невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, исходя из наших знаний о физике, химии и биологии, можно сделать несколько общих предположений о природе внеземной жизни.

Первое. Ученые считают, что ключевым фактором для возникновения жизни во вселенной является жидкая вода. «Ищите воду» — такую мантру повторяют астрономы, занимаясь поиском свидетельств существования внеземной жизни. Жидкая вода, в отличие от большинства других жидкостей, является «универсальным растворителем» и способна растворять поразительное количество всевозможных химических веществ. Это идеальная среда для возникновения все более сложных молекул. Кроме того, сама молекула воды очень проста, ее можно найти повсюду во Вселенной, тогда как другие растворители встречаются редко.

Второе. Нам известно, что углерод — очень вероятный компонент жизни. Дело в том, что атом углерода четырехвалентен, а значит, может связываться с четырьмя другими атомами, создавая в результате молекулы невероятной сложности. В частности, он легко образует длинные углеродные цепочки — основной элемент углеводородных соединений и всей органической химии. У других четырехвалентных элементов ряд возможных химических соединений далеко не столь богат.

Наглядной иллюстрацией незаменимости и важности углерода может служить знаменитый эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри, проведенный в 1953 г. Эксперимент показал, что жизнь в принципе может возникнуть спонтанно как естественный побочный результат химических процессов с участием углерода. Ученые взяли раствор аммиака, метана и других токсичных веществ — тех, которые, по их мнению, должны были присутствовать на Земле в ее начальную эпоху, — поместили в замкнутый сосуд и подвергли действию слабого электрического тока. После этого оставалось только ждать. Уже через неделю в сосуде появились признаки спонтанного формирования аминокислот. Электрического тока было достаточно, чтобы разорвать связи в аммиаке и метане, а затем заново собрать атомы в молекулы аминокислот — предшественников протеинов. В каком-то смысле жизнь действительно может возникнуть спонтанно! (Позже аминокислоты удалось обнаружить в составе метеоритов и в газовых облаках в глубинах космоса.)

Третье. Основа жизни — способная к самовоспроизведению молекула под названием ДНК. В химии самокопирующиеся молекулы встречаются чрезвычайно редко. Потребовались сотни миллионов лет, чтобы на Земле, скорее всего в глубинах океанов, сформировались первые молекулы ДНК. Считается, что, если бы можно было провести эксперимент Миллера-Юри протяженностью в миллион лет в объеме земных океанов, ДНК-молекулы успели бы спонтанно возникнуть. Одна из самых вероятных площадок, где в начале земной истории могла случайно сложиться первая на планете молекула ДНК, — это места вулканических выходов на дне океана, так называемые «черные курильщики». Активность этих горячих источников могла послужить удобным источником энергии для первых молекул ДНК и первых клеток — задолго до возникновения фотосинтеза и растений. Нам пока неизвестны другие, помимо ДНК, углеродосодержащие молекулы, способные к самовоспроизведению, но скорее всего, все другие самокопирующиеся молекулы во Вселенной будут в чем-то похожи на молекулы ДНК.

Подведем итог. Для жизни, по всей видимости, необходима жидкая вода, углеводородные соединения и какая-то форма самовоспроизводящейся молекулы вроде ДНК. Пользуясь этими довольно общими критериями, мы можем примерно оценить, с какой частотой встречается во Вселенной разумная жизнь. Одним из первых такую оценку провел астроном Корнеллского университета Фрэнк Дрейк в 1961 г. Если взять 100 млрд звезд галактики Млечный Путь, можно оценить, какую долю среди них составляют звезды с такими же характеристиками, что и наше Солнце. Затем можно оценить долю подходящих звезд, возле которых есть планетные системы.

Говоря более конкретно, уравнение Дрейка позволяет рассчитать число цивилизаций в Галактике путем перемножения нескольких величин, включая:

• скорость рождения звезд в Галактике;

• долю звезд, у которых есть планеты;

• число планет с пригодными для жизни условиями возле каждой звезды;

• долю планет, на которых действительно возникает жизнь;

• долю планет, где развивается разумная жизнь;

• долю планет, цивилизации которых способны и хотят общаться с другими цивилизациями;

• ожидаемую продолжительность жизни цивилизации.

Взяв за основу разумные оценки и перемножив все перечисленные вероятности, мы поймем, что в одной только галактике Млечный Путь может существовать от 100 до 10 000 планет, на которых имеется разумная жизнь. Если разумные формы жизни равномерно распределены по Галактике, то можно ожидать, что одна из таких планет может обнаружиться «неподалеку» — всего в нескольких сотнях световых лет от Солнечной системы. В 1974 г. Карл Саган сделал другую оценку; по его мнению, в нашей галактике Млечный Путь может существовать до миллиона цивилизаций.

Эти теоретические рассуждения, разумеется, дали дополнительные аргументы тем, кто пытается обнаружить признаки существования инопланетных цивилизаций. Оптимистичные оценки числа звезд в Галактике, пригодных для разумной жизни, дали ученым повод начать серьезные поиски радиосигналов извне; речь в данном случае идет о сигналах, которые может излучать планета с развитой цивилизацией — вроде телевизионных и радиосигналов, которые активно излучает наша собственная планета последние 50 лет.

Слушая инопланетян

Проект поиска внеземного разума SETI берет начало от статьи, написанной в 1959 г. физиками Джузеппе Коккони и Филипом Моррисоном. Статья эта произвела сильный эффект. Авторы предположили, что ловить сигналы внеземных цивилизаций лучше всего на радиоволнах частотой от 1 до 10 гигагерц. (Сигналы с частотой ниже одного гигагерца заглушает излучение быстро движущихся электронов, а на частотах выше десяти гигагерц любой сигнал получит сильные искажения из-за шума, который испускают молекулы кислорода и воды в нашей собственной атмосфере.) Самой многообещающей им показалась частота 1420 МГц — частота излучения обычного водорода, самого распространенного элемента Вселенной; они предложили начать поиск сигналов из открытого космоса именно на этой частоте. [Частоты, близкие к этому значению, удобны для внеземной связи, их называют «водяное окно».)

Однако поиски разумных сигналов вблизи этого «окна» ни к чему не привели. В 1960 г. Фрэнк Дрейк инициировал проект «Озма» (названный в честь королевы страны Оз); сигналы предполагалось искать при помощи 25-метрового радиотелескопа в Грин-Бэнк, штат Западная Вирджиния. Разумные сигналы не удалось обнаружить никому, ни в рамках проекта «Озма», ни в рамках какого-нибудь другого из множества проектов, которые в разные годы принимались сканировать ночное небо.

В 1971 г. NASA предложило взять на себя финансирование проекта SETI. Этот проект, известный также как проект «Циклоп», предусматривал использование полутора тысяч радиотелескопов и должен был обойтись в 10 млрд долл. Неудивительно, что дело кончилось пшиком. Финансирование все же удалось получить, но для гораздо более скромного проекта — отправить в космос тщательно зашифрованное сообщение для иных цивилизаций. В 1974 г. сообщение, содержащее 1679 бит, было отправлено с гигантского радиотелескопа в Аресибо в Пуэрто-Рико в направлении шарового звездного скопления М13, расположенного на расстоянии 25 100 световых лет от нас. Это короткое послание представляет собой рисунок размером 23 х 73 точки; ученые обозначили на нем положение Солнечной системы, поместили изображение человеческих существ и несколько химических формул. (Если учесть расстояния, о которых идет речь, ответ можно ожидать не раньше чем через 52 166 лет.)

На конгресс США все эти проекты произвели не слишком сильное впечатление — даже после того, как в 1977 г. был зарегистрирован сигнал, вошедший в историю под названием «Bay». В нем можно было увидеть последовательность букв и цифр, которая представлялась не случайной и говорила вроде бы о наличии внеземного разума. (Надо сказать, не все ученые, видевшие сигнал «Bay», были убеждены в его неслучайном характере.)

В1995 г. американские астрономы потеряли надежду на финансирование со стороны федерального правительства и решили обратиться к частным средствам. Был основан некоммерческий Институт SETI в Маунтин-Вью, штат Калифорния, и запущен проект «Феникс»; проект предусматривает изучение тысячи ближайших звезд солнечного класса в радиодиапазоне 1200-3000 МГц. Директором института выбрали д-ра Джил Тартер, которая послужила прототипом персонажа Джоди Фостер в фильме «Контакт». (В этом проекте используются чрезвычайно чувствительные приборы, способные уловить излучение обычного аэродромного радиолокатора с расстояния в 200 световых лет.)

Начиная с 1995 г. Институт SETI с бюджетом 5 млн долл. в год просканировал уже больше тысячи звезд. Но ощутимых результатов по-прежнему нет. Тем не менее Сет Шостак, старший астроном проекта SETI, с неувядающим оптимизмом верит, что Система телескопов Аллена в составе 350 антенн, которая сейчас сооружается в 400 км к северо-востоку от Сан-Франциско, «наткнется на сигнал еще до 2025 г.».

Новаторский подход к проблеме продемонстрировали астрономы из Университета Калифорнии в Беркли; в 1999 г. они запустили в действие проект SETI@home. Идея проекта — привлечь к работе миллионы владельцев персональных компьютеров, чьи машины большую часть времени просто бездействуют. Те, кто участвует в проекте, скачивают из Интернета и устанавливают на своем компьютере пакет программ, которые работают в режиме скринсейвера, а потому не доставляют владельцу никаких неудобств. Эти программы участвуют в расшифровке сигналов, принятых радиотелескопом. До настоящего момента к проекту присоединились 5 млн пользователей в 200 с лишним странах мира; вместе они потратили электричества больше чем на миллиард долларов, но каждому пользователю участие в проекте стоило недорого. Это самый масштабный коллективный компьютерный проект в истории; он мог бы послужить образцом для других проектов, где требуются большие вычислительные мощности. Тем не менее до сих пор проект SETI@home также не обнаружил ни одного разумного сигнала.

Откровенное отсутствие результатов после нескольких десятилетий тяжелой работы вынуждает сторонников активного поиска внеземного разума искать ответы на трудные вопросы. Одним из очевидных недостатков проекта можно назвать тот факт, что поиск идет только на определенных частотах радиодиапазона. Есть предположения, что иные цивилизации вместо радиосигналов используют лазерные. По сравнению с радио лазеры обладают несколькими преимуществами; так, более короткая длина волны означает, что сигнал может нести больше информации. Но сигнал лазера идет тонким пучком на одной строго заданной частоте, поэтому его чрезвычайно трудно обнаружить и зарегистрировать.

Еще одним недостатком, очевидно, может оказаться неправильный выбор радиодиапазонов. Внеземные цивилизации, если они существуют, могут использовать самые разные методы сжатия или, скажем, разбивать сообщения на небольшие пакеты, — как это делается сегодня в Интернете. Вполне может быть, что, вслушиваясь в сжатые сообщения, распределенные к тому же на несколько частотных диапазонов, мы услышим только «белый шум».

Но даже с учетом всех — очень серьезных — проблем, стоящих перед SETI, разумно предположить, что еще в этом столетии мы сумеем-таки зарегистрировать сигналы внеземных цивилизаций — при условии, разумеется, что такие цивилизации существуют. И это событие, если произойдет, станет поворотным пунктом в истории человеческой расы.

Где же они?

Тот факт, что проект SETI не обнаружил до сих пор никаких признаков присутствия в космосе сигналов от иных разумных существ, заставил ученых взглянуть повнимательнее на предположения, на которых держится уравнение Дрейка для разумной жизни на других планетах. Последние астрономические открытия говорят о том, что наши шансы обнаружить в космосе разумную жизнь сильно отличаются от тех, что вычислил Фрэнк Дрейк в 60-х гг. прошлого века. Вероятность того, что разумная жизнь во Вселенной существует, одновременно и больше, и меньше, чем считалось ранее.

Во-первых, новые исследования показали, что жизнь способна существовать в таких условиях, которые не предусматривались никакими уравнениями Дрейка. Прежде ученые считали, что жидкая вода может существовать только на определенном оптимальном расстоянии от звезды, в «зоне жизни», (Земля находится на «самом подходящем» расстоянии от Солнца. Не слишком близко — иначе океаны просто вскипят, и не слишком далеко — иначе океаны замерзнут; нет, расстояние от Земли до Солнца оптимально для жизни.)

Поэтому ученые испытали настоящий шок, когда астрономы обнаружили свидетельства того, что жидкая вода может существовать под ледяной корой на Европе, спутнике Юпитера. Европа находится далеко за пределами «зоны жизни» и на первый взгляд не удовлетворяет условиям уравнения Дрейка. Тем не менее на ней действуют приливные силы, которых может быть достаточно, чтобы растопить ледяной покров спутника и образовать на Европе постоянный жидкий океан. Европа обращается вокруг Юпитера, и гигантское гравитационное поле планеты сжимает спутник, как резиновый мячик, создает напряжения и трение глубоко в коре, а это в свою очередь может вызвать таяние льда. Только в нашей Солнечной системе больше сотни спутников; это означает, что в ней, за пределами «зоны жизни», может оказаться немало лун с пригодными для жизни условиями. (И у 300 известных гигантских планет в других солнечных системах тоже могут быть замороженные луны, пригодные для жизни.)

Более того, ученые считают, что во Вселенной, вполне возможно, имеется множество блуждающих планет, которые не обращаются больше вокруг своей звезды. Благодаря приливным силам любой спутник такой блуждающей планеты может иметь под коркой льда жидкие океаны, а значит, и жизнь. Но такие планеты (и, естественно, их спутники) невозможно обнаружить нашими инструментами — ведь мы в своих поисках опираемся на свет центральной звезды.

С учетом того, что число лун в любой солнечной системе, скорее всего, намного превосходит число планет, а также с учетом вероятного присутствия в Галактике миллионов блуждающих планет, число астрономических тел с теми или иными формами жизни во Вселенной может оказаться гораздо больше, чем считалось ранее.

Однако другие астрономы, исходя из целого ряда факторов, делают вывод, что шансы на существование жизни на планетах в пределах «зоны жизни», должны быть, вероятно, гораздо ниже, чем оценивал Дрейк.

Во-первых, компьютерные расчеты показывают, что для существования в солнечной системе жизни необходимо присутствие в ней планеты-гиганта вроде Юпитера (такая планета будет отбрасывать пролетающие кометы и астероиды, постоянно расчищая пространство своей системы). Если бы в нашей Солнечной системе не было Юпитера, Землю постоянно бомбардировали бы метеориты и кометы, и жизнь на нашей планете была бы невозможна. Согласно оценке д-ра Джорджа Уэзерилла, астронома из Института Карнеги в Вашингтоне, не будь в Солнечной системе Юпитера и Сатурна, Земля испытывала бы в тысячу раз больше столкновений с астероидами, а страшные катастрофы, угрожающие жизни на планете (вроде той, что 65 млн лет назад уничтожила динозавров), происходили бы каждые 10 000 лет. «Трудно представить, как жизнь могла бы выжить в подобных условиях», — говорит Уэзерилл.

Во-вторых, у нашей планеты есть дополнительное сокровище — большой спутник, который помогает стабилизировать ее вращение. Ученые создали гравитационную модель (на основании законов тяготения Ньютона) и просчитали движение тел на миллионы лет; получилось, что без Луны наклон земной оси, вероятно, не был бы постоянным, и планета могла бы даже перевернуться. Жизнь при этом тоже оказалась бы невозможна. Согласно оценкам французского астронома д-ра Жака Ласкера, без Луны наклон земной оси колебался бы в пределах от 0 до 54 °С; следствием этого стали бы экстремальные колебания климата, несовместимые с жизнью. Таким образом, наличие у планеты крупного спутника также следует причислить к необходимым для жизни условиям, которые фигурируют в уравнении Дрейка. (Тот факт, что Марс имеет лишь два крохотных спутника, слишком мелких для стабилизации его вращения, означает, что в прошлом Красная планета, возможно, переворачивалась и может снова перевернуться в будущем.)

В-третьих, недавно полученные геологические данные указывают на то, что в прошлом жизнь на Земле много раз оказывалась на грани исчезновения. Около двух миллиардов лет назад Земля, вероятно, полностью покрылась льдом; жизнь на ней едва теплилась. В другие периоды поставить жизнь на планете на грань полного исчезновения могли, скажем, извержения вулканов или падение крупных метеоритов. Итак, процесс возникновения и развития жизни легко может быть прерван; он куда более хрупок и уязвим, чем казалось нам ранее.

В-четвертых, разумная жизнь на Земле в прошлом тоже не раз оказывалась на грани исчезновения. Примерно 100 000 лет назад на планете, по результатам последних исследований ДНК, жило всего лишь от нескольких сотен до нескольких тысяч людей. В отличие от большинства животных, которые даже в пределах одного вида имеют значительные генетические различия, человеческие существа генетически почти идентичны. В сравнении с царством животных мы все почти что клоны друг друга. Этот феномен можно объяснить только тем, что в истории человечества были «узкие места», т. е. времена, когда почти весь род человеческий оказывался стертым с лица Земли. К примеру, извержение крупного вулкана могло вызвать резкое похолодание климата и погубить тем самым чуть ли не все человечество.

Можно отметить и другие благоприятные случайности, без которых жизнь на Земле не возникла бы. Среди них:

• Сильное магнитное поле. Оно необходимо для защиты от космических лучей и радиации, способных уничтожить все живое на Земле.

• Умеренная скорость вращения. Если бы Земля вращалась слишком медленно, обращенная к Солнцу сторона успевала бы выгореть, тогда как другая сторона надолго замерзала бы. Если бы Земля вращалась слишком быстро, погода была бы чрезвычайно неустойчивой; постоянно дули бы чудовищные ветры и бушевали бури.

• Расположение на оптимальном расстоянии от центра Галактики. Если бы Земля располагалась слишком близко к центру галактики Млечный Путь, она постоянно находилась бы под ударом опасного излучения. Если бы наша планета находилась слишком далеко от центра Галактики, на ней не нашлось бы достаточного количества тяжелых элементов для возникновения молекул ДНК и протеинов.

Учитывая все вышесказанное, астрономы в настоящий момент считают, что жизнь могла бы существовать за пределами «зоны жизни», на спутниках планет или блуждающих планетах, но шансы на существование пригодных для жизни планет земного типа в пределах этой зоны значительно ниже, чем считалось ранее. В целом большинство исследователей уравнения Дрейка сходятся в том, что шансы обнаружить цивилизацию в Галактике, вероятно, ниже, чем предполагал сам Дрейк.

Профессоры Питер Уорд и Дональд Браунли утверждают: «Мы считаем, что жизнь в форме микробов и подобных им существ вполне обычна во Вселенной — возможно, даже более обычна, чем полагали Дрейк и Саган. Однако сложная жизнь — животные и высшие растения — встречается, скорее всего, гораздо реже, чем обычно считают». В действительности Уорд и Браунли допускают даже возможность, что Земля может быть единственной планетой в Галактике, где существует животная жизнь. (Безусловно, эта теория может погубить в зародыше всякие поиски разумной жизни в нашей Галактике, но вопрос о существовании жизни в других, отдаленных галактиках она все же оставляет открытым.)

Поиск землеподобных планет

Уравнение Дрейка, разумеется, имеет чисто гипотетический характер. Именно поэтому обнаружение за пределами Солнечной системы планет дало толчок поиску внеземной жизни. При этом исследование планет в других солнечных системах сильно затруднено тем фактом, что планету невозможно увидеть даже в самый сильный телескоп — ведь она не излучает собственного света. Как правило, планета в миллион, а то и в миллиард раз тусклее своей звезды.

Чтобы обнаружить в чужих звездных системах планеты, ученым приходится анализировать крохотные колебания центральной звезды — ведь уже планета-гигант вроде Юпитера вполне способна изменять орбиту звезды. (Представьте себе собаку, которая гоняется за собственным хвостом. Точно так же звезда и обращающаяся вокруг нее планета размером с Юпитер на самом деле «гоняются» друг за другом вокруг общего центра масс. Телескоп не в состоянии разглядеть темную планету, но центральная звезда системы при этом ясно видна и заметно колеблется из стороны в сторону.)

Первую достоверную внесолнечную планету обнаружил в 1994 г. Александр Волчан из Университета штата Пенсильвания. Он сумел пронаблюдать планеты, обращающиеся вокруг мертвой звезды, вращающегося пульсара. Поскольку центральная звезда этой системы, по всей видимости, когда-то взорвалась как сверхновая, эти планеты тоже, скорее всего, выжжены и мертвы. В следующем году два швейцарских астронома из Женевы, Мишель Майор и Дидье Кело, объявили, что им удалось обнаружить более многообещающую планету массой примерно с Юпитер около звезды 51 Пегаса. Вскоре после этого «плотину прорвало», и экзопланеты стали появляться одна за другой.

В последние десять лет число планет, которые астрономы ежегодно обнаруживают возле далеких звезд, быстро растет. Геолог Брюс Джакоски из Университета Колорадо в Боулдере говорит: «Сейчас особый период в истории человечества. Мы первое поколение, у которого есть реальный шанс обнаружить жизнь на другой планете».

Но ни одна из обнаруженных до сих пор солнечных систем не похожа на нашу. Когда-то астрономы считали, что Солнечная система типична и что такие системы часто встречаются во Вселенной. Ее основные черты — круговые орбиты планет и четкое деление планет на три типа: каменные планеты возле центральной звезды, далее газовые гиганты и, наконец, кометный пояс из летающих ледяных гор.

Но астрономы, к своему большому изумлению, обнаружили, что ни одна из планет в других системах не соответствует этой простой схеме. В частности, планеты-гиганты вроде Юпитера, казалось бы, должны располагаться далеко от центральной звезды; на самом же деле многие из них обращаются или по очень близкой к звезде орбите (даже ближе, чем Меркурий в Солнечной системе), или по очень сильно вытянутой. В любом из этих случаев на существование маленькой планеты земного типа в пределах «зоны жизни» надеяться не приходится. Если планета класса Юпитера обращается по очень близкой к звезде орбите, это означает, что она мигрировала туда с далекой орбиты и теперь по спирали приближается к центру своей системы (вероятно, ее постепенно тормозит пыль). В какой-то момент эта гигантская планета должна была пересечь орбиту маленькой планеты земного типа; при этом меньшая планета оказалась бы выброшенной в глубины космоса. Если же планета величиной с Юпитер обращается вокруг звезды по сильно вытянутой орбите, это означает, что она регулярно пересекает «зону жизни», опять же отбрасывая при этом прочь от звезды любую встреченную планету земного типа.

Такие результаты, конечно, разочаровали охотников за планетами и астрономов, рассчитывавших на планеты земного типа, но по зрелому размышлению именно таких результатов и следовало ожидать. Наши инструменты настолько грубы, что регистрируют только самые крупные, самые стремительные планеты-гиганты, способные оказать на центральную звезду заметное влияние. Поэтому неудивительно, что сегодняшние телескопы регистрируют только чудовищно большие планеты, которые к тому же стремительно перемещаются в пространстве. Если бы где-нибудь существовал точный близнец нашей Солнечной системы, наши грубые инструменты, вероятно, не смогли бы его обнаружить.

Возможно, ситуация изменится после запуска космических аппаратов «Коро», «Кеплер» и TPF (что означает «Искатель землеподобных планет»). Предполагается, что эти обсерватории сумеют отыскать в космосе несколько сотен планет земного типа.

«Коро» и «Кеплер», к примеру, должны искать слабую тень, которую отбрасывает планета земного типа на поверхность центральной звезды, чуть ослабляя при этом ее свет. Хотя саму планету увидеть не удастся, спутник сможет зарегистрировать легкое падение блеска центральной звезды.

Французский спутник «Коро» (его название составлено из букв французских слов «конвекция», «вращение» и «прохождение планеты») успешно запущен в декабре 2006 г.; это новая точка отсчета, первый космический зонд для поиска планет за пределами Солнечной системы. Ученые надеются обнаружить с его помощью от десяти до сорока планет земного типа. Если их ожидания оправдаются, то можно будет говорить об обнаружении каменных планет — а не газовых гигантов, — всего в несколько раз превосходящих по размеру нашу Землю. Кроме того, «Коро», вероятно, добавит новые строки в уже имеющийся список юпитероподобных планет. «Коро», в отличие от нынешних приборов наземного базирования сможет обнаруживать планеты любых размеров и любой природы», — говорит астроном Клод Катала. Ученые надеются, что этот спутник просканирует до 120 000 звезд.

В любой момент можно ожидать сообщения о том, что «Коро» обнаружил в космосе первую планету земного типа, и этот момент станет поворотным пунктом в истории астрономии. Возможно, в будущем люди испытают шок при взгляде на звездное небо — ведь они будут точно знать, что там, у далеких звезд, есть планеты, пригодные для разумной жизни. Глядя в небеса, мы, возможно, станем всерьез задаваться вопросом: а не смотрит ли кто-нибудь оттуда на нас?

Запуск спутника «Кеплер» NASA в настоящий момент намечает на май 2009 г. Спутник снабжен настолько чувствительной аппаратурой, что сможет, как ожидается, обнаружить в космосе до нескольких сотен землеподобных планет. Он должен будет измерить яркость 100 000 звезд и обнаружить при этом прохождения планет по звездному диску. За четыре года, на которые рассчитана программа его работы, «Кеплер» должен пронаблюдать и проанализировать тысячи звезд на расстояниях до 2000 световых лет от Солнца. По приблизительным оценкам ученых, за первый год на орбите спутник должен обнаружить:

• 50 планет размером примерно с Землю;

• 185 планет крупнее Земли примерно на 30%;

• 640 планет примерно в 2,2 раза крупнее Земли.

Возможно, самые верные шансы обнаружить планеты земного типа имеет обсерватория TPF, или Terrestrial Planet Finder. После нескольких задержек запуск предварительно назначен на 2014 г.[23]; этот спутник должен будет с большой точностью проанализировать сто звезд на расстояниях до 45 световых лет. Предполагается оборудовать его двумя отдельными приборами для поиска далеких планет. Первый из них — коронограф, особый телескоп, который блокирует свет центральной звезды, ослабляя его в миллиард раз. Этот телескоп будет в три-четыре раза круп нее и в десять раз точнее космического телескопа имени Хаббла. Вторым прибором на TPF станет интерферометр, способный за счет интерференции световых волн ослабить свет центральной звезды в миллион раз.

Тем временем Европейское космическое агентство планирует в 2015 г. или позже запустить собственную космическую систему для поиска далеких планет под названием «Дарвин». Предполагается, что она будет состоять из трех телескопов примерно по 3 м в диаметре, которые будут летать «строем» и работать как один большой интерферометр. Эта обсерватория также будет заниматься поиском в космосе планет земного типа.

Если ученым действительно удастся найти в космосе несколько сотен землеподобных планет, это, кроме всего прочего, позволит более рационально распределить усилия по программе SETI. Вместо того чтобы просматривать все ближние звезды подряд, астрономы смогут сосредоточить усилия на небольшом числе звезд, возле которых, возможно, имеются планеты земного типа.

На что они похожи?

Пока астрономы ищут инопланетян в космосе, другие ученые на основании данных физики, биологии и химии пытаются догадаться, на что может быть похожа инопланетная жизнь. Еще Исаак Ньютон, например, задавался вопросом: почему все животные, которых мы видим вокруг, обладают двусторонней симметрией (все они имеют симметрично расположенные два глаза, две «руки» и две «ноги»)? Что это — счастливая случайность или промысел Божий?

Сегодня биологи считают, что во время «кембрийского взрыва», примерно полмиллиарда лет назад, природа экспериментировала с огромным количеством всевозможных форм и видов только появлявшихся тогда крошечных многоклеточных существ. Некоторые из них имели хорды в виде букв X, Y или Z.

Другие обладали центральной симметрией, подобно современным морским звездам. Случайно среди прочих появилось существо с хордой в виде буквы I и двусторонней симметрией тела — и именно оно стало предком большинства млекопитающих на Земле. Так что в принципе инопланетная разумная жизнь не обязательно должна быть гуманоидной и обладать двусторонней симметрией — той самой, которую активно использует Голливуд при изображении инопланетян.

Кое-кто из биологов считает, что причина такого многообразия всевозможных форм жизни во время «кембрийского взрыва» кроется в «гонке вооружений» между хищником и жертвой. Появление многоклеточных организмов, способных поглощать и переваривать другие организмы, дало толчок ускоренной эволюции тех и других; каждый старался перехитрить соперника. Точно так же во время холодной войны гонка вооружений между Советским Союзом и Соединенными Штатами заставляла тех и других шевелиться, чтобы ни в коем случае не отстать.

Изучая зарождение жизни на Земле, можно сделать некоторые предположения и о том, как вообще может возникнуть разумная жизнь. Ученые считают, что для разумной жизни, скорее всего, необходимы:

1) какое-то зрение или другой чувственный механизм, позволяющий изучать окружающую обстановку;

2) какой-то механизм для хватания — это могутбыть противопоставленные пальцы, как у нас, но могут быть и щупальца, клешни или другие приспособления;

3) какая-то коммуникационная система, например речь.

Эти три условия необходимы, чтобы чувствовать окружающую действительность, а со временем — и управлять ею; оба эти качества являются отличительными особенностями разума.

Но на этом всякая определенность заканчивается. Вопреки тому, что мы каждый день видим на телеэкране, инопланетяне вовсе не обязаны быть похожи на людей. Большеглазые, похожие на детей пришельцы с кино- и телеэкранов подозрительно напоминают инопланетян из второсортных фильмов 50-х гг. прошлого века; еще тогда этот образ намертво закрепился в нашем подсознании.

(Некоторые антропологи, однако, добавляют к трем условиям возникновения разума четвертый; это условие должно объяснить следующий любопытный факт: человек гораздо умнее, чем необходимо для выживания в лесу. Наш мозг способен овладеть принципами космического полета, квантовой теорией, сложной математикой — очевидно, эти навыки совершенно ни к чему лесным охотникам и собирателям. Зачем нужны эти избыточные возможности мозга? В природе, если мы исследуем пару животных, также обладающих навыками, намного превосходящими требования выживания, — такие как леопард и антилопа, — то обнаружится, что между этими видами шла «гонка вооружений». Аналогично некоторые ученые считают, что существует четвертое условие — биологическая «гонка вооружений», подталкивающая вид к развитию разума. Возможно, в нашем случае «гонка вооружений» шла между разными особями одного — нашего — вида.)

Подумайте о громадном разнообразии форм жизни на Земле. Если бы кто-то в течение нескольких миллионов лет занимался направленной селекцией октоподов, вполне можно допустить, что они тоже стали бы разумными. (Мы отделились от человекообразных обезьян 6 млн лет назад, вероятно, потому, что были плохо приспособлены к изменениям климата на Африканском континенте. Наоборот, осьминог очень хорошо приспособлен к жизни в подводных укрытиях под скалами и потому уже миллионы лет не меняется.) Биохимик Клиффорд Пиковер говорит, что, когда он смотрит «на всяких ракообразных безумного вида, медуз с мягкими щупальцами, гротескных червей-гермафродитов и прочую плесень», он понимает, что «у Бога есть чувство юмора и что нам еще предстоит увидеть во Вселенной отражение всего этого в иной форме».

Но Голливуд, вероятно, прав, когда изображает представителей иных разумных форм жизни плотоядными. Пришельцы-хищники, конечно, гарантируют фильму более высокие сборы — но не только; здесь есть и доля правды. Как правило, хищники умнее своих жертв. Чтобы поймать добычу, они вынуждены планировать, выслеживать, прятаться и нападать из засады. У лис, собак, тигров и львов глаза располагаются впереди, чтобы удобнее было оценивать дистанцию при прыжке. Два глаза позволяют им видеть трехмерное стереоизображение и фокусировать взгляд на жертве. С другой стороны, добыче — такой, как олени и кролики, — достаточно знать, куда и как убегать. Их глаза располагаются по разные стороны головы, обеспечивая полный круговой обзор, и позволяют постоянно видеть все вокруг на 360 градусов.

Другими словами, очень может быть, что инопланетная разумная жизнь также появилась в результате эволюции вида хищников с глазами — или иным чувствительным органом—на голове спереди. Возможно, для этих существ характерны также плотоядность, агрессивность и территориальное поведение, которое мы наблюдаем на Земле у волков, львов и людей. (Но поскольку эти формы жизни возникли, по всей видимости, на основе совершенно иных молекул ДНК и протеинов, им должно быть совершенно не интересно нас поедать или спариваться с нами.)

Можно также воспользоваться знанием физики и предположить, какого размера может быть тело подобного существа. Предполагая, что живут они на планете земного типа и, подобно земным существам, имеют плотность тканей, примерно равную плотности воды, мы можем исключить слишком большие размеры благодаря закону масштабирования; этот закон утверждает, что с увеличением размеров любого объекта законы природы для него меняются буквально катастрофически.

Чудовища и закон масштаба

Рассмотрим пример. Если бы Кинг-Конг существовал на самом деле, он никак не мог бы терроризировать Нью-Йорк. Наоборот, при первой же попытке шагнуть у него сломались бы ноги. Дело в том, что, если взять обезьяну и увеличить ее пропорционально в десять раз, ее вес при этом увеличится пропорционально объему, т.е. в тысячу раз (10 х 10 х 10 = 1000). Итак, обезьяна стала в тысячу раз тяжелее. Но ее сила увеличилась пропорционально толщине костей и мускулов. Площадь сечения костей и мышц увеличивается пропорционально квадрату линейной величины, т.е. вдесятеро (10 х 10 = 100). Другими словами, если Кинг-Конг будет в 10 раз больше обычной обезьяны, то он будет превосходить ее силой всего в сто раз, а весить в тысячу раз больше. Таким образом, при увеличении размера обезьяны вес растет гораздо быстрее, чем сила. Если говорить относительно, то Кинг-Конг окажется в 10 раз слабее обычной обезьяны. Вот почему его ноги сразу же сломаются.

Помню, как в начальной школе наш учитель удивлялся силе муравья, способного поднять лист, во много раз более тяжелый, чем сам муравей. Учитель делал из этого вывод, что будь муравей размером с дом, он мог бы легко поднять и унести этот дом. Но это предположение неверно. Причина та же, что и в случае с Кинг-Конгом. Если бы муравей был размером с дом, его ноги тоже сломались бы. Если увеличить муравья в тысячу раз, он станет в 1000 раз слабее обычного муравья и потому рухнет под собственным весом. (А также задохнется. Муравей дышит через отверстия в боку. Площадь сечения воздушных каналов растет как квадрат радиуса, а объем муравья — как куб радиуса. Таким образом, муравей в 1000 раз больше обычного будет получать в 1000 раз меньше воздуха, чем необходимо для нормального снабжения кислородом мускулов и тканей тела. Кстати говоря, именно поэтому чемпионами в фигурном катании на коньках и гимнастике становятся, как правило, люди небольшого роста, но нормальных пропорций. Они обладают большей мускульной силой на единицу веса, чем высокие люди.)

При помощи закона масштабирования мы можем также определить примерные параметры животных на Земле и, вероятно, инопланетян в космосе. Тепло, излучаемое живым организмом, пропорционально площади его поверхности. Следовательно, при увеличении животного в 10 раз его теплопотери вырастут в 100 раз. Но количество тепла в теле пропорционально его объему и поэтому вырастет в 1000 раз. Следовательно, крупные животные теряют тепло медленнее, чем мелкие. (Именно поэтому зимой у нас первыми замерзают пальцы и уши — у них максимальная относительная площадь поверхности; именно поэтому маленькие люди замерзают быстрее, чем крупные. Этим же можно объяснить, почему газеты сгорают очень быстро — у них очень большая относительная площадь, а толстые поленья горят медленно — у них площадь поверхности относительно невелика.) Этим объясняется также, почему киты в Арктике имеют каплевидную форму — из всех геометрических форм минимальной площадью поверхности на единицу массы обладает сфера. И почему насекомые в теплом климате могут себе позволить произвольную форму с относительной большой площадью поверхности на единицу массы.

В фильме киностудии Диснея «Дорогая, я уменьшил детей» в се члены семьи уменьшаются до размеров муравьев. Начинается гроза, и мы видим, как в микромире крохотные капли падают в лужи. На самом деле дождевая капля с точки зрения муравья должна выглядеть не крохотной капелькой, а громадной водяной полусферой. В обычном мире полусферический объем воды будет нестабилен и растечется под собственной тяжестью, но в микромире сила поверхностного натяжения относительно велика и легко удерживает воду в полусферическом объеме (представьте себе каплю на листе).

Аналогично на основании законов физики мы можем примерно оценить соотношение площади поверхности к объему для животных, обитающих на далеких планетах. Эти законы подсказывают нам, что инопланетяне из космоса, вероятнее всего, не будут гигантами, каких очень любит изображать научная фантастика. Скорее они будут напоминать по размеру нас. (Киты намного превосходят нас размерами, потому что живут в более плотной среде, морской воде. Именно поэтому выброшенный на берег кит умирает, раздавленный собственным весом.)

Закон масштабирования означает, что с погружением глубже и глубже в микромир законы природы меняются. Этим объясняется тот факт, что квантовая теория представляется такой странной — ведь она противоречит нашим представлениям о Вселенной, основанным на опыте и здравом смысле. Закон масштабирования исключает знакомую нам по фантастике идею о вложенных мирах (суть ее состоит в том, что в любом атоме может скрываться целая вселенная, и наоборот, наша галактика является атомом другой, гораздо более крупной вселенной). Эту идею, в частности, использовали авторы фильма «Люди в черном». В финальной сцене фильма камера отступает от Земли, в поле зрения появляются планеты, звезды, галактики — ив конце концов становится видно, что вся наша Вселенная — мячик в игре гигантских представителей иного разума.

На самом деле Галактика нисколько не похожа на атом, а электроны в своих оболочках ничем не напоминают планеты. Нам известно, что все планеты не похожи друг на друга и могут обращаться вокруг центральной звезды по любой орбите. В атомах же все субатомные частицы совершенно одинаковы. Они не могут обращаться вокруг ядра на произвольном расстоянии; наоборот, они могут двигаться только по дискретным орбитам. (Более того, в отличие от планет электроны способны вести себя необычно, вопреки здравому смысл, например находиться в двух местах одновременно или обладать свойствами волны.)

Физика развитых цивилизаций

Для разговора о том, какими могут оказаться космические цивилизации, тоже можно воспользоваться знанием физических законов. Если взглянуть на развитие нашей собственной цивилизации за последние 100 000 лет, т.е. с того момента, как в Африке появились первые люди современного типа, можно увидеть, что это история все возрастающего потребления энергии. Русский астрофизик Николай Кардашев выдвинул предположение о том, что стадии развития внеземных цивилизаций Вселенной тоже можно классифицировать по уровню потребления энергии. Он разделил все возможные цивилизации на три группы:

1. Цивилизации I типа: те, кто собирает планетарную энергию, полностью используя падающий на планету солнечный свет. Возможно, представители этих цивилизаций овладели энергией вулканов, научились управлять погодой, контролировать землетрясения и строить города в глубинах океана. Вся энергия планеты находится у них под контролем.

2. Цивилизации II типа: те, кто полностью использует энергию своего светила, что делает их в 10 млрд раз могущественнее цивилизаций I типа. Федерация планет в сериале «Звездный путь» принадлежит к цивилизациям II типа. Такая цивилизация в определенном смысле бессмертна; ни один из известных науке факторов, таких как ледниковый период, столкновение с астероидом или даже сверхновая, не в состоянии погубить ее. (Если их собственная звезда вскоре должна взорваться, эти существа могут переселиться в другую звездную систему или даже перевести к другой звезде собственную планету.)

3. Цивилизации III типа: те, кто может пользоваться энергией целой галактики, что делает их в 10 млрд размогущественнее цивилизаций II типа. Этому типу соответствуют цивилизация боргов в «Звездном пути», Империя в «Звездных войнах» и галактическая цивилизация в серии Азимова про Основание. Каждая из этих цивилизаций колонизировала миллиарды звездных систем и способна использовать энергию черной дыры в центре своей галактики. Они свободно путешествуют по всей галактике.

Кардашев считает, что любая цивилизация, энергетическое потребление которой растет с умеренной скоростью [несколько процентов в год), будет стремительно переходить с одной ступени на другую; такой переход займет у нее от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч лет.

Как я уже рассказывал в своих предыдущих книгах[24], наша цивилизация может считаться цивилизацией типа 0 (так как наши машины работают на энергии горения мертвых растений, нефти и угля). Мы используем лишь крохотную частичку всей солнечной энергии, которая достается нашей планете. Но уже сегодня можно видеть, как на Земле зарождаются первые признаки цивилизации I типа. Интернет — зародыш системы дальней связи, которая охватит в будущем всю планету. В появлении и развитии Европейского союза, созданного в противовес Североамериканской зоне свободной торговли, можно разглядеть зачатки экономики I типа. Английский уже стал главным языком международного общения на Земле, языком науки, финансов и бизнеса. Мне кажется, он может со временем стать языком цивилизации I типа, на котором будут говорить буквально все жители планеты. Местные культуры и обычаи будут и дальше процветать на Земле в тысячах самых разных вариантов, но на всю эту мозаику наций и народностей наложится единая земная культура — возможно, доминантой в ней будут служить молодежная культура и коммерциализм.

Успешный переход цивилизации с одной ступени на другую вовсе не гарантирован. К примеру, самым опасным может оказаться переход с типа 0 к типу I. Цивилизация нулевого типа все еще страдает от сектантства, фундаментализма и расизма, характерных для периода бурного развития, и неясно, позволят ли эти племенные и религиозные страсти осуществить переход. (Не исключено, что мы не видим в Галактике цивилизаций I типа именно потому, что перехода, как правило, не происходит, цивилизация саморазрушается. Когда-нибудь, добравшись до иных звезд, мы вполне можем наткнуться на останки цивилизаций, которые убили себя: атмосфера их планеты сделалась радиоактивной или, скажем, слишком горячей и непригодной для жизни.)

К моменту, когда цивилизация достигает III стадии, у нее уже достаточно энергии и знаний, чтобы свободно путешествовать по Галактике и, скажем, посетить планету Земля. Такие цивилизации вполне способны — как в фильме «2001» — разослать по всей Галактике в поисках разумной жизни самовоспроизводящиеся автоматические зонды.

Но цивилизация III типа вряд ли захочет навестить или завоевать нас, как в фильме «День независимости», где такая цивилизация распространяется по галактике как саранча, захватывая планеты одну за другой и высасывая из них ресурсы досуха. На самом деле в космосе бесчисленное количество мертвых планет с богатейшими запасами минеральных ресурсов, и их можно беспрепятственно собирать, не связываясь с упрямым местным населением. Отношение цивилизации III типа к нам можно было бы сравнить с нашим отношением к муравьям и муравейнику. Мы ведь не будем склоняться над муравейником и предлагать его обитателям бусы и прочие безделушки; скорее мы просто не будем обращать на них внимание.

Для муравьев главная опасность не в том, что люди вдруг захотят вторгнуться в муравейник или уничтожить муравьиный род. Главная опасность — в том, что муравейник помешает людям, и его просто походя снесут. Не забывайте, что если говорить об энергопотреблении, то расстояние между цивилизацией III типа и нашей цивилизацией нулевого типа гораздо больше, чем между нами и муравьями.

НЛО

Некоторые люди утверждают, что инопланетяне уже бывали на Земле и именно им принадлежат таинственные НЛО. Услышав о летающих тарелочках, ученые, как правило, закатывают глаза и отвергают всякую возможность принадлежности их представителям инопланетной цивилизации; отговариваются обычно тем, что межзвездные расстояния слишком громадны. Но, несмотря на реакцию ученых, количество сообщений об НЛО с годами не уменьшается.

Первые случаи наблюдения неопознанных летающих объектов восходят к началу письменной истории. К примеру, в Библии пророк Иезекииль упоминает загадочные «колеса внутри колес в небе»; кое-кто считает эти слова описанием НЛО. В 1450 г. до н.э. в Египте, во время правления фараона Тутмоса III, египетские жрецы оставили описание некоего события, где присутствовали «огненные круги» ярче солнца, размером около 5 м; эти крути появлялись в течение нескольких дней и в конце концов поднялись в небо. В 91 г. до н. э. римский автор Юлий Обсеквенс писал о «круглом объекте, вроде шара, овального или круглого щита, который двигался по небу». В 1235 г. японский генерал Ёрицуме и его армия наблюдали в небе возле Киото странные светящиеся шары. В 1561 г. в небе над Нюрнбергом в Германии видели множество объектов, которые как будто вели между собой воздушный бой.

В середине XX в. ВВС США предприняли крупномасштабное исследование всевозможных сообщений о наблюдении НЛО. В 1952 г. ВВС запустили проект «Синяя книга», в котором было проанализировано 12 618 подобных сообщений. В итоговом докладе говорилось, что огромное большинство их может быть объяснено наблюдением естественных явлений или обычных воздушных судов, а также намеренным обманом. Тем не менее 6% случаев не получили никакого объяснения. В 1969 г. появился доклад Кондона, где отвергалась всякая возможность внеземного происхождения НЛО и польза подобных исследований, и проект «Синяя книга» был закрыт. Это был последний известный проект такого рода в американских ВВС.

В 2007 г французское правительство ознакомило широкую общественность с накопленными за много лет данными по НЛО. Доклад, опубликованный в Интернете французским Национальным центром космических исследований, охватывает 1600 случаев наблюдения НЛО на протяжении 50 лет; в нем 100 000 страниц рассказов свидетелей, кино- и аудиозаписей. Французское правительство утверждает, что 9% случаев можно объяснить полностью, 33% имеют вероятное объяснение, но все остальные достоверно объяснить не удалось.

Разумеется, независимую проверку подобных сообщений провести очень трудно. Вообще, большую часть сообщений о наблюдении НЛО можно отмести как недостоверные, если учесть следующее.

1. Планета Венера — самый яркий объект на земном небе после Луны. Она находится очень далеко от наблюдателя, поэтому, если вы едете в машине, кажется, что эта светящаяся точка движется за вами, причем намеренно. Точно такое же впечатление, кстати говоря, создается при наблюдении Луны. Человек судит о расстоянии до движущегося объекта, сравнивая его с другими объектами вокруг. Луна и Венера находятся очень далеко и сравнивать их нам не с чем, они вообще не движутся относительно окружающих нас предметов, отсюда и иллюзия того, что эти небесные объекты следуют за нами.

2. Болотный газ. Если над болотистой местностью возникает температурная инверсия, выделяющийся газ может накапливаться над самой землей; иногда он даже слегка светится. Небольшие скопления газа, отделяясь от крупных, могут создавать впечатление разведкатеров, покидающих «корабль-матку».

3. Метеоры. Эти небесные тела могут несколько секунд вычерчивать на ночном небе яркие полосы, создавая впечатление полета управляемого корабля. Иногда метеор может разделиться, опять же создавая впечатление разведкатеров, покидающих «корабль-матку».

4. Атмосферные аномалии. Всевозможные молнии во время грозы и необычные атмосферные явления могут освещать небо самым неожиданным образом, создавая иллюзию НЛО.

В XX и XXI вв. рассказы об НЛО могут порождаться и другими явлениями.

1. Радарное эхо. Излучение радара, отражаясь от гор и других естественных объектов, может создавать эхо, которое тоже будут принимать антенны радара. Такое эхо может даже двигаться по экрану зигзагом или на громадной скорости — ведь это всего лишь эхо.

2. Метео- и другие исследовательские воздушные шары. Военные в своем довольно спорном докладе утверждают, что причиной знаменитого слуха об аварии в 1947 г. инопланетного корабля в Розвелле, штат Нью-Мексико, стал отказавший аэростат проекта «Могул» — сверхсекретного проекта по мониторингу уровней радиации в атмосфере в случае начала ядерной войны.

3. Самолеты. Известны случаи, когда причиной сообщений об НЛО становились пассажирские и военные самолеты. Особенно часто это происходит в случае экспериментальных полетов новейших экспериментальных самолетов, таких как бомбардировщик «стелc». (Военные США даже поощряли слухи о летающих тарелочках, чтобы отвлечь внимание от собственных сверхсекретных проектов.)

4. Намеренный обман. Некоторые из самых известных снимков летающих тарелочек на самом деле являются подделками. Одна из известнейших летающих тарелок с окошками и опорами на самом деле представляла собой слегка переделанную кормушку для цыплят.

На основании всего вышесказанного может быть отвергнуто по крайней мере 95% случаев наблюдения НЛО. Но оставшиеся несколько процентов по-прежнему остаются необъясненными. Наиболее достоверные случаи наблюдения ШЮ включают: а) многочисленные свидетельства независимых, достойных доверия людей и б) свидетельства из различных источников, скажем данные людей-наблюдателей и радара. От таких случаев труднее отмахнуться, так как несколько независимых источников отчасти подтверждают друг друга. Так, в 1986 г. НЛО над Аляской наблюдали пассажиры рейса 1628 японской авиакомпании JAL; Федеральная авиационная администрация США провела расследование этого происшествия. Кроме пассажиров самолета НЛО наблюдал и наземный радар. Аналогично в 1989-1990 гг. радары неоднократно наблюдали над Бельгией черные треугольники; их видели также радар НАТО и самолеты-перехватчики, В 1976 г. НЛО видели над иранским городом Тегераном; результатом, как явствует из документов ЦРУ, стали многочисленные отказы оборудования на перехватчике F-4.

Ученых приводит в отчаяние тот факт, что из тысяч зарегистрированных случаев наблюдения НЛО ни один не дал никаких реальных материальных свидетельств, которые можно было бы изучить в лаборатории и получить при этом повторяемые результаты. Никакой чужой ДНК, никаких чужих компьютерных чипов — вообще нет никаких материальных свидетельств посадки инопланетных кораблей на Землю.

Предположим на мгновение, что НЛО все же представляют собой не иллюзии, а реальные космические корабли; тогда можно спросить себя, какие именно это корабли. Бот некоторые из характеристик, на которые указывают рассказы свидетелей.

A. Известно, что они могут резко менять направление полета.

Б. Известно, что вблизи них перестает действовать зажигание в автомобилях и вообще электрические приборы.

B. Они могут бесшумно висеть в воздухе.

Ни одна из этих характеристик не имеет отношения к земным ракетам. К примеру, все известные нам ракеты действуют на основании третьего закона Ньютона (действие равно противодействию); но наблюдаемые НЛО, похоже, не выбрасывают реактивной струи—да и вообще ничего. Кроме того, перегрузки в летающей тарелке, выделывающей в небе стремительные зигзаги, должны были бы составить 100 g и более; такие перегрузки не в состоянии выдержать ни одно живое существо на Земле,

Может ли современная наука объяснить такие характеристики летающих тарелочек, по-прежнему предполагая, что сообщения о них правда и НЛО существуют? В кино, например в фильме «Земля против летающих тарелочек», всегда предполагается, что этими кораблями управляют инопланетяне. Но гораздо более вероятно, что эти корабли, если они существуют, — автоматические (или их пилотируют наполовину органические, наполовину механические существа). Это объяснило бы маневры, которые раздавили бы любое живое существо.

Корабль, способный блокировать зажигание и бесшумно висеть в воздухе, заставляет предположить в качестве движителя магнитные силы. Проблема в том, что у магнита всегда два полюса, северный и южный. Если вы поместите такой магнит в магнитное поле Земли, он просто развернется (подобно стрелке компаса), но не будет висеть в воздухе, как НЛО. Вообще, если южный полюс магнита движется в одну сторону, то северный движется в противоположную, — магнит разворачивается и в целом никуда не движется.

Одно из возможных решений этой проблемы — использование «моношлей», т. е. магнитов всего с одним полюсом, северным или южным. В нормальных условиях, если вы разломите магнит пополам, вы не получите двух монополей. Вместо этого каждая половинка станет самостоятельным магнитом, с собственными двумя полюсами, т. е. станет еще одним диполем. Сколько бы вы ни дробили магнит, вы всегда обнаружите у каждого обломка два полюса. (Этот процесс можно продолжать до атомного уровня; каждый атом тоже представляет собой диполь.)

Ученым еще никогда не удавалось увидеть монополь в лаборатории. Физики пытались обнаружить и сфотографировать след монополя на своей аппаратуре, но это тоже не получилось (за исключением единственного очень спорного изображения, полученного в Стэнфордскомуниверситете в 1982 г.).

Хотя пока монополей достоверно увидеть не удалось, физики в большинстве своем уверены, что когда-то — а именно в момент Большого взрыва — во вселенной их было пруд пруди. Эта идея вошла в последние космологические теории Большого взрыва. Но после Большого взрыва вселенная резко расширилась, и плотность монополей в ней соответственно уменьшилась, поэтому нам так трудно сегодня увидеть их в лаборатории. (На самом деле отсутствие монополей вокруг—это ключевой факт, который заставил физиков выдвинуть идею инфляционной стадии в развитии вселенной. Поэтому на сегодняшний день в физике прочно укоренилась концепция реликтовых монополей.)

Таким образом, можно представить космическую расу, способную собирать эти «первичные монополи», оставшиеся после Большого взрыва, при помощи большой магнитной «сети», раскинутой в открытом космосе. Набрав достаточно монополей, такая раса сможет свободно летать по космосу, пользуясь только существующими во вселенной магнитными полями. Учитывая, что монополи в данный момент весьма интересуют многих космологов, существование таких кораблей, безусловно, не входит в противоречие с современными физическими представлениями.

Наконец, можно быть уверенным в том, что любая цивилизация, способная рассылать по вселенной звездолеты, давно овладела нанотехнологиями. Это означает, что корабли такой расы не обязательно будут очень уж большими; зато их можно рассылать миллионами на поиски и изучение населенных планет. Лучшими базами для нанокораблей стали бы, конечно, пустынные луны. Если это так, то и на нашей Луне когда-то побывали, возможно, представители цивилизации III типа, примерно как рассказано в сценарии фильма «2001», самого реалистичного, пожалуй, изображения встречи с инопланетной цивилизацией. Более чем вероятно, корабль этой цивилизации был бы автоматическим и опустился бы на Луну. (Возможно, пройдет еще лет сто, прежде чем мы сможем просканировать всю Луну в поисках аномалий излучения и обнаружить древние свидетельства визитов нанокораблей в нашу Солнечную систему.)

Если нашу Луну в прошлом действительно посещали представители иной цивилизации или, скажем, она является базой нанокораблей, то можно понять, почему НЛО не обязательно имеют большие размеры. Некоторые ученые отвергают саму возможность существования НЛО только потому, что они не соответствуют ни одному из гигантских реактивных двигателей, которые сегодня реально рассматривают наши инженеры, — это наверняка не прямоточные ядерные двигатели, не гигантские паруса, движимые «лазерным ветром», не импульсные термоядерные корабли, каждый из которых может достигать нескольких километров в поперечнике. НЛО вполне может быть размером с реактивный самолет. Но если на Луне существует постоянная база, оставшаяся с прошлого визита, то им и необязательно быть большими; они могут без труда заправиться на базе. Тогда на Земле наблюдают, скорее всего, автоматические корабли-разведчики, стартовавшие с лунной базы.

Учитывая стремительное продвижение программы SETI и обнаружение все новых внесолнечных планет, контакт с внеземной жизнью — считая, разумеется, что таковая существует в нашей ближайшей окрестности, — может произойти уже в этом столетии, что заставляет отнести такой контакт к I классу невозможности. Если в космосе действительно существуют иные цивилизации, возникает следующий очевидный вопрос: сможем ли мы когда-нибудь добраться до них? И как насчет нашего собственного отдаленного будущего, когда Солнце начнет расширяться и готово будет поглотить Землю? Неужели наша судьба действительно там, среди звезд?

^

9. Звездолеты

Нелепая идея выстрелить в Луну — прекрасный пример того, до какого абсурда может довести ученых порочная специализация… совершенно очевидно, что это предложение в принципе нереализуемо.
А. Бикертон, 1926 г.
Лучшая часть человечества, по всей вероятности, никогда не погибнет, но будет переселяться от солнца к солнцу, по мере их погасания. Нет конца жизни, конца разуму и совершенствованию человека. Прогресс его вечен.
Константин Циолковский, отец ракетной техники

Однажды в далеком будущем наступит наш последний спокойный день на Земле. Когда-нибудь, через миллиарды лет, небо вспыхнет огнем. Солнце вспухнет пламенным шаром, бушующий ад заполнит небеса. Температура на Земле резко подскочит, океаны вскипят и испарятся, оставив после себя обугленную иссохшую пустыню. Горы постепенно расплавятся и потекут потоками лавы по тем местам, где когда-то стояли полные жизни города.

Законы природы говорят нам, что этот мрачный сценарий — наше неизбежное будущее. Когда-нибудь Земля погибнет в пламени и будет поглощена Солнцем. Это закон природы.

Катастрофа произойдет в течение ближайших 5 млрд лет. В этом космическом масштабе расцвет и падение человеческих цивилизаций кажется крохотной рябью на поверхности океана времени. Когда-нибудь мы должны будем покинуть Землю или умереть. И когда условия на Земле станут невыносимыми, человечеству, нашим потомкам, придется что-то предпринимать. Что?

Математик и философ Бертран Расселл однажды посетовал, «что ни огонь, ни героизм, ни сила мысли или чувства не могут сохранить жизнь после могилы; что все труды веков, вся преданность, все вдохновение, вся полуденная яркость человеческого гения обречены на гибель в гигантском пожаре Солнечной системы; и весь храм достижений Человека с неизбежностью будет погребен под развалинами Вселенной…».

Для меня его слова — одно из самых отрезвляющих высказываний. Но Расселл писал в те времена, когда ракетные корабли считались невозможными. Сегодня перспектива когда-нибудь покинуть Землю уже не кажется столь фантастической. Карл Саган как-то заметил, что нам следовало бы стать «двупланетным видом». Жизнь на Земле столь драгоценна, сказал он, что ее следовало бы распространить по крайней мере еще на одну планету — на случай катастрофы. Земля движется в «космическом тире», полном астероидов, комет и других обломков, дрейфующих недалеко от ее орбиты. Столкновение с любым из них может привести к гибели человечества.

Грядущие катастрофы

Поэт Роберт Фрост задавался вопросом: каким образом погибнет Земля, в пламени или во льду? Мы, зная законы природы, можем уверенно предположить, каким будет конец мира в случае естественной катастрофы.

Если говорить о тысячелетиях, то одной из опасностей, угрожающих нашей цивилизации, является наступление нового ледникового периода. Последний такой период закончился 10 000 лет назад. Еще через 10-20 тыс. лет, когда наступит следующий, большая часть Северной Америки может оказаться под километровым слоем льда. Расцвет человеческой цивилизации приходится на нынешнее недолгое межледниковье, когда климат на Земле стоит необычайно теплый, но такая ситуация не может продолжаться вечно.

Если говорить о миллионах лет, то катастрофический эффект может принести столкновение с Землей какого-нибудь крупного метеорита или кометы. Последнее подобное столкновение имело место 65 млн лет назад, когда на полуостров Юкатан в Мексике обрушился объект примерно Юкмвпоперечнике. На месте падения возник кратер диаметром около 300 км. Результатом его стало вымирание динозавров — доминировавшей в то время на Земле формы жизни. В этом масштабе времени еще одно космическое столкновение представляется вполне вероятным.

Через несколько миллиардов лет Солнце, постепенно расширяясь, поглотит Землю. Более того, по нашим оценкам, за ближайший миллиард лет Солнце разогреется примерно на 10% и сожжет Землю. Через 5 млрд лет Солнце превратится в красный гигант и в процессе этой эволюции полностью поглотит нашу планету. Земля окажется внутри атмосферы звезды.

Через 10 млрд лет погибнут и Солнце, и галактика Млечный Путь. Наше Солнце, исчерпав наконец запасы водородно-гелиевого топлива, сожмется и превратится в крохотный белый карлик; постепенно звезда остынет, и со временем от нее в космической пустоте останется только черный ком ядерного шлака. Галактика Млечный Путь столкнется с соседней, гораздо более крупной, галактикой — Туманностью Андромеды. Спиральные рукава Млечного Пути будут оторваны, и наше Солнце, вполне возможно, будет вышвырнуто в пустоту космоса. Черные дыры в центрах обеих галактик, сплясав танец смерти, в конце концов столкнутся и сольются воедино.

Итак, установлено, что человечество должно когда-нибудь покинуть Солнечную систему и переселиться к соседним звездам или погибнуть. Остается вопрос: как туда попасть? До ближайшей к нам звезды, Альфы Центавра, больше 4 св. лет. Традиционные ракеты с химическими реактивными двигателями, рабочие лошадки нынешней космической программы, с трудом развивают скорость до 18 км/с. С этой скоростью лететь до ближайшей звезды пришлось бы 70 000 лет.

Анализируя космическую программу, нельзя не отметить, что между нашими сегодняшними возможностями и характеристиками настоящего звездолета, который позволил бы нам начать исследование Вселенной, существует громадная пропасть. После того как в начале 1970-х гг. закончилось исследование Луны, наша пилотируемая программа предусматривала работу астронавтов на орбитах не выше 500-600 км на шаттлах и Международной космической станции. Однако в 2010 г. NASA планирует прекратить полеты шаттлов и создать вместо них космический корабль «Орион»; этот же корабль должен будет к 2020 г. снова — после полувекового перерыва — доставить астронавтов на Луну. Планируется организовать на Луне постоянную обитаемую базу. После этого, возможно, будет отправлена пилотируемая экспедиция к Марсу.

Очевидно, если мы хотим когда-нибудь добраться до звезд, нам потребуются ракеты совершенно иного типа. Необходимо радикально увеличить либо тягу наших двигателей, либо время их работы. К примеру, крупная ракета с химическими двигателями может обладать тягой в несколько тысяч тонн, но работать она будет всего несколько минут. И наоборот, ракета с двигателем другого типа, например ионным (он будет описан чуть ниже), хотя и обладает небольшой тягой, зато работать в открытом космосе способна годами. Там, где речь идет о ракетах, черепаха всегда обгонит зайца.

Ионные и плазменные двигатели

В отличие от химических реактивных двигателей, ионные не производят внезапного и очень эффектного выброса раскаленных газов, которые, собственно, и толкают традиционные ракеты. Их тяга обычно измеряется не в тоннах, а в граммах. Если такой двигатель на Земле положить на стол, у него не хватит сил сдвинуться с места. Но все, что эти двигатели недобирают в тяге, они более чем компенсируют продолжительностью работы; в вакууме открытого космоса они способны работать годами[25].

Типичный ионный двигатель напоминает внутренность телевизионной трубки — кинескопа. Электрический ток разогревает нить, которая, в свою очередь, создает поток ионизированных атомов, например, ксенона, которые затем выбрасываются через сопло. Вместо струи раскаленного, взрывного газа ионный двигатель выбрасывает слабый, но постоянный поток ионов.

В 1998 г. NASA провело успешный запуск зонда «Дип Спейс-1» с ионным двигателем NSTAR на борту; этот двигатель проработал в общей сложности 678 суток, установив тем самым новый рекорд. Европейское космическое агентство также провело испытания ионного двигателя на борту лунного аппарата SMART-1. На японском космическом зонде «Хаябуса», который сблизился с астероидом, произвел посадку на него и забор грунта, работали четыре ксеноновых ионных двигателя. Вообще, ионный двигатель по характеристикам выглядит не блестяще, но способен обслуживать дальние (и не слишком спешные) экспедиции к другим планетам. Возможно, когда-нибудь ионный двигатель станет непритязательной рабочей лошадкой межпланетного транспорта.

Плазменный двигатель представляет собой более мощную версию ионного. В качестве примера такого двигателя можно назвать VASIMR (variable specific impulse magnetoplasma rocket — магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом); для разгона в космосе в нем используется мощный поток плазмы. Этот двигатель разработан астронавтом и инженером Франклином Чанг-Диасом. Водород в нем разогревается до температуры в несколько миллионов градусов при помощи радиоволн и магнитных полей. Очень горячая плазма выбрасывается затем через сопло ракеты, развивая при этом значительную тягу. На Земле прототипы таких двигателей уже созданы и испытаны, но в космос ни один из них еще не летал. Некоторые инженеры надеются, что плазменный двигатель можно будет использовать при создании корабля для экспедиции на Марс; это позволило бы существенно, до нескольких месяцев, сократить время в пути. Некоторые разработки предлагают использовать для разогрева плазмы в двигателе солнечную энергию. Другие предполагают использовать энергию ядерного распада (при этом, естественно, возникают дополнительные проблемы безопасности — ведь придется отправлять в космос большое количество ядерных материалов, а космические аппараты подвержены всяческим случайностям).

Но ни у ионного, ни у плазменного двигателя не хватит сил, чтобы доставить нас к звездам. Для этого потребуются реактивные двигатели, основанные на совершенно иных принципах. Одна из серьезных проблем при разработке звездолета — это чудовищное количество топлива, необходимое для путешествия даже к ближайшей звезде, и большой промежуток времени, который потребуется на это путешествие.

Солнечные паруса

Солнечный парус — идея, которая могла бы решить многие проблемы. В основе ее лежит тот факт, что солнечный свет оказывает очень небольшое, но постоянное давление, достаточное для того, чтобы нести сквозь пространство громадный парус. Идея солнечного паруса не нова, она принадлежит великому астроному Иоганну Кеплеру и изложена впервые в его трактате «Сон» 1611 г.

Идея базируется на достаточно простых законах, но разработка реального солнечного паруса, который можно было бы запустить в космос, шла медленно и как будто рывками. В 2004 г. японская ракета успешно доставила в космос два небольших экспериментальных солнечных паруса. В 2005 г. Планетарное общество, компания «Космос Студиос» и Российская академия наук запустили с подводной лодки в Баренцевом море космический парус «Космос-1»; к несчастью, ракета «Волна», на которой он находился, дала сбой и аппарат не вышел на орбиту. (Предыдущая попытка запустить суборбитальный парус в 2001 г. также потерпела неудачу.) В феврале 2006 г. японская ракета M-V успешно вывела на орбиту пятнадцатиметровый парус, но раскрылся он не полностью[26].

Исследования и эксперименты в области создания солнечного паруса продвигаются ужасно медленно, но его сторонники уже предложили новую идею, которая могла бы приблизить человека к звездам. Предлагается построить на Луне громадную батарею лазеров, которые пускали бы мощные лучи в солнечный парус; это позволило бы ему долететь до ближайшей звезды. Параметры межзвездного солнечного паруса просто пугают. Сам парус должен составлять несколько сотен километров в поперечнике, а сооружать его нужно непременно и полностью в открытом космосе. На Луне пришлось бы построить тысячи мощных лазеров, способных работать годами и даже десятилетиями. (По одной из оценок, каждый из таких лазеров должен в тысячу раз превосходить по мощности излучения всю сегодняшнюю планету Земля.)

Теоретически гигантский солнечный парус может развить скорость до половины скорости света. Кораблю с таким парусом на дорогу до ближайших звезд потребовалось бы всего около восьми лет. Движитель на этом принципе хорош еще и тем, что все его принципы уже известны. Доя его создания не требуется открывать новых физических законов. Зато в полный рост встают другие проблемы — и экономические, и технические. Сооружение паруса поперечником в несколько сотен километров, а также строительство на Луне тысяч мощных лазеров представляют собой очень серьезную инженерную проблему — и необходимые для реализации проекта технологии появятся, возможно, еще не скоро. (Главная проблема межзвездного солнечного паруса — возвращение назад. Чтобы привести корабль обратно к Земле, придется строить на луне у звезды-цели вторую батарею лазеров. Или совершить около этой звезды стремительный гравитационный маневр, который поможет набрать скорость для обратного пути. Тогда лазеры на Луне можно будет использовать для торможения паруса, чтобы корабль мог спокойно сесть на Землю.)

Прямоточный термоядерный двигатель

Лично мне самым перспективным движителем для путешествия к звездам представляется прямоточный термоядерный двигатель. Во Вселенной больше чем достаточно водорода, так что корабль с таким двигателем мог бы собирать водород — т. е. топливо — по пути, в процессе движения в открытом космосе. По существу, у такого двигателя был бы неистощимый и всегда доступный источник топлива. Собранный водород затем нагревался бы до нескольких миллионов градусов — достаточно для термоядерного синтеза — и высвобождал энергию.

Принцип прямоточного ядерного двигателя предложил в 1960 г. физик Роберт Буссард; позже его популяризацией занимался и Карл Саган. Буссард рассчитал, что прямоточный термоядерный двигатель весом около 1000 т мог бы теоретически поддерживать постоянное ускорение, равное 1 g, т.е. сравнимое с действием земной силы тяжести. Представим, что такое ускорение поддерживается в течение года. За это время корабль разгонится до 77% скорости света; этого уже вполне достаточно, чтобы всерьез рассматривать перспективы межзвездных путешествий.

Характеристики прямоточного ядерного двигателя нетрудно вычислить. Во-первых, нам известна средняя плотность газообразного водорода по всей вселенной. Кроме того, мы можем вычислить, сколько примерно водорода надо сжечь, чтобы достичь ускорения в 1G. Этот расчет, в свою очередь, определяет насколько большой должна быть "воронка" для сбора водорода. С помощью некоторых предположений можно показать, что нам понадобилась бы воронка диаметром около 160 километров. Хотя создать воронку такого размера было бы непомерно трудно на Земле, в космическом пространстве это было бы проще благодаря невесомости.

В принципе, прямоточный двигатель может продвинуться на неопределенное расстояние, в конечном счете достигая далеких звездных систем галактики. Так как по Эйнштейну внутри ракеты время замедляется, можно было бы преодолеть астрономические расстояния не прибегая к анабиозу. После достижения ускорения в 1G, в течение одиннадцати лет (в соответствии с часами внутри звездолета) космический аппарат достигнет звездного скопления Плеяды, которое находится в 400 световых годах от Земли. Через двадцать три года он достигнет галактики Андромеды, которая находится в 2 миллионах световых лет от Земли. В теории, космический аппарат сможет достичь предела видимой вселенной в течение жизни членов экипажа (хотя на Земле за это время вероятно пройдут миллиарды лет).

Одной из ключевых проблем явлается собственно реакция синтеза. Реактор синтеза ITER, который планируется построить на юге Франции, объединяет два редких изотопа водорода (дейтерий и тритий) с целью получения энергии. В космическом пространстве, однако, наиболее распостранённая форма водорода (протий) состоит из одного протона окруженного электроном. Поэтому прямоточний двигатель синтеза должен использовать протон-протонные реакции синтеза. Хотя процесс синтеза с участием дейтерия/трития изучался на протяжении десятилетий, протон-протонный синтез намного менее изучен. Его значительно труднее достичь и он дает гораздо меньше энергии. Так что освоение протон-протонных реакций будет оставаться технической задачей в ближайшие десятилетия. (Кроме того, некоторые специалисты выражают сомнения относительно того, сможет ли прямоточный двигатель преодолеть эффекты сопротивления среды по мере приближения к скорости света)

Пока физичиские и экономические аспекты протон-протонного синтеза не разработаны, трудно давать точные оценки относительно возможностей прямоточных двигателей. Но этот тип двигателей находится в числе перспективных кандидатов на миссию полёта к звездам.

Ядерный электрореактивный двигетель

В 1956 году Комиссия по атомной энергетике США (AEC) начала серьезно рассматривать ядерные ракеты в рамках проекта Rover. В теории, ядерный реактор должен использоваться для разогрева газов (напр. водорода) до экстремально высоких температур. Затем эти газы будут выбрасываться из сопла ракеты, создавая тягу.

Из-за опасности взрыва и попадания в атмосферу Земли токсичного ядерного топлива, ранние версии ядерных ракетных двигателей размещали горизонтально на железнодорожных путях, где тщательно проверяли их работоспособность. Первым ядерным ракетным двигателем, созданным для тестирования в рамках проекта Rover в 1959 году, был Киви 1 (метко названный в честь австралийской нелетающей птицы). В 1960-х годах NASA вместе с AEC создали ядерный двигатель для ракетных транспортных средств (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications, NERVA), ставший первой ядерной ракетой, которую испытали в вертикальном, а не в горизонтальном положении. В 1968 г. он был запущен на стенде соплом кверху.

Результаты этих исследований оказались весьма спорными. Ракеты получались чрезвычайно сложными, и испытания часто заканчивались неудачей. В ядерном двигателе возникали очень сильные вибрации, оболочки тепловыделяющих сборок лопались, и ракета разваливалась. Другой постоянной проблемой была коррозия из-за горения водорода при высокой температуре. В конце концов в 1972 г. ядерная ракетная программа была закрыта.

(У этих атомных ракет была и еще одна проблема: опасность начала самопроизвольной ядерной реакции, что было бы эквивалентно взрыву небольшой атомной бомбы. На атомных электростанциях сегодня ядерное топливо присутствует в небольшой концентрации, и они не могут взорваться подобно хиросимской бомбе. А вот ядерные ракетные двигатели для получения максимальной тяги работали на высокообогащенном уране, и потому в них могла в принципе возникнуть цепная реакция и, соответственно, атомный взрыв. Перед самым закрытием программы ученые решили провести еще одно, последнее испытание — попытаться взорвать ракету как атомную бомбу. Они удалили из реактора все управляющие стержни, которые помогают удерживать реакцию под контролем. Реактор послушно перешел в сверхкритичное состояние и взорвался яростным огненным шаром. Этот впечатляющий конец программы по разработке ядерных ракетных двигателей даже засняли на пленку. Русские были недовольны. Они сочли эту выходку нарушением Договора о частичном запрещении ядерных испытаний, согласно которому все взрывы атомных бомб, за исключением подземных, находились под запретом.)

Время от времени военные возвращаются к идее ядерной ракеты. Один из секретных проектов такого рода назывался «Тимбервинд» и был в 1980-х гг. частью военной программы «звездных войн». (От него отказались после того, как Федерация американских ученых опубликовала информацию о его существовании.)

Главная проблема ядерных ракетных двигателей — безопасность. Даже теперь, через полвека после начала космической эры, запуски ракет на химическом топливе иногда (примерно в 1% случаев) заканчиваются катастрофически. (Гибель космических челноков «Челленджер» и «Колумбия», на которых нашли свою смерть 14 астронавтов, также подтверждает эту статистку аварий.)

Тем не менее несколько лет назад NASA возобновило исследования по ядерной ракете — впервые после программы NERVA 1960-х. В 2003 г. NASA окрестило свой новый проект «Прометеем» в честь греческого бога, давшего человечеству огонь. В 2005 г. на программу «Прометей» было выделено 430 млн долл., но уже в 2006 г. финансирование было урезано до 100 млн долл. В настоящий момент будущее этого проекта неясно[27].

Импульсный ядерный двигатель

Еще одна теоретическая возможность — использовать в качестве движителя серию ядерных мини-бомб. К примеру, проект «Орион» предусматривал последовательное выбрасывание небольших термоядерных бомб позади корабля, чтобы он мог «оседлать» ударную волну от их взрывов. Теоретически такая система может разогнать космический корабль до скорости, близкой к скорости света. Идею такого корабля впервые высказал в 1947 г. Станислав Улам, который участвовал и в разработке первых водородных бомб; позже ее развили Тед Тейлор, один из главных разработчиков ядерных боеголовок для американских военных, и физик Фримен Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне.

В конце 1950-х и в 1960-х гг. были проведены тщательные расчеты для межзвездного корабля, основанного на этом принципе. Согласно полученным оценкам, он мог бы за год слетать до Плутона и обратно, достигнув при этом скорости в 10% скорости света[28]. Но даже на такой скорости до ближайшей звезды пришлось бы лететь 44 года. Ученые рассматривали варианты, когда космический ковчег с таким движителем летел бы в космосе несколько столетий; в экипаже сменялись бы поколения, и многим пришлось бы прожить всю жизнь в этом движущемся мирке, чтобы их потомки могли добраться до близлежащих звезд.

В 1959 г. компания General Atomics выпустила доклад, в котором провела оценку размеров корабля типа «Орион». Самый крупный вариант, названный в докладе «супер-Орионом», должен был весить 8 млн т, иметь диаметр 400 м и двигаться на ударной волне от более чем тысячи водородных бомб.

Главная проблема, связанная с этим проектом, — возможность заражения района старта ядерными осадками. По оценке Дайсона, ядерные осадки от каждого запуска могут вызвать смертельную форму рака у десяти человек. Кроме того, электромагнитный импульс от взрыва так велик, что непременно вызвал бы массу коротких замыканий в расположенных неподалеку электрических системах.

Подписание в 1963 г. Договора о частичном запрещении ядерных испытаний стало похоронным звоном по этому проекту. Со временем сдался даже главный его сторонник, разработчик ядерных бомб Тед Тейлор. (Он однажды признался мне, что окончательно разочаровался в проекте, когда понял, что техническими наработками подобного проекта могут воспользоваться террористы для создания портативных атомных бомб.

Проект был закрыт как слишком опасный, но его имя продолжает жить в названии космического корабля «Орион», которым NASA планирует в 2015 г. заменить космические челноки.)

В 1973-1978 гг. концепция звездолета с ядерным движителем ненадолго возродилась в проекте «Дедал» Британского межпланетного общества. Проект представлял собой предварительное исследование возможности постройки беспилотного корабля, способного достичь звезды Барнарда — ее отделяет от Земли расстояние в 5,9 св. года. (Звезда Барнарда была выбрана в качестве цели потому, что предполагалось наличие возле нее планеты. С тех пор астрономы Джил Тартер и Маргарет Тёрнбулл составили список из 17129 не слишком далеких звезд, возле которых могут оказаться пригодные для жизни планеты. Самый многообещающий кандидат — эпсилон Индейца А — находится от нас на расстоянии 11,8 св. года.)

Ракетный корабль по проекту «Дедал» оказался таким громадным, что строить его пришлось бы в открытом космосе. Она должна была весить 54 000 т (почти весь вес — ракетное топливо) и могла разогнаться до 7,1% скорости света, неся на себе полезную нагрузку весом 450 т. В отличие от проекта «Орион», рассчитанного на использование крохотных атомных бомб, проект «Дедал» предусматривал использование миниатюрных водородных бомб со смесью дейтерия и гелия-3 и системой зажигания при помощи электронных лучей. Но огромные технические проблемы и опасения, связанные с ядерным движителем, привели к тому, что проект «Дедал» также был отложен на неопределенное время.

Удельный импульс и эффективность двигателя

Если нужно сравнить эффективность различных типов двигателей, инженеры обычно говорят об удельном импульсе. Удельный импульс определяется как изменение импульса на единицу массы израсходованного топлива. Таким образом, чем эффективнее двигатель, тем меньше топлива требуется для вывода ракеты в космос. Импульс, в свою очередь, есть результат действия силы в течение определенного времени. Химические ракеты, хотя и обладают очень большой тягой, работают всего несколько минут, а потому характеризуются очень низким удельным импульсом. Ионные двигатели, способные работать годами, могут иметь высокий удельный импульс при очень низкой тяге.

Удельный импульс измеряется в секундах. Средняя ракета с химическим двигателем может иметь удельный импульс до 400-500 с. Так, удельный импульс двигателя шаттла составляет 453 с. (Самый высокий полученный до сих пор удельный импульс для химического реактивного двигателя составил 542 с; в качестве топлива этот двигатель использовал экзотическую смесь водорода, лития и фтора.) Ионный движок аппарата SMART-1 имел удельный импульс 1640 с. У ядерных ракетных двигателей этот параметр достигает 850 с.

Максимально возможным удельным импульсом обладала бы ракета, способная достигать скорости света. Ее удельный импульс составил бы около 30 млн. Ниже приводится таблица удельных импульсов, характерных для различных типов реактивных двигателей.

Тип двигателя (Удельный импульс)

Твердотопливный (250)

Жидкостный (450)

Ионный (3000)

Плазменный VASIMR (1000 - 30000)

Атомный (800 - 1000)

Термоядерный прямоточный (2500 - 200000)

Ядерный импульсный (10000 - 1000000)

На антиматерии (1000000 - 10000000)

(В принципе, лазерный парус и прямоточный двигатель вообще не несут с собой запаса топлива, а потому удельный импульс не является для них существенной характеристикой; тем не менее у этих конструкций есть свои проблемы.)

Космический лифт

Одно из серьезных препятствий к реализации многих звездных проектов состоит в том, что из-за громадных размеров и веса корабли невозможно построить на Земле. Некоторые ученые предлагают собирать их в открытом космосе, где благодаря невесомости астронавты смогут легко поднимать и ворочать невероятно тяжелые предметы. Но сегодня критики справедливо указывают на запредельную стоимость космической сборки. К примеру, для полной сборки Международной космической станции потребуется около 50 запусков шаттла, а ее стоимость с учетом этих полетов приближается к 100 млрд долл. Это самый дорогой научный проект в истории, но строительство в открытом космосе межзвездного космического парусника или корабля с прямоточной воронкой обошлось бы во много раз дороже.

Но, как любил говорить писатель-фантаст Роберт Хайнлайн, если вы можете подняться над Землей на 160 км, вы уже на полпути к любой точке Солнечной системы. Это потому, что при любом запуске первые 160 км, когда ракета стремится вырваться из пут земного притяжения, «съедают» львиную долю стоимости. После этого корабль, можно сказать, уже в состоянии добраться хоть до Плутона, хоть дальше.

Один из способов кардинально сократить в будущем стоимость полетов — построить космический лифт. Идея забраться на небо по веревке не нова — взять хотя бы сказку «Джек и бобовое зернышко»; сказка сказкой, но если вывести конец веревки в космос, идея вполне могла бы воплотиться в реальность. В этом случае центробежной силы вращения Земли оказалось бы достаточно, чтобы нейтрализовать силу тяжести, и веревка никогда не упала бы на землю. Она волшебным образом поднималась бы вертикально вверх и исчезала в облаках.

(Представьте себе шарик, который вы крутите на веревочке. Кажется, что на шарик не действует сила тяжести; дело в том, что центробежная сила толкает его прочь от центра вращения. Точно так же очень длинная веревка может висеть в воздухе благодаря вращению Земли.) Держать веревку не потребуется, вращения Земли будет достаточно. Теоретически человек мог бы залезть по такой веревке и подняться прямо в космос. Иногда мы просим студентов-физиков рассчитать натяжение такой веревки. Несложно показать, что такого натяжения не выдержит даже стальной трос; именно поэтому долгое время считалось, что космический лифт реализовать невозможно.

Первым из ученых, кто всерьез заинтересовался проблемой космического лифта, стал русский ученый-провидец Константин Циолковский. В 1895 г. под впечатлением от Эйфелевой башни он вообразил башню, которая бы поднималась прямо в космическое пространство и соединяла Землю с парящим в космосе «звездным замком». Строить ее предполагалось снизу вверх, начиная с Земли, откуда инженеры должны были бы медленно возводить к небесам космический лифт.

В 1957 г. русский ученый Юрий Арцутанов предложил новое решение: строить космический лифт обратным порядком, сверху вниз, начиная из космоса. Автор представил себе спутник на геостационарной орбите на расстоянии 36 000 км от Земли — с Земли он при этом будет казаться неподвижным; с этого спутника предлагалось опустить на Землю трос, а затем закрепить его в нижней точке. Проблема в том, что трос для космического лифта должен был бы выдерживать натяжение примерно в 60-100 ГПа. Сталь рвется при натяжении примерно в 2 ГПа, что лишает идею всякого смысла.

Более широкая аудитория смогла познакомиться с идеей космического лифта позже; в 1979 г. вышел роман Артура Кларка «Фонтаны рая», а в 1982 г. — роман Роберта Хайнлайна «Пятница». Но поскольку прогресс в этом направлении застопорился, о ней забыли.

Ситуация резко изменилась, когда химики изобрели углеродные нанотрубки. Интерес к ним резко возрос после публикации в 1991 г. работы Сумио Иидзимы из компании Nippon Electric. (Надо сказать, что о существовании углеродных нано-трубок было известно еще с 1950-х гг., но долгое время на них не обращали внимания.) Нанотрубки гораздо прочнее, но при этом гораздо легче стальных тросов. Строго говоря, по прочности они даже превосходят уровень, необходимый для космического лифта. По мнению ученых, волокно из углеродных нанотрубок должно выдерживать давление 120 ГПа, что заметно выше необходимого минимума. После этого открытия попытки создания космического лифта возобновились с новой силой.

Б 1999 г. было опубликовано серьезное исследование NASA; в нем рассматривался космический лифт в виде ленты шириной примерно один метр и длиной около 47 000 км, способный доставить на орбиту вокруг Земли полезный груз весом около 15 т. Реализация подобного проекта мгновенно и полностью изменила бы экономическую сторону космических путешествий. Стоимость доставки грузов на орбиту разом уменьшилась бы в 10 000 раз; такую перемену иначе как революционной не назовешь.

В настоящее время доставка одного фунта груза на околоземную орбиту стоит не меньше 10 000 долл. Так, каждый полет шаттла обходится примерно в 700 млн долл. Космический лифт сбил бы стоимость доставки до 1 долл. за фунт. Такое радикальное удешевление космической программы могло бы полностью изменить наши взгляды на космические путешествия. Простым нажатием кнопки можно было бы запустить лифт и подняться в открытый космос за сумму, соответствующую по стоимости, скажем, билету на самолет.

Но, прежде чем строить космический лифт, на котором можно будет без труда подняться в небеса, нам предстоит преодолеть очень серьезные препятствия. В настоящее время самое длинное волокно из углеродных нанотрубок, полученное в лаборатории, по длине не превосходит 15 мм. Для космического лифта потребуются тросы из нанотрубок длиной в тысячи километров. Конечно, с научной точки зрения это чисто техническая проблема, но решить ее необходимо, а она может оказаться упрямой и сложной. Тем не менее многие ученые убеждены, что на овладение технологией производства длинных тросов из углеродных нанотрубок нам хватит нескольких десятилетий.

Вторая проблема заключается в том, что из-за микроскопических нарушений структуры углеродных нанотрубок получение длинных тросов может оказаться вообще проблематичным. По оценке Никола Пуньо из Туринского политехнического института, если хотя бы один атом в углеродной нанотрубке окажется не на своем месте, прочность трубки может сразу уменьшиться на 30%. В целом дефекты на атомном уровне могут лишить трос из нанотрубок 70% прочности; при этом допустимая нагрузка окажется ниже того минимума гигапаскалей, без которых невозможно построить космический лифт.

Стремясь подстегнуть интерес частных предпринимателей к разработке космического лифта, NASA объявило два отдельных конкурса. (За образец был взят конкурс Ansari X-Prize с призом в 10 млн долл. Конкурс успешно подогрел интерес предприимчивых инвесторов к созданию коммерческих ракет, способных поднимать пассажиров к самой границе космического пространства; объявленную премию получил в 2004 г. корабль SpaceShipOne.} Конкурсы NASA носят названия Beam Power Challenge и Tether Challenge.

Чтобы выиграть первый из них, команда исследователей должна создать механическое устройство, способное поднять груз весом не менее 25 кг (включая собственный вес) вверх по тросу (подвешенному, скажем, на стреле подъемного крана) со скоростью 1 м/с на высоту 50 м. Возможно, задача кажется несложной, но проблема в том, что это устройство не должно использовать топливо, аккумуляторы или электрический кабель. Вместо этого робот-подъемник должен получать питание от солнечных батарей, солнечных рефлекторов, лазеров или микроволнового излучения, т. е. из тех источников энергии, которыми удобно пользоваться в космосе.

Чтобы победить в конкурсе Tether Challenge, команда должна представить двухметровые куски троса весом не более двух граммов каждый; при этом такой трос должен выдерживать нагрузку на 50% большую, чем лучший образец предыдущего года. Цель этого конкурса —стимулировать исследования по разработке сверхлегких материалов, достаточно прочных, чтобы их можно было протянуть на 100 000 км в космос. Победителей ждут премии размером 150 000,40 000 и 10 000 долл. (Чтобы подчеркнуть сложность задачи, в 2005 г. — первом году конкурса — премия не была присуждена никому.)

Безусловно, работающий космический лифт способен резко изменить космическую программу, но и у него есть свои недостатки. Так, траектория движения спутников по околоземной орбите постоянно сдвигается относительно Земли (потому что Земля под ними вращается). Это означает, что со временем любой из спутников может столкнуться с космическим лифтом на скорости 8 км/с; этого будет более чем достаточно, чтобы порвать трос. Для предотвращения подобной катастрофы в будущем придется либо предусматривать на каждом спутнике небольшие ракеты, которые дали бы ему возможность обойти лифт, либо снабдить сам трос небольшими ракетами, чтобы он мог уходить с траектории спутников.

Кроме того, проблемой могут стать столкновения с микрометеоритами — ведь космический лифт поднимется далеко за пределы земной атмосферы, которая в большинстве случаев защищает нас от метеоров. Поскольку предсказать подобные столкновения невозможно, космический лифт придется снабдить дополнительной защитой и, возможно, даже отказоустойчивыми резервными системами. Проблему могут представлять собой и такие атмосферные явления, как ураганы, приливные волны и штормы.

Гравитационный маневр

Существует еще один способ разогнать объект до скорости, близкой к скорости света, — воспользоваться «эффектом пращи». При отправке космических зондов к другим планетам NASA иногда заставляет их совершить маневр вокруг соседней планеты, чтобы, воспользовавшись «эффектом пращи», дополнительно разогнать аппарат. Так NASA экономит ценное ракетное топливо. Именно таким образом аппарату «Вояджер-2» удалось долететь до Нептуна, орбита которого лежит у самого края Солнечной системы.

Фримен Дайсон, физик из Принстона, выдвинул интересное предложение. Если когда-нибудь в далеком будущем человечеству удастся обнаружить в космосе две нейтронные звезды, обращающиеся вокруг общего центра с большой скоростью, то земной корабль, пролетев совсем рядом с одной из этих звезд, может за счет гравитационного маневра набрать скорость, равную чуть ли не трети скорости света. В результате корабль разогнался бы до околосветовых скоростей за счет гравитации. Теоретически такое может получиться.

Другие ученые предлагают воспользоваться для этой цели нашим собственным светилом. Этим методом воспользовался, к примеру, экипаж звездолета «Энтерпрайз» в фильме «Звездный путь IV: Путешествие домой». Угнав корабль клингонов, экипаж «Энтерпрайза» направил его по близкой к Солнцу траектории, чтобы пробить световой барьер и вернуться назад во времени. В фильме «Когда сталкиваются миры» Земле угрожает столкновение с астероидом. Чтобы бежать с обреченной планеты, ученые сооружают гигантскую конструкцию вроде американских горок. Съезжая с горки, ракетный корабль набирает огромную скорость, затем разворот внизу на малом радиусе — и вперед, в космос.

Только на самом деле ни один из этих способов разогнаться при помощи гравитации не сработает. (Закон сохранения энергии говорит о том, что тележка на американских горках, разгоняясь на спуске и замедляясь на подъеме, оказывается наверху ровно с той же скоростью, что и в самом начале — никакого приращения энергии не происходит. Точно так же, обернувшись вокруг неподвижного Солнца, мы закончим ровно с той же скоростью, с какой начали маневр.) Метод Дайсона с двумя нейтронными звездами в принципе мог бы сработать, но только потому, что нейтронные звезды быстро движутся. Космический аппарат, использующий гравитационный маневр, получает приращение энергии за счет движения планеты или звезды. Если они неподвижны, подобный маневр ничего не даст.

А предложение Дайсона, хотя и может сработать, ничем не поможет сегодняшним земным ученым — ведь для того, чтобы наведаться к быстро вращающимся нейтронным звездам, потребуется для начала построить звездолет.

Из пушки в небеса

Еще один хитроумный способ вывести корабль в космос и разогнать до фантастических скоростей — выстрелить им из рельсовой электромагнитной «пушки», которую описывали в своих произведениях Артур Кларк и другие авторы-фантасты. В настоящее время этот проект всерьез рассматривается как возможная часть противоракетного щита программы «звездных войн».

Способ заключается в том, чтобы вместо ракетного топлива или пороха использовать для разгона ракеты до высоких скоростей энергию электромагнетизма.

В простейшем случае рельсовая пушка представляет собой два параллельных провода или рельса; реактивный снаряд, или ракета, «сидит» на обоих рельсах, образуя U-образную конфигурацию. Еще Майкл Фарадей знал, что на рамку с электрическим током в магнитном поле действует сила. (Вообще говоря, на этом принципе работают все электродвигатели.) Если пропустить через рельсы и снаряд электрический ток силой в миллионы ампер, вокруг всей системы возникнет чрезвычайно мощное магнитное поле, которое, в свою очередь, погонит снаряд по рельсам, разгонит его до громадной скорости и вышвырнет в пространство с оконечности рельсовой системы.

Во время испытаний рельсовые электромагнитные пушки успешно выстреливали металлические объекты с громадными скоростями, разгоняя их на очень короткой дистанции. Что замечательно, в теории обычная рельсовая пушка способна выстреливать металлический снаряд со скоростью 8 км/с; этого достаточно, чтобы вывести его на околоземную орбиту. В принципе весь ракетный флот NASA можно было бы заменить рельсовыми пушками, которые прямо с поверхности Земли выстреливали бы полезный груз на орбиту.

Рельсовая пушка имеет существенные преимущества по отношению к химическим пушкам и ракетам. Когда вы стреляете из ружья, максимальная скорость, с которой расширяющиеся газы способны вытолкнуть пулю из ствола, ограничена скоростью распространения ударной волны. Жюль Берн в классическом романе «С Земли на Луну» выстрелил снаряд с астронавтами к Луне при помощи пороха, но на самом деле несложно подсчитать, что максимальная скорость, которую может придать снаряду пороховой заряд, во много раз меньше скорости, необходимой для полета к Луне. Рельсовая же пушка не использует взрывное расширение газов и потому никак не зависит от скорости распространения ударной волны.

Но у рельсовой пушки свои проблемы. Объекты на ней ускоряются так быстро, что они, как правило, сплющиваются из-за столкновения… с воздухом. Полезный груз оказывается сильно деформированным в процессе «выстрела» из дула рельсовой пушки, потому что когда снаряд врезается в воздух, это все равно как если бы он ударился о кирпичную стенку. Кроме того, при разгоне снаряд испытывает громадное ускорение, которое само по себе способно сильно деформировать груз. Рельсы необходимо регулярно заменять, так как снаряд при движении также деформирует их. Более того, перегрузки в рельсовой пушке смертельны для людей; человеческие кости просто не выдержат подобного ускорения и разрушатся.

Одно из решений состоит в том, чтобы установить рельсовую пушку на Луне. Там, за пределами земной атмосферы, снаряд сможет беспрепятственно разгоняться в вакууме открытого космоса. Но даже на Луне снаряд при разгоне будет испытывать громадные перегрузки, способные повредить и деформировать полезный груз. В определенном смысле рельсовая пушка — антипод лазерного паруса, который набирает скорость постепенно в течение долгого времени. Ограничения рельсовой пушки определяются именно тем, что она на небольшом расстоянии и за небольшое время передает телу громадную энергию.

Рельсовая пушка, способная выстрелить аппарат к ближайшим звездам, стала бы весьма дорогостоящим сооружением. Так, один из проектов предусматривает строительство в открытом космосе рельсовой пушки длиной в две трети расстояния от Земли до Солнца. Эта пушка должна будет накапливать солнечную энергию, а затем разом расходовать ее, разгоняя десятитонную полезную нагрузку до скорости, равной трети скорости света. При этом «снаряд» будет испытывать перегрузку в 5000 g. Разумеется, «пережить» такой пуск смогут только самые выносливые корабли-роботы.

Опасности космического путешествия

Конечно, космическое путешествие — не загородный пикник, В пилотируемых полетах к Марсу или еще дальше человека поджидают страшные опасности. Миллионы лет жизнь на Земле развивалась под надежной защитой: озоновый слой предохраняет планету от ультрафиолетовых лучей, магнитное поле защищает от солнечных вспышек и космической радиации, а толстая атмосфера прикрывает от метеоров, которые успевают сгореть в ее толще. Умеренные температуры и колебания атмосферного давления кажутся нам естественными. Но в глубоком космосе нам придется лицом к лицу столкнуться с тем фактом, что большая часть Вселенной находится в состоянии хаоса; придется столкнуться со смертельно опасными радиационными поясами и метеоритными роями.

Первая проблема продолжительного космического путешествия, которую необходимо решить, — это невесомость. Проведенные русскими долговременные исследования невесомости показали, что тело человека в космосе теряет необходимые для жизни минералы и химические вещества гораздо быстрее, чем ожидалось. Не спасает даже жесткая программа физических упражнений: после года на орбитальной станции кости и мышцы русских космонавтов так атрофируются, что после возвращения на Землю они оказываются в состоянии только ползать, как младенцы, и то с трудом[29]. Похоже, что непременными следствиями продолжительного пребывания в невесомости во время космического перелета являются атрофия мышц, изнашивание опорно-двигательной системы, снижение уровня производства красных кровяных телец, снижение иммунного ответа, ослабление сердечно-сосудистой деятельности.

Полет к Марсу, который может продлиться от нескольких месяцев до года, находится у самого предела выносливости наших астронавтов. В длительных полетах к ближайшим звездам эта проблема может оказаться фатальной. Возможно, ради сохранения жизни экипажа звездолетам будущего придется вращаться, создавая за счет центробежных сил искусственное тяготение. Такое требование сильно усложнит проектирование и поднимет стоимость звездолета.

Вторая проблема заключается в том, что из-за присутствия в пространстве метеоритов, движущихся со скоростями в десятки километров в секунду, придется, возможно, оборудовать космические корабли дополнительной защитой. Тщательное обследование корпуса шаттлов выявило признаки попадания нескольких крошечных, но чреватых смертельной опасностью метеоритов. Очень может быть, что на космических кораблях будущего придется устраивать специальное помещение для экипажа и снабжать его двойной защитой.

Уровень радиации в глубоком космосе гораздо выше, чем предполагалось ранее. Так, за время 11-летнего цикла солнечные вспышки способны послать к Земле громадное количество смертельно опасной плазмы. Именно это явление не раз вынуждало астронавтов на космической станции искать дополнительной защиты против потенциально опасного налета субатомных частиц, а прогулка в открытом космосе в такой момент была бы смертельной. (Даже во время обычного трансатлантического перелета из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк, к примеру, мы подвергаемся действию излучения интенсивностью примерно 1 мбэр/ч. За время перелета каждый пассажир получает почти такую же дозу радиации, как при рентгеновском снимке зуба.) В глубоком космосе, где нас уже не защищают ни атмосфера Земли, ни ее магнитное поле, радиация может превратиться в серьезную проблему.

Временное прекращение жизненных функций

Что бы мы ни говорили о полете к звездам, какие бы проекты ни разрабатывали, одно обстоятельство остается неизменным: даже если мы сумеем построить звездолет, на дорогу до ближайших звезд нам потребуются десятилетия, а то и столетия. Для подобного полета потребуется несколько поколений экипажа, и к месту назначения доберутся лишь потомки тех, кто отправился в путь.

Одно из решений этой проблемы, фигурирующее в таких фильмах, как «Чужой» и «Планета обезьян», — подвергнуть космических путешественников анабиозу; это означает осторожно и медленно снизить температуру тела до такого уровня, на котором почти прекращается отправление всех жизненных функций. Некоторые животные проделывают подобную операцию каждый год во время зимней спячки. Некоторые рыбы и лягушки спокойно вмерзают в лед, а потом, когда температура повышается, оттаивают и оживают.

Биологи, занимавшиеся изучением этого интересного явления, считают, что такие животные способны создавать в своем теле естественный «антифриз», который заметно снижает температуру замерзания воды. У рыб таким естественным антифризом служат определенные протеины, у лягушек — глюкоза. Обогатив кровь этими протеинами, рыба может жить зимой в Арктике при температуре -2 °С. Лягушки развили у себя способность поддерживать высокий уровень глюкозы, предотвращая таким образом формирование ледяных кристаллов. Снаружи их тела могут казаться промороженными насквозь, но на самом деле внутри они не промерзают; все органы сохраняют способность функционировать, хотя и в замедленном темпе.

Но с млекопитающими все далеко не так просто. При промерзании человеческого тела внутри клеток начинают формироваться кристаллы льда. По мере роста они протыкают и разрушают стенки клетки. (Возможно, знаменитостям, которые захотели сохранить свои головы и тела после смерти замороженными в жидком азоте, следовало бы еще раз задуматься.)

Тем не менее в последнее время наметился некоторый прогресс в работе с млекопитающими, которые в природе не впадают в спячку, — с такими животными, как мыши и собаки. В 2005 г, ученые из Университета Питсбурга сумели вернуть к жизни собак после того, как из них полностью выкачали кровь и заменили ее на специальную очень холодную жидкость. Проведя в состоянии клинической смерти три часа, собаки ожили, как только им снова запустили сердца. (Хотя большинство собак после этой процедуры остались здоровыми, у некоторых мозг оказался поврежден.)

В этом же году ученые поместили мышей в камеру, заполненную сероводородом и успешно снизили на 6 часов температуру их тел до 13 °С. Скорость метаболизма мышей упала в десять раз. В 2006 г. доктора из Главного массачусетского госпиталя в Бостоне ввели мышей и свиней в состояние замедленной жизнедеятельности, или анабиоза, также при помощи сероводорода.

В будущем подобная процедура, вполне возможно, станет спасать жизнь пострадавшим в серьезных катастрофах или от сердечного приступа, т. е. в тех случаях, когда дорога каждая секунда. Не исключено, что анабиоз даст врачам возможность «останавливать время», а пациентам — дождаться необходимой помощи. Но пройдут десятилетия, прежде чем эту методику можно будет применить к астронавтам-людям, тем более что им, возможно, придется провести в состоянии анабиоза не одно столетие.

Нанокорабли

Существует еще несколько способов, пока не опробованных и известных лишь в теории, которые в принципе могут дать нам возможность добраться до звезд. Одно из многообещающих предложений — отправить к звездам беспилотные зонды, созданные с применением нанотехнологий. Все предыдущее обсуждение основывалось на предположении о том, что звездолеты непременно должны быть чудовищными машинами, потребляющими громадные количества энергии и способные нести к звездам большой экипаж; примерно так выглядит звездолет «Энтерпрайз» в сериале «Звездный путь».

Но гораздо более реальным представляется другой путь развития. Разумнее, вероятно, сначала отправить к далеким звездам миниатюрные зонды со скоростями, близкими к скорости света. Как мы уже упоминали, в будущем, с развитием нанотехнологий, должна появиться возможность создавать крошечные космические корабли, в состав которых войдут машины атомного и молекулярного размеров. К примеру, ионы обладают чрезвычайно малой массой, поэтому их можно без труда разогнать до скорости, близкой к скорости света, для этого будет достаточно обычной сети электропитания, какую можно найти в любой лаборатории. Чтобы отправить в космос ионы на почти световой скорости, не нужно строить гигантские реактивные ракеты, достаточно разогнать их при помощи мощного электромагнитного поля. Это означает, что, если поместить ионизированный нанобот в электрическое поле, его можно без труда разогнать до околосветовой скорости. После этого нанобот уже самостоятельно отправится к звездам, ведь в космосе нет трения и тормозить его будет нечему. Таким способом решаются многие проблемы, неизбежные для крупных звездолетов. Не исключено, что отправить к ближайшим звездам беспилотные умные корабли-наноботы окажется многократно дешевле, чем строить и запускать громадный звездолет с экипажем людей.

Нанокорабли можно направить к ближайшим звездам или, как предложил Джеральд Нордли, отставной инженер ВВС в области астронавтики, использовать для создания давления на солнечный парус и дополнительного его разгона. Нордли говорит: «Если целое созвездие кораблей размером с булавочную головку будет лететь строем и поддерживать между собой связь, их можно будет разгонять буквально карманным фонариком».

Но и у нанозвездолетов могут обнаружиться свои проблемы. Так, в открытом космосе они могут сбиться с курса от воздействия электрических и магнитных полей. Чтобы предотвратить это, их придется заранее, еще на Земле, заряжать до высокого потенциала; в этом случае их будет не так-то просто сбить с пути. Во-вторых, нам, возможно, придется послать не один миллион кораблей-наноботов, чтобы хоть горстка их могла гарантированно долететь до цели. Может показаться, что отправлять на исследование ближайших звезд целые рои нано-звездолетов очень расточительно, но звездолеты эти должны быть дешевыми, а массовое автоматическое производство, вероятно, позволит выпускать их миллиардами; при этом до цели долетит лишь малая часть запущенных наноботов.

Можно ли сказать, как примерно будут выглядеть нанокорабли? Дэниел Голдин, бывший глава NASA, представлял себе флотилии космических кораблей размером с банку кока-колы. Другие говорили о кораблях размером с иголку. Пентагон изучает возможность создания «умной пыли» — мелких пылевидных устройств с крохотными датчиками, которые можно было бы распылять над полем боя, чтобы непрерывно снабжать командиров достоверной информацией. Не исключено, что в будущем такую «умную пыль» можно будет послать к ближайшим звездам.

Скорее всего, электрические схемы пылевидных наноботов будут изготовлены при помощи той же технологии травления, которая используется в производстве полупроводников; эта технология позволяет создавать электронные компоненты размером не больше 30 нм, или приблизительно 150 атомов в поперечнике. Наноботы можно запускать с Луны при помощи рельсовых пушек — или даже при помощи ускорителей частиц, которые без труда разгоняют элементарные частицы до околосветовых скоростей. Наноботы должны быть настолько дешевыми, что в космос их можно будет запускать миллионами.

Добравшись до ближайшей звездной системы, наноботы могли бы сесть на какую-нибудь пустынную луну. Гравитация на ней небольшая, и наноботы смогут без труда садиться и взлетать. На мертвой луне, как правило, ничего не происходит, а стабильная обстановка идеальна для создания оперативной базы. Обосновавшись на спутнике, нанобот сможет построить из местных материалов нанофабрику и соорудить мощную радиостанцию, способную направить мощный луч и передать информацию на Землю. Нанофабрика может быть также рассчитана на производство миллионов копий самого нанобота для подробного исследования этой звездной системы и полета к ближайшим звездам. Таким образом, процесс повторится. Автоматическим звездолетам нет нужды возвращаться обратно; им достаточно передать на Землю собранную информацию.

Только что описанный нанобот иногда еще называют зондом фон Неймана в честь прославленного математика Джона фон Неймана, который разработал математический аппарат самовоспроизводящейся машины Тьюринга. В принципе такие самовоспроизводящиеся космические корабли-наноботы способны исследовать всю Галактику, а не только близлежащие звезды. Со временем могла бы образоваться сфера из триллионов таких роботов, которые экспоненциально размножались бы по мере увеличения радиуса сферы; расширение сферы при этом шло бы с околосветовой скоростью. За несколько сотен тысяч лет наноботы внутри этой расширяющейся сферы колонизировали бы всю Галактику.

Очень серьезно к идее нанозвездолетов относится, к примеру, инженер-электрик Брайан Гилкрист из Университета Мичигана. Недавно он получил от Института перспективных концепций NASA грант размером 500 000 долл. на проработку идеи строительства нанокораблей с двигателем не крупнее бактерии. Он рассчитывает использовать все ту же технологию травления, заимствованную из полупроводниковой промышленности, для создания флотилии из нескольких миллионов нанокораблей. Двигаться эти корабли будут за счет выбрасывания крошечных наночастиц размером всего несколько десятков нанометров. Эти наночастицы предполагается разгонять в электрическом поле — точно так же, как делается в ионном двигателе. Но каждая наночастица весит в тысячи раз больше иона, поэтому и тяга у такого двигателя будет значительно больше, чем у обычного ионного. Таким образом, двигатели нанокораблей будут обладать всеми преимуществами ионных двигателей, но значительно большей тягой. Гилкрист уже начал травить кое-какие детали для своих нанокораблей. На данный момент ему удается разместить 10 000 отдельных «двигателей» на одном кремниевом чипе размером в один сантиметр. Первоначально он планирует разослать свою флотилию по Солнечной системе и таким образом проверить эффективность нанокораблей. Но со временем они могут составить часть первой земной флотилии, которая отправится к звездам.

Проект Гилкриста — одно из нескольких футуристических предложений, которые в настоящее время рассматривает NASA. После нескольких десятилетий бездействия NASA вновь обратилось к различным проектам межзвездных путешествий — от вполне реальных до совершенно фантастичных. С начала 1990-х NASA принимает у себя ежегодный Семинар по исследованиям в области перспективных космических двигателей, во время которого несколько команд серьезных инженеров и физиков разбирают предложенные проекты по косточкам. Еще более серьезные задачи ставит перед собой программа прорывных физических принципов, цель которой — исследовать загадочный мир квантовой физики в приложении к идее межзвездных путешествий. Ученые не пришли к единому мнению, но по большей части их усилия сосредоточены на самых успешных и продвинутых на данный момент проектах: лазерных парусах и различных вариантах термоядерных двигателей.

Учитывая медленное, но верное продвижение в разработках космических аппаратов, разумно предположить, что первый беспилотный зонд того или иного сорта может отправиться к ближайшим звездам еще в этом столетии или, возможно, в начале следующего, а значит, путешествие к звездам следует классифицировать как невозможность I класса.

Однако самый многообещающий, возможно, вариант звездного корабля предполагает использование антивещества. В настоящий момент этот проект больше напоминает научную фантастику, но не будем забывать, что антивещество уже получено на Земле; не исключено, что когда-нибудь такой звездолет станет самым перспективным вариантом для отправки к звездам первой настоящей экспедиции.

^

10. Антивещество и антивселенные

Самая волнующая фраза, какую можно услышать в науке, - фраза, возвещающая о новых открытиях, — вовсе не «Эврика!», а «Вот забавно…».
Айзек Азимов
Если человек верит не так, как мы, мы называем его чудаком, и на этом дело кончается. Я имею в виду, кончается в наши дни, потому что мы не можем сжечь его.
Марк Твен
Первопроходца всегда можно узнать по стрелам в спине.
Беверли Рубик

В бестселлере Дэна Брауна «Ангелы и демоны», который предшествовал его же «Коду да Винчи», действие сосредоточено вокруг заговора небольшой группы экстремистов-«иллюминатов»; заговорщики хотели взорвать Ватикан бомбой из антивещества, выкраденного из ядерной лаборатории CERN недалеко от Женевы. Заговорщики знают, что результатом соприкосновения вещества и антивещества должен стать грандиозный взрыв, во много раз более мощный, чем взрыв водородной бомбы. И хотя бомба из антивещества — плод фантазии автора, само по себе антивещество вполне реально.

Эффективность атомной бомбы, несмотря на всю ее жуткую мощь, составляет всего около 1%. В энергию переходит лишь крохотная часть массы урана. А вот бомба из антиматерии, если бы такую удалось создать, превращала бы в энергию 100% своей массы, и потому была бы гораздо более эффективной, чем атомная бомба. (Точнее, в «полезную» взрывную энергию в такой бомбе превратилось бы около 50% вещества; оставшаяся часть массы была бы унесена в пространство почти необнаружимыми частицами — нейтрино.)

Долгое время антивещество находилось в фокусе общественного и научного интереса. Хотя бомбы из антивещества по-прежнему не существует, физики научились создавать небольшие порции антивещества для изучения при помощи мощных ускорителей.

Получение антиатома и антихимия

В начале XX в. физики поняли, что атом состоит из заряженных элементарных частиц, и электроны (отрицательно заряженные частицы) обращаются вокруг крохотного ядра (имеющего положительный заряд). Ядро, в свою очередь, состоит из протонов (носителей положительного заряда) и нейтронов (которые электрически нейтральны).

В начале 1950-х гг. физика пережила настоящий шок. Связано это было с пониманием того, что для каждой частицы существует парная к ней античастица — точно такая же частица, но с противоположным зарядом. Первым был открыт положительно заряженный антиэлектрон (получивший название позитрон). Позитрон во всем идентичен электрону, но заряд при этом имеет положительный. (Трек, или след, позитрона очень легко увидеть в камере Вильсона. В мощном магнитном поле пролетающие позитроны отклоняются в противоположном направлении по отношению к обьиным электронам. Еще в школе я фотографировал подобные треки антивещества.)

В 1955 г. на ускорителе частиц Университета Калифорнии в Беркли — «Беватроне» — был получен первый антипротон. Как и ожидалось, он оказался полностью идентичен протону, за исключением того, что заряжен отрицательно. Это означает, что в принципе можно создать антиатом (где вокруг антипротонного ядра будут обращаться позитроны). Более того, теоретически возможно существование всех антиэлементов, антихимии, антилюдей, антиземель и даже антивселенных.

К настоящему моменту ученым удалось создать крошечные порции антиводорода на гигантском ускорителе в CERN и в Лаборатории имени Ферми неподалеку от Чикаго. (Для этого пучок высокоэнергетических протонов при помощи мощного ускорителя направляют на мишень, создавая таким образом беспорядочный поток осколков атомов. Мощные магниты выделяют из этого потока антипротоны, которые затем замедляют до очень низких скоростей и затем подвергают действию позитронов, которые естественным образом излучает натрий-22. Если позитрон, он же антиэлектрон, начинает обращаться вокруг антипротона, возникает атом антиводорода — ведь атом водорода состоит из одного протона и одного электрона.) В чистом вакууме такие антиатомы могут существовать вечно. Но стенки сделаны из обычного вещества, да и примесей избежать невозможно, так что рано или поздно антиатомы сталкиваются с обычными атомами и аннигилируют с высвобождением энергии.

В 1995 г. CERN произвел настоящую сенсацию — объявил о создании девяти атомов антиводорода. В принципе ничто — кроме, разумеется, запредельно высокой цены — не мешает нам создавать атомы более тяжелых антиэлементов. Любое государство обанкротилось бы, произведя несколько десятков граммов антиатомов. В настоящее время уровень производства антивещества в мире составляет от одной миллиардной до одной десятимиллиардной грамма в год. К 2020 г. это количество, возможно, утроится. Экономическая сторона производства антивещества выглядит весьма неприглядно. В 2004 г. несколько триллионных грамма антивещества обошлась CERN в 20 млн долл. При таких темпах производство 1 г антивещества стоило бы сто квадриллионов долларов и заняло бы 100 млрд лет непрерывной работы фабрики! Это делает антивещество самым дорогим продуктом на свете.

«Если бы мы могли собрать все произведенное нами антивещество и аннигилировать его с веществом, — говорится в заявлении CERN, — мы получили бы достаточно энергии, чтобы одна электрическая лампочка могла гореть несколько минут».

Обращаться с антивеществом чрезвычайно сложно—ведь любой контакт вещества и антивещества порождает взрыв. Поместить антивещество в обычный контейнер равносильно самоубийству — как только оно соприкоснется со стенками, произойдет взрыв. Вообще, как можно обращаться с такой чувствительной субстанцией? Единственный способ — предварительно ионизировать антивещество, превратив его в ионный газ, а затем надежно запереть в «магнитную бутылку», где магнитное поле не даст ему соприкоснуться со стенками.

Если мы хотим построить двигатель на антивеществе, нам нужно будет обеспечить постоянную подачу его в рабочую камеру; там антивещество будет аккуратно входить в соприкосновение с веществом, рождая управляемый взрыв — примерно такой же, какой происходит в ракете с химическим двигателем. Ионы, возникшие в процессе взрыва, будут затем выбрасываться через сопло двигателя, придавая ракете поступательное движение. Двигатель на антивеществе весьма эффективно превращает материю в энергию, поэтому теоретически это самый соблазнительный тип двигателя для звездолетов будущего. В сериале «Звездный путь» источником энергии звездолета «Энтерпрайз» является антивещество; в его двигателях постоянно происходит управляемая встреча вещества с антивеществом.

Реактивный двигатель на антивеществе

Физик Джеральд Смит из Университета штата Пенсильвания — один из самых ярых сторонников кораблей на антивеществе. Он считает, что, не заглядывая слишком далеко вперед, всего лишь 4 мг позитронов будет достаточно, чтобы доставить корабль с соответствующим двигателем на Марс всего за несколько недель. Смит отмечает, что антивещество способно высвободить примерно в миллиард раз больше энергии, чем обычное ракетное топливо.

Первым делом при производстве топлива-антивещества должно стать получение в ускорителе частиц потока антипротонов и «складирование» их в ловушке Пеннинга, которую разрабатывает в настоящий момент Смит. Предполагается, что готовая ловушка Пеннинга будет весить 100 кг (большую часть из которых должны составлять жидкие азот и гелий) и сможет вместить около триллиона антипротонов, удерживая их в магнитном поле. (При очень низких температурах длина волны антипротонов в несколько раз больше длины волны атомов, из которых состоит стенка контейнера, поэтому антипротоны в большинстве случаев будут отражаться от стенки без аннигиляции.) Смит утверждает, что антипротоны в ловушке Пеннинга можно будет хранить около пяти суток (до использования, т.е. до смешивания с обычными атомами и аннигиляции). Ожидается, что его ловушка вместит примерно одну миллиардную грамма антипротонов. Цель Смита — создать ловушку Пеннинга, способную удерживать до 1 мкг, т. е. до одной миллионной доли грамма, антипротонов.

Хотя антивещество продолжает оставаться самой дорогостоящей субстанцией на Земле, его цена год от года резко падает (по сегодняшним ценам грамм антивещества стоил бы примерно 62,5 трлн долл.). В Лаборатории имени Ферми под Чикаго строится новый инжектор частиц, который должен увеличить производство антивещества в лаборатории в десять раз, с 1,5 до 15 нг в год, что тоже должно существенно снизить цены. Тем не менее Гарольд Герриш из NASA считает, что с дальнейшим усовершенствованием технологии цена вполне может снизиться до 5000 долл. за микрограмм. Доктор Стивен Хау из компании Synergistic Technologies в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, утверждает: «Наша цель — перевести антивещество из недостижимой сферы научной фантастики в открытую для коммерческого использования сферу транспортных и медицинских приложений».

До сих пор для получения антипротонов используются ускорители, которые разрабатывались в свое время как инструменты для научных исследований, а не как фабрики по производству антивещества; поэтому они, естественно, очень неэффективны. Именно поэтому Смит мечтает о строительстве нового ускорителя частиц, специально разработанного для производства значительного количества антипротонов; появление такой специализированной фабрики сразу снизило бы цену.

Смит мечтает о том, что когда-нибудь, когда дальнейшие технические усовершенствования и массовое производство помогут снизить ее еще сильнее, ракеты на антивеществе станут рабочими лошадками межпланетного, а возможно, и межзвездного сообщения. Пока же их проекты остаются только на бумаге.

Естественное антивещество

Если антивещество так сложно получить в земных условиях, то, может, легче обнаружить его в космосе? К сожалению, поиски антивещества во Вселенной, к большому удивлению физиков, почти не дали результатов. Трудно объяснить, почему наша Вселенная состоит преимущественно из вещества, а не из антивещества. Казалось бы, логично.предшложить, что при рождении Вселенной вещество и антивещество возникли в равных, симметричных количествах. Поэтому так поражает почти полное отсутствие антивещества.

Наиболее вероятный ответ на этот вопрос первым сформулировал Андрей Сахаров, человек, разработавший в 1950-х гг. для Советского Союза водородную бомбу. Сахаров рассуждал так: в начале Вселенной, во время Большого взрыва, возникла легкая асимметрия в количестве вещества и антивещества, причиной которой стало так называемое нарушение зарядовой и четной симметрии (СР-симметрии). В настоящее время это явление — предмет самых интенсивных исследований. В конечном итоге, рассуждал Сахаров, все атомы нашей сегодняшней Вселенной представляют собой остатки почти полной взаимной аннигиляции материи и антиматерии; это взаимное космическое уничтожение последовало за Большим взрывом. Лишь крохотная несимметричная часть вещества образовала остаток, из которого и сформировалась сегодняшняя видимая Вселенная. Все атомы наших тел — остатки титанического столкновения вещества и антивещества.

Эта теория допускает существование небольших количеств антивещества, возникшего естественным образом. Если нам удастся обнаружить его запасы, стоимость производства топлива для двигателей на антивеществе резко упадет. В принципе искать «залежи» естественного антивещества должно быть несложно. Когда электрон встречается с позитроном, оба аннигилируют, излучая при этом гамма-кванты с энергией 1,02 МэВ или выше. Поэтому, просканировав небо в поисках гамма-лучей с такой энергией, можно безошибочно отыскать следы присутствия естественного антивещества.

В самом деле, доктор Уильям Пёрселл из Северо-Западного университета обнаружил «фонтаны» антивещества в галактике Млечный Путь, недалеко от ее центра. По всей видимости, там имеется поток антивещества, который при столкновении с обычным водородом порождает характерное гамма-излучение с энергией 1,02 МэВ. Если этот поток имеет естественное происхождение, то, возможно, во Вселенной существуют и другие «карманы» антивещества, которое не было уничтожено во время Большого взрыва.

Для более систематических поисков антивещества естественного происхождения в 2006 г. на орбиту был выведен спутник PAMELA, разработанный совместными усилиями России, Италии, Германии и Швеции и предназначенный для поисков сохранившихся участков антивещества. Предыдущие попытки такого рода ограничивались использованием высотных аэростатов и шаттлов, т. е. сбор данных продолжался не более недели. PAMELA же будет работать на орбите по крайней мере три года. «Это лучший детектор из всех, что были до сих пор, и мы будем пользоваться им долгое время», — говорит участник проекта Пьерджорджо Пикоцца из Римского университета.

Прибор разработан для регистрации космических лучей как от обычных источников, таких как сверхновые, так и от неожиданных и необычных, таких как звезды, состоящие целиком из антивещества. Говоря более конкретно, PAMELA будет искать след антигелия, который может возникать в недрах антизвезд. Сегодня большинство физиков уверены, что в результате Большого взрыва вещество и антивещество во Вселенной аннигилировали почти полностью, как и предположил в свое время Сахаров, но прибор PAMELA будет работать, исходя из другого предположения — что в этой аннигиляции не участвовали целые области Вселенной с преобладанием антивещества, где оно и сегодня существует в виде антизвезд.

Если антивещество в небольших количествах существует в открытом космосе, то не исключено, что можно будет «собирать» его и использовать в качестве топлива для звездолетов. Институт перспективных концепций NASA достаточно серьезно воспринимает идею сбора антивещества в космосе, о чем свидетельствует недавно выданный грант на пилотный проект по изучению этой идеи. «Упрощенно говоря, вам нужно создать сеть вроде рыболовной», — говорит Джеральд Джексон из компании НЬаг Technologies, принимающей в этом проекте активное участие.

Основой предполагаемого устройства для сбора антивещества служат три концентрические сферы, изготовленные из проволочной сетки. Внешняя сфера диаметром 16 км должна быть положительно заряжена; она будет отталкивать положительно заряженные протоны, но притягивать отрицательно заряженные антипротоны. Антипротоны, прошедшие через первую сферу, будут замедляться, проходя через вторую, и останавливаться на подходе к внутренней сфере диаметром 100 м. Там антипротоны будут захватываться магнитным полем и смешиваться с позитронами для получения антиводорода.

Согласно оценке Джексона, управляемая аннигиляция вещества и антивещества внутри космического корабля могла бы довести его под солнечным парусом до Плутона при расходе всего лишь в 30 мг антивещества. Чтобы долететь до Альфы Центавра, звездолету, по этим же расчетам, потребуется 17 г антивещества. В то же время Джексон утверждает, что между орбитами Венеры и Марса может присутствовать до 80 г антивещества, которое теоретически можно собрать при помощи такого космического зонда. Однако, принимая во внимание технические проблемы и стоимость запуска гигантского сборщика антивещества, можно предположить, что этот проект будет реализован не раньше конца XXI в., а то и позже.

Некоторые ученые мечтают получить антивещество из астероида, свободно дрейфующего в открытом космосе. (В серии комиксов «Флэш Гордон» когда-то фигурировал летящий по космосу зловещий астероид из антивещества, способный при встрече с любой планетой вызвать ужасающий взрыв.)

Если антивещества естественного происхождения в космосе не отыщется, нам придется ждать несколько десятилетий, а то и столетий, прежде чем мы на Земле сможем наладить производство существенных его количеств. Но если предположить, что технические проблемы производства антивещества решаемы, вероятность того, что когда-нибудь корабли с двигателями на антивеществе помчат нас к звездам, остается значительной.

Учитывая все, что нам на сегодняшний день известно об антивеществе, и предполагая дальнейшее развитие связанной с ним технологии, я бы определил ракетные корабли на антивеществе как невозможность I класса.

Первооткрыватель антивещества

Что такое антивещество? Представляется странным, что природа без всяких видимых причин удвоила число элементарных частиц во вселенной. Как правило, природа очень экономна — но в отношении пары вещество-антивещество она, похоже, повела себя в высшей степени расточительно. Кроме того, возникает еще один вопрос: если существует антивещество, может быть, существуют и антивселенные?

Чтобы поискать ответы на эти вопросы, нам придется разобраться в истории самого антивещества. Открытие его относится еще к 1928 г., к новаторским работам Поля Дирака, одного из самых блестящих физиков двадцатого столетия. Он занимал лукасовскую кафедру в Кембриджском университете — ту самую, которую в свое время занимал Ньютон и которую в настоящее время занимает Стивен Хокинг. Дирак родился в 1902 г.; он был молодым человеком, высоким и жилистым, когда в 1925 г. разразилась квантовая революция. В этот момент Дирак изучал электротехнику, но волна интереса, разбуженного новой теорией, захватила его и навсегда изменила его жизнь.

Квантовая теория базируется на представлении о том, что частицу вроде электрона можно описать не только как точечный объект, но и как некую волну, отвечающую знаменитому волновому уравнению Шрё'дингера. (Волновая функция представляет вероятность нахождения частицы в конкретной точке.)

Но Дирак быстро понял, что уравнение Шрёдингера имеет серьезный недостаток. Оно описывает только медленно движущиеся электроны. На более высоких скоростях уравнение перестает действовать, так как не подчиняется законам относительности Альберта Эйнштейна — а ведь именно эти законы описывают поведение объектов на высоких, околосветовых скоростях.

Юному Дираку сразу захотелось так переформулировать уравнение Шрёдингера, чтобы попытаться включить в него и законы теории относительности. В 1928 г. молодой ученый предложил свой вариант уравнения Шрёдингера — достаточно радикальную его модификацию, которая в полной мере соответствовала теории относительности Эйнштейна. Ученый мир был потрясен. Дирак отыскал свое знаменитое релятивистское уравнение для электрона путем чисто математических манипуляций с высшими математическими объектами, известными как спиноры. Внезапно математическая диковинка оказалась центральной фигурой во всей Вселенной. [До Дирака многие физики были убеждены, что великие открытия в физике должны стоять на прочной базе экспериментальных данных, но Дирак выбрал противоположную стратегию. Для него чистая математика — если, конечно, она была достаточно красива — служила путеводной звездой на пути к великим открытиям. Он писал: «Красота уравнений важнее, чем их соответствие экспериментальным данным… представляется, что если стремишься получить в уравнениях красоту и обладаешь здоровой интуицией, то ты на верном пути».)

Работая над новым уравнением для электрона, Дирак обнаружил, что прославленное уравнение Эйнштейна, Е = mc2, не совсем верно. Это уравнение верно лишь отчасти, несмотря на то что его можно увидеть повсюду: на рекламах Мэдисон-авеню и на детских футболках, в мультиках и на костюмах супергероев. Верное уравнение выглядит так: Е = ±mc2. (Минус возникает потому, что в процессе вывода нам приходится брать квадратный корень из определенной величины. А операция взятия квадратного корня всегда привносит в выражение неопределенность в знаке.)

Но физики не выносят отрицательной энергии. В физике существует аксиома, согласно которой объекты всегда стремятся к состоянию с минимальной энергией (именно поэтому вода всегда стремится к минимальному уровню, уровню моря). А если материя всегда стремится к состоянию с минимальной энергией, то перспектива появления отрицательной энергии чревата поистине катастрофическими последствиями. Присутствие во Вселенной отрицательных энергий означало бы, что все электроны со временем провалятся к бесконечным отрицательным энергиям — а это, в свою очередь, означало бы, что теория Дирака нестабильна. Пытаясь избежать этого, Дирак изобрел концепцию «моря Дирака». Он предположил, что все состояния с отрицательными энергиями уже заняты, поэтому электрон никак не может туда провалиться. Следовательно, Вселенная стабильна. Кроме того, иногда гамма-квант, столкнувшись случайно с электроном, пребывающим в состоянии с отрицательной энергией, выталкивает его «наверх», в состояние с положительной энергией. Тогда мы видим, как гамма-квант превращается в электрон, а в море Дирака возникает дырка. Эта дырка должна вести себя как пузырек в вакууме: обладать положительным зарядом и массой, равной массе первоначального электрона. Другими словами, дырка должна вести себя как антиэлектрон. Иначе говоря, в этой картине мира антивещество состоит из «пузырьков» в море Дирака.

Всего через несколько лет после этого поразительного предсказания Карл Андерсон действительно обнаружил антиэлектрон, и в 1933 г. Дирак получил за свое предсказание Нобелевскую премию.

Другими словами, антивещество существует потому, что уравнение Дирака имеет два варианта решений — одно для вещества, другое для антивещества. (А это, в свою очередь, есть следствие специальной теории относительности.)

Уравнение Дирака предсказывает не только существование антивещества; оно предсказывает также существование у электрона «спина». Элементарные частицы могут вращаться подобно волчку. Спин электрона, к примеру, очень важен для понимания поведения электронов в транзисторах и полупроводниках, которые составляют основу современной электроники.

Стивен Хокинг сожалеет, что Дирак не запатентовал свое уравнение. Он пишет: «Дирак сделал бы состояние, если бы запатентовал уравнение Дирака. Он получал бы авторский процент с каждого телевизора, плеера, видеоигры или компьютера».

Сегодня знаменитое уравнение Дирака выбито на камне Вестминстерского аббатства, недалеко от могилы Исаака Ньютона. Это, пожалуй, единственное уравнение в мире, удостоенное такой исключительной чести.

Дирак и Ньютон

Пытаясь понять, как именно Дирак пришел к своему революционному уравнению и концепции антивещества, историки науки часто сравнивают его с Ньютоном. Интересно, что у Ньютона и Дирака действительно имеется немало сходных черт. Оба они работали в Кембриджском университете и свое главное открытие совершили в 20 лет с небольшим; оба прекрасно владели математикой. Кроме того, у них была еще одна общая черта: полное, доходящее до патологии, отсутствие социальных навыков. Оба славились своей неспособностью поддерживать светскую беседу и вообще вести себя в обществе. Дирак был болезненно застенчив; он никогда ничего не говорил, пока его прямо не спрашивали, да и на вопросы отвечал только «да», «нет» или «не знаю».

Мало того, Дирак был чрезвычайно скромен и ненавидел всяческую публичность. Когда ему дали Нобелевскую премию по физике, он всерьез думал, не отказаться ли — только из-за неизбежной известности и связанного с этим беспокойства. Но, когда ему указали, что отказ от Нобелевской премии принесет ему еще большую известность, он решил принять награду.

Об эксцентричности Ньютона написано немало трудов; гипотезы выдвигались самые разные: от отравления парами ртути до душевной болезни. Но недавно кембриджский психолог Саймон Бэрон-Коэн выдвинул новую теорию, которая могла бы объяснить странности одновременно и Дирака, и Ньютона.

Бэрон-Коэн утверждает, что оба они, вероятно, страдали от синдрома Аспергера, схожего с аутизмом — этой болезнью страдал гениальный безумец в фильме «Человек дождя». Люди, страдающие синдромом Аспергера, чрезвычайно замкнуты, не умеют держать себя в обществе и иногда обладают выдающимися математическими способностями; в отличие от больных аутизмом, они все же способны жить и работать среди людей. Если эта теория верна, то чудесные вычислительные способности Ньютона и Дирака, возможно, дорого им достались, ведь они прочно отгородили обоих от остального человечества.

Антигравитация и антивселенные

Теория Дирака помогает получить ответы на множество вопросов. Что выступает в роли гравитации в мире антивещества? Существуют ли антивселенные?

Как мы уже обсуждали, античастицы имеют противоположный заряд по отношению к обычным частицам. При этом можно сказать, что частицы, не обладающие зарядом вовсе (такие, как фотон, частица света, или гравитон, частица гравитации), могут служить античастицами самим себе. Следовательно, что гравитация — сама себе антиматерия; другими словами, гравитация и антигравитация — одно и то же. Поэтому антивещество под действием гравитации будет, как и вещество, падать вниз, а не вверх. (Здесь все физики едины во мнении, но в лаборатории этот факт никогда не проверялся.)

Теория Дирака отвечает и на более глубинные вопросы. Почему природа допускает существование антивещества? Следует ли из этого существование антивселенных?

В некоторых научно-фантастических произведениях герой обнаруживает в космосе землеподобную планету. Мало того, новая планета оказывается во всем подобной Земле, за исключением того, что состоит из антивещества. У каждого из нас на этой планете есть двойник; антилюди со своими антидетьми живут в тамошних антигородах. Поскольку законы антихимии полностью соответствуют законам химии, не считая противоположности всех зарядов, люди этого мира не в состоянии понять, что состоят из антивещества. (Физики называют такую вселенную вселенной с обратным зарядом, поскольку все заряды в ней имеют обратный знак, а все остальное точно такое же, как у нас.)

В других научно-фантастических сюжетах ученые открывают в открытом космосе планету-близнец Земли, только зеркальную; лево и право там полностью поменялись местами. Сердца у людей расположены справа, а левшей значительно больше, чем правшей. Тамошние жители проживают свой век, не подозревая, что живут в зеркально перевернутой вселенной. (Физики называют такую вселенную зеркальной, или вселенной с обратной четностью.)

Могут ли вдействительности существовать зеркальные вселенные или вселенные из антивещества? Вообще, физики очень серьезно относятся к вопросу о вселенных-двойниках, ведь уравнения Ньютона и Эйнштейна останутся теми же, если просто поменять знак заряда у всех элементарных частиц или поменять местами лево и право. Исходя из этого, и зеркальные вселенные, и вселенные из антивещества в принципе возможны.

Нобелевский лауреат Ричард Фейнман задал в отношении этих вселенных интересный вопрос. Предположим, когда-нибудь мы сумеем связаться по радио с обитателями далекой планеты; видеть их мы при этом не будем. «Сможем ли мы объяснить им по радио разницу между понятиями "лево" и "право"?» — спрашивал Фейнман. Если законы физики разрешают существование зеркальной вселенной, то донести до наших радиособеседников эти концепции окажется невозможно.

Он рассуждал следующим образом. Некоторые вещи объяснить легко — это относится, например, к форме нашего тела, количеству у нас пальцев, ног и рук. Мы сможем даже объяснить инопланетянам законы химии и биологии. Но стоит нам попытаться объяснить им понятия «лево» и «право» (или «по часовой стрелке» и «против часовой стрелки»), у нас ничего не получится. Мы никогда не сможем объяснить, что сердце у нас находится слева, в каком направлении вращается Земля или закручивается спираль молекулы ДНК.

Ученые испытали настоящее потрясение, когда Ч. Янг и Ц. Ли, работавшие в то время в Колумбийском университете, доказали, что эта замечательная теорема неверна. Исследовав природу элементарных частиц, они сумели показать, что зеркальная вселенная существовать не может. Узнав об этом революционном результате, один физик сказал: «Господь, должно быть, сделал ошибку». За этот результат, потрясший основы физики и получивший название «несоблюдение четности», Янг и Ли получили в 1957 г. Нобелевскую премию по физике.

Для Фейнмана этот результат означал, что если наладить радиосвязь с инопланетянами, то можно договориться о некоем эксперименте, который позволил бы определить друг для друга разницу между правой и левой вселенными. (К примеру, радиоактивный кобальт-60 излучает электроны с правым и левым спином не в равных количествах; одно из направлений вращения является предпочтительным, и четность, таким образом, нарушается.)

Фейнман представил себе, как будет проходить историческая встреча между землянами и представителями иной цивилизации. Мы попросим инопланетян протянуть при первой встрече правую руку и обменяемся рукопожатиями. Если чужие действительно протянут нам правую руку, мы поймем, что сумели объяснить им, что такое «право-лево» и «по часовой стрелке или против».

Но затем Фейнман задал непростой вопрос. А что, если чужаки протянут нам левую руку вместо правой? Это будет означать, что мы совершили роковую ошибку и не смогли понятно объяснить, что такое «лево» и «право». Хуже того, это будет означать, что чужие на самом деле состоят из антивещества, а потому они провели все эксперименты задом наперед и получили «лево» и «право» наоборот. И тогда это будет означать, что при попытке пожать друг другу руки мы все взорвемся!

Таковы были наши представления до 1960-х гг. Некоторое время считалось, что невозможно отличить нашу Вселенную от другой вселенной, которая состояла бы из антивещества с противоположной четностью. Если поменять одновременно и четность, и заряд, то получившаяся вселенная будет подчиняться все тем же законам природы, что и наша. Да, четность сама по себе была опровергнута, но вместе заряд и четность давали вполне симметричную вселенную. Так что вселенная, симметричная нашей одновременно по заряду и четности ССР-симметричная), вроде бы оставалась возможной.

Это означало, что мы, разговаривая с инопланетянами по телефону, никогда не сумели бы объяснить им разницу между обычной вселенной и вселенной «перевернутой» относительно заряда и четности (такой, где лево и право поменялись местами, а все вещество превратилось в антивещество).

И вот в 1964 г. физики испытали второй шок: СР-симметричная вселенная (симметричная нашей по заряду и четности) тоже оказалась невозможной! Исследование свойств элементарных частиц позволит даже в такой вселенной различить право и лево, направления по часовой стрелке и против. За этот результат в 1980 г. Джеймсу Кронину и Валу Фитчу была присуждена Нобелевская премия.

(Многие физики расстроились, когда выяснилось, что СР-симметричная вселенная противоречит законам физики, но задним числом можно утверждать, что само по себе это хорошо; мы уже обсуждали это. Если бы СР-перевернутая вселенная имела право на существование, то в первоначальный Большой взрыв были бы вовлечены в точности одинаковые количества вещества и антивещества, которые затем аннигилировали бы на 100%, и никаких атомов не возникло бы вообще! Тот факт, что мы существуем как остаток от аннигиляции неравных количеств вещества и антивещества, сам по себе является доказательством нарушения СР-симметрии.)

Вообще, могут ли существовать какие-нибудь антивселенные, симметричные нашей по одному или нескольким параметрам? На этот вопрос следует дать положительный ответ. Хотя симметричные по четности и по заряду вселенные невозможны, в принципе антивселенные имеют право на существование; правда, это будет очень странная симметрия. Если поменять на противоположные не только знак заряда и четность, но и направление хода времени, то вселенная, которая у нас получится, будет подчиняться всем законам физики. Таким образом получается, что разрешены СРТ-симметричные вселенные.

Обращение времени — весьма причудливый вид симметрии. В Т-симметричной вселенной яичница спрыгивает с тарелки, собирается воедино на сковороде, а затем разбегается обратно по яйцам и запечатывает за собой скорлупу. Мертвец поднимается из могилы, молодеет, становится младенцем и запрыгивает в чрево матери.

Здравый смысл говорит нам, что такая вселенная невозможна. Но математические уравнения элементарных частиц утверждают обратное. Законы Ньютона замечательно выполняются — хоть вперед по времени, хоть назад. Представьте себе видеозапись бильярдной партии. Каждое столкновение шаров подчиняется ньютоновым законам движения. Если мы прокрутим запись в обратном направлении, игра будет выглядеть странно, — но законы Ньютона допускают и такой порядок вещей.

В квантовой теории все сложнее. Обращение времени само по себе нарушает законы квантовой механики, но полностью СРТ-симметричная вселенная (иными словами, такая вселенная, где одновременно изменены знак заряда, четность и направление хода времени) ничему не противоречит. Это означает, что вселенная, где лево и право поменялись местами, вещество превратилось в антивещество, а время идет задом наперед, с точки зрения законов физики выглядит совершенно нормально!

(Интересно отметить, что мы никак не можем связаться с СРТ-перевернутым миром. Если время на их планете течет в обратном направлении, все, что мы передадим по радио, станет частью их будущего, а значит, будет забыто сразу же по получении сигнала. Поэтому, хотя сама по себе СРТ-симметричная вселенная имеет право на существование, связаться с ней по радио невозможно.)

Подведем итоги. Возможно, в отдаленном будущем двигатель на антивеществе даст нам реальную возможность построить звездолет—конечно, если мы найдем способ изготовить на Земле или собрать в открытом космосе достаточное количество антивещества. Нарушение СР-симметрии обусловливает легкий дисбаланс между веществом и антивеществом; возможно, благодаря этому во Вселенной до сих пор существуют скопления, или «карманы», антивещества, которое когда-нибудь можно будет собирать.

Но поскольку разработка двигателя на антивеществе столкнется с серьезными техническими трудностями, на их преодоление может уйти лет сто или даже больше. Это заставляет отнести двигатель на антивеществе к I классу невозможности.

Но давайте разберемся теперь с другим вопросом. Будут ли — хотя бы через несколько тысяч лет — созданы сверхсветовые звездолеты? Можно ли обойти знаменитую аксиому Эйнштейна, которая гласит, что ничто не может двигаться быстрее света? Ответ, как ни странно, должен быть однозначно положительным.


2. Во 2-й книге «Государства» Платон писал: «Ни один из них [обладателей перстня невидимости] не оказался бы настолько твердым, чтобы остаться в пределах справедливости и решительно воздержаться от присвоения чужого имущества и не притрагиваться к нему, хотя каждый имел бы возможность без всякой опаски брать что угодно на рыночной площади, проникать в дома и сближаться с кем вздумается, убивать, освобождать из заключения кого захочет — вообще действовать среди людей так, словно он равен богу… Если человек, овладевший такою властью, не пожелает когда-либо поступить несправедливо и не притронется к чужому имуществу, он всем, кто это заметит, покажется в высшей степени жалким и неразумным…»

3. Кроме того, нацисты направили экспедицию в Индию для исследования некоторых мифологических утверждений индуизма (примерно как в сюжете фильма «Искатели утраченного ковчега»). Нацистов очень интересовало описанное в «Махабхарате» странное и весьма мощное оружие, в том числе летательный аппарат.

4. Подобные фильмы стали также причиной распространения множества ложных представлений о лазерах. На самом деле лазерный луч невидим; видимым он становится только в том случае, если рассеивается частицами пыли в воздухе. Поэтому когда Тому Крузу в фильме «Миссия невыполнима» приходится пробираться сквозь паутину лазерных лучей, лучи эти по идее должны были бы быть невидимыми, а не красными, как в фильме. Кроме того, во многих кинематографических сражениях с применением лучевого оружия мы видим, как лазерный импульс летит через комнату — а это невозможно, поскольку свет лазера движется, понятно, со скоростью света 300 000 км/с.

5. Точнее — что гамма-всплески не связаны со структурой нашей Галактики и поэтому происходят либо сравнительно близко от нас, либо чрезвычайно далеко. Доказательство того, что источники гамма-ксплесков удалены от нас на миллиарды световых лет, было получено только в 1997 г. —Прим. пер.

6. Советский Союз распался в 1991 г., а первая публикация по гамма-всплескам появилась в 1973 г. и описывала 16 таких явлений, наблюдавшихся в период с июля 1969 г. по июль 1972 г. —Прим. пер.

7. Лучше всего описанный случай телепортации датируется 24 октября 1593 г, В этот день некий Гиль Перес, солдат филиппинской дворцовой стражи, стоявший на посту в губернаторском дворце Манилы, появился внезапно на Плаза-Майор в Мехико-Сити. Ошеломленный и потерянный, он был тут же арестован мексиканскими властями, решившими, что он состоит в сговоре с сатаной. Представ перед судом святейшей инквизиции, он смог сказать в свою защиту лишь то, что перенесся из Манилы в Мексику «быстрее, чем прокукарекает петух». (Рассказ об этом мгновенном перемещении выглядит невероятным; историк Майк Дэш заметил, что самые ранние достоверные записи об этом происшествии сделаны примерно через сто лет после описываемого события, а потому им нельзя полностью доверять.)

8. Ранние произведения Конан Дойла отличаются методичностью и логикой, характерными для медицинской профессии; знаменитый дедуктивный метод Холмса является выражением именно такого подхода к жизни. Так почему же позже Конан Дойл резко отошел от холодной рациональной логики Холмса и переключился на головокружительные приключения профессора Челленджера, который не прочь был заглянуть в запретные миры мистицизма, оккультизма и пограничных для науки областей человеческого опыта? Автор в корне переменился после гибели в Первой мировой войне нескольких близких и родных ему людей, в том числе любимого сына Кингсли, брата, двух зятьев и двух племянников. Эти потери навсегда оставили в его душе глубокий эмоциональный шрам.

Подавленный трагической гибелью близких, Конан Дойл с головой погрузился в мир оккультизма, увлечение которым не покидало его уже до конца жизни. Возможно, он верил, что спиритуализм поможет ему связаться с душами любимых людей. Он резко перешел от мира рациональной науки к мистицизму и начал читать по всему миру ставшие знаменитыми лекции о необъясненных психических явлениях.

9. Точнее, принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что неопределенность (стандартное отклонение) положения частицы, умноженная на неопределенность ее момента, должна быть больше или равна постоянной Планка, деленной на 2π. Или произведение неопределенности энергии частицы на неопределенность ее времени также должно быть больше или равно постоянной Планка, деленной на 2π. Если мы устремим постоянную Планка к нулю, то получим обычную ньютоновскую физику, где все неопределенности равны нулю.

Триггви Эмилссон позволил себе сострить по поводу того факта, что невозможно одновременно знать точное значение координаты, момента, энергии или времени электрона: «Историки пришли к выводу, что Гейзенберг, разрабатывая принцип неопределенности, думал о своей интимной жизни: когда есть время, не хватает энергии, а когда момент подходящий, невозможно определиться с позицией».

10. Предположим на мгновение, что можно телепортировать макроскопические объекты, включая и людей. При этом возникает немало тонких философских и теологических вопросов о том, что происходит с «душой» при телепортации человека. Если вы мгновенно перемещаетесь из одного места в другое, то переносится ли вместе с вами и ваша душа?

Патрик Келли в рассказе «Думать как динозавр» исследовал еще один вопрос этики, связанный с телепортацией. Сюжет рассказа строится на том, что женщина готовится к телепортации на другую планету, но в процессе передачи сигнала возникает сбой. В результате тело путешественницы не уничтожено, нетронутыми остались и ее эмоции, а в месте назначения возникла ее точная копия, которая, естественно, отказывается войти в кабинку для телепортации и быть уничтоженной. Возникает кризис, поскольку хладнокровные инопланетяне, снабдившие человечество этой технологией, рассматривают проблему под чисто практическим углом: для поддержания равновесия одна из копий должна быть уничтожена. Подверженные эмоциям люди не могут так легко разрешить эту дилемму.

В большинстве фантастических произведений телепортация преподносится как благо. А вот Стивен Кинг в рассказе «Долгий джонт» рассмотрел опасные побочные явления, которыми он может сопровождаться. В будущем телепортация стала обычным явлением и получила название «джонт». Рассказ начинается с того, что отец перед телепортацией на Марс рассказывает детям историю открытия джонта. Ученый, первым обнаруживший это явление, телепортировал мышей, но благополучно переносили телепортацию только те мыши, которых предварительно усыпили. Мыши, бодрствовавшие во время переноса, умирали страшной смертью. Поэтому людей всегда усыпляют перед телепортацией, это обычная процедура. Единственным человеком, прошедшим через телепортацию в состоянии бодрствования, стал приговоренный преступник, которому за участие в эксперименте было обещано полное прощение. Но после телепортации он умер от обширного инфаркта, успев произнести только: «Там вечность».

К несчастью, сын этого человека так заинтересовался этой таинственной историей, что решил задержать дыхание и не спать. Результат оказался трагичным. После телепортации мальчик внезапно сошел с ума. У него побелели волосы, глаза пожелтели, он пытается выцарапать себе их. Тайна раскрыта. Если вещество при телепортации переносится мгновенно, то для сознания путешествие занимает целую вечность; время представляется бесконечным, и человек лишается рассудка.

11. Кроме того, на званом обеде можно демонстрировать поразительные достижения телепатии. Попросите каждого из присутствующих написать на листке бумаги какое-нибудь имя и соберите свернутые листки в шляпу. Затем доставайте каждый листок по очереди и, не открывая, произносите вслух написанное на нем имя. Аудитория будет поражена — ведь на их глазах совершается настоящее чудо. В самом деле, некоторые «маги» умудряются заработать себе славу и состояние в первую очередь за счет этого несложного трюка.

(На самом деле эта поразительная демонстрация чтения мыслей объясняется очень просто. Вы вытягиваете первый листок и прочитываете его про себя, а вслух объявляете, что не можете разглядеть его содержания из-за неподходящего состояния «психоэфира». Затем вы достаете из шляпы второй листок и, не открывая его, произносите вслух имя, которое прочли в первом. Человек, написавший это имя, будет поражен и решит, что вы прочли нераспечатанный второй листок. Теперь вы открываете второй листок и молча читаете его содержимое. Вытаскиваете третий запечатанный листок и объявляете вслух имя, прочитанное на втором. И так далее. Каждый раз, называя вслух имя, вы на самом деле оглашаете содержимое предыдущего листка.)

12. Психическое состояние человека можно приблизительно определить, если проследить в точности за движением его глаз, скажем, при разглядывании фотографии. Если направить тонкий луч света на глазное яблоко, то отраженный луч можно будет увидеть на стене или специальном экране. Движение отраженного луча света на стене позволит затем в точности восстановить, как движется глаз при разглядывании картинки. (К примеру, при разглядывании человеческого лица на фотографии взгляд наблюдателя, как правило, сначала бегает от одного глаза к другому, затем перемещается на рот, снова возвращается к глазам — и только после этого переходит к остальной части изображения.)

Если при разглядывании некоего изображения точно отслеживать размер зрачков, то можно определить, какие — приятные или неприятные — у человека возникают мысли при сканировании глазами конкретных участков картинки. Таким образом можно определить эмоциональное состояние человека. (К примеру, если убийце показать фотографию места преступления, он испытает сильные эмоции при разглядывании именно той части картинки, где находилось тело, — но ведь точное его положение знают только сам убийца и полиция!)

13. В Общество психических исследований входили лорд Рэлей (нобелевский лауреат), сэр Уильям Крукс (изобретатель «трубки Крукса», используемой в электронике), Шарль Рише (нобелевский лауреат), американский психолог Уильям Джеймс и премьер-министр Артур Бальфур. Общество поддерживали такие знаменитости, как Марк Твен, Артур Конан Дойл, Альфред, лорд Теннисон, Льюис Кэрролл и Карл Юнг.

14. Райн первоначально хотел стать священником, но затем, во время обучения в Чикагском университете, переключился на ботанику. Побывав в 1922 г. на лекции сэра Артура Конан Дойла, посвященной общению с душами умерших, Райн заинтересовался психическими явлениями. Позже он познакомился с книгой сэра Оливера Лоджа «Выживание человека», рассказывающей о будто бы имевшем место во время сеансов общении с умершими; книга еще укрепила интерес Райна. Его, однако, не удовлетворяло современное состояние спиритуализма — да и репутация этого занятия была сильно подпорчена некрасивыми историями о мошенничестве и обмане. Более того, собственные исследования Райна послужили разоблачению одной из известных спириток, некой Марджери Крэндон; это разоблачение принесло ему презрение многих спиритуалистов, включая и Конан Дойла.

15. «Выступ» на графике электрического потенциала ЭЭГ приблизительно через 300 мс после воспринимаемого испытуемым сигнала. — Прим пер.

16. Наконец, даже ограниченные формы телепатии, став в будущем обычными, породили бы множество юридических и моральных проблем. Во многих странах запрещено записывать телефонные разговоры без разрешения ведущего их человека, так что в будущем вполне может появиться и запрет на запись рисунков мыслей человека без его прямого разрешения — причем запрет безусловный. А учитывая неуловимую и очень «текучую» природу мыслей человека, рисунки мыслей, скорее всего, никогда не будут иметь силу в суде. В фильме «Особое мнение» с Томом Крузом ставится этический вопрос о том, можно ли арестовать человека за преступление, которого он еще не совершил. В будущем, возможно, встанет вопрос и о том, являются ли рисунки мыслей, свидетельствующие о намерении человека совершить преступления, инкриминирующим доказательством против него. Будут ли угрозы, высказанные вслух, считаться сопоставимыми с мысленными угрозами?

Встанет вопрос и о правительственных органах, о службах безопасности, которые будут подвергать людей сканированию мозга, не спрашивая их согласия и не оглядываясь на законы. Будет ли это считаться допустимым? Легально ли читать мысли террориста, чтобы узнать его планы? Легально ли имплантировать ложные воспоминания, чтобы обмануть кого-то? В фильме «Вспомнить все» с Арнольдом Шварценеггером постоянно возникает вопрос о том, подлинны ли воспоминания человека или внедрены извне, — ведь это может изменить саму природу того, кто мы есть.

Вероятно, эти и другие подобные вопросы еще много десятилетий будут оставаться чисто гипотетическими, но технология развивается, хотя и медленно, — и эта технология безусловно вызовет в будущем моральные, юридические и общественные проблемы. К счастью, у нас еще достаточно времени, чтобы подготовиться к ним.

17. Элемент объемного изображения, по аналогии с «пиксель». —Прим. пер.

18. Автор приписывает Шекспиру цитату, принадлежащую английскому фантасту Нилу Гейману (Neil Gaiman). — Прим. пер.

19. Удивительного Рэнди задевало, что профессиональные иллюзионисты, ловко надувающие легковерных простаков, приписывают себе психокинетические возможности и тем самым вводят в заблуждение ничего не подозревающую публику, и он занялся профессиональным разоблачением всевозможных мошеннических трюков. Особенно ему нравилось повторять каждый новый трюк, исполненный медиумом. Сам Удивительный Рэнди принадлежал скорее к традиции великого Гудини и занимался одновременно демонстрацией иллюзий и разоблачением обманщиков и шарлатанов, пытавшихся при помощи своих умений ввести публику в заблуждение и заработать на этом. Рэнди утверждает, что может обмануть своими трюками даже ученых. Он говорит: «Я могу прийти в лабораторию и заморочить головы любым ученым».

20. Профессор Пенроуз утверждает, что человек не мог бы мыслить без квантовых эффектов, которые, безусловно, должны присутствовать в мозге. Большинство специалистов-компьютерщиков скажет, что каждый нейрон мозга можно воспроизвести при помощи сложного набора транзисторов; отсюда следует, что мозг можно сопоставить с классическим компьютером. Мозг чрезвычайно сложен, но по сути своей состоит из набора нейронов, поведение которых может быть смоделировано при помощи транзисторов. Пенроуз не согласен с этим утверждением. Он утверждает, что в клетке есть структуры, известные как микротубулы, которые демонстрируют квантовое поведение, а потому мозг невозможно свести к простому набору электронных компонентов.

21. Так что наши механические создания могут в конце концов послужить ключом к нашему же выживанию. Как говорит Марвин Мински, "мы, люди, не конечная точка эволюции, так что если мы можем сделать машину такой же умной, как человек, то мы, вероятно, можем также сделать машину гораздо умнее человека. Нет смысла создавать еще одного человека. Хочется создать машину, которая сможет делать вещи, которые мы сами делать не можем".

22. О бессмертии, конечно, человек мечтает с тех самых пор, когда он, один в животном царстве, начал осознавать собственную смертность. Говоря о бессмертии, Вуди Аллен однажды сказал: «Мне не нужно бессмертие через работу. Я хочу быть по-настоящему бессмертным, т.е. не умирать. Я не хочу жить в сердцах соотечественников. Я предпочел бы продолжать жить в собственной квартире». Моравек, в частности, уверен, что в далеком будущем мы сольемся со своими творениями, чтобы образовать разум более высокого порядка. Для этого потребуется продублировать 100 млрд нейронов нашего мозга, каждый из которых связан, может быть, с несколькими тысячами других нейронов. Представьте: человек сидит на столе в операционной, а рядом лежит подготовленное тело робота. Начинается операция. Одновременно с удалением каждого нейрона из тела человека в теле робота создается точно такой же «кремниевый» нейрон. Идет время. Нейроны тела заменяются на кремниевые нейроны робота постепенно, поэтому все время операции человек сохраняет сознание. В конце концов мозг полностью переносится в тело робота, а объект операции спокойно наблюдает за происходящим. И вот результат: еще вчера человек умирал в собственном потрепанном отказывающем теле, а теперь обнаруживает себя в бессмертном теле, но обладает при этом прежней памятью и прежней личностью — и все это не теряя сознания.

23. К сожалению, этот срок представляется слишком оптимистическим. Ни в 2005 финансовом году, ни в 2009-м NASA не располагает средствами на опытно-конструкторские работы по проекту TPF и вынуждено ограничиваться разработкой для него отдельных технологий. — Прим. пер.

24. В целом, хотя местные языки и культуры будут и дальше процветать в разных регионах Земли, появятся также единые всепланетные язык и культура, которые охватят собой все континенты. Глобальная культура будет существовать параллельно с местными. Вообще говоря, в отношении элит всех обществ такая ситуация уже сложилась.

Но существуют и силы, противодействующие движению к единой всепланетной системе. Террористы, скажем, инстинктивно понимают, что при движении к планетарной цивилизации центральными в новой культуре станут терпимость и светский плюрализм, а такая перспектива представляет угрозу для людей, которым удобнее жить в прошлом тысячелетии.

25. Еще одним достоинством ионного двигателя по сравнению с химическим, о котором автор будет говорить ниже, является очень высокое приращение импульса ракеты на единицу массы израсходованного рабочего тела. —Прим. пер.

26. Еще один солнечный парус, совсем небольшой, был запущен в августе 2008 г. на частной американской ракете «Фалкон-1». Увы, и этот пуск закончился аварией. — Прим. пер.

27. В сущности, «Прометей» создавался под единственный космический проект тяжелой АМС к спутникам Юпитера, к настоящему времени уже отмененный. Фактически в 2005 финансовом году проект «Прометей» получил только 270,3 млн, в 2006-м — 56,5 млн, а в 2007-м — 5,5 млн долл., после чего прекратил существование как самостоятельная разработка. — Прим. пер.

28. Крайне сомнительно, так как на такой скорости до Плутона всего двое суток лёту, а при равномерном разгоне и торможении — четверо. — Прим. пер.

29. Это сильное преувеличение. Да, после годового или даже полугодового полета человеку трудно сразу встать и пойти, да и не стоит этого делать, но уже через несколько дней навыки восстанавливаются как у русских, так и у американских космонавтов, тем более что они уже 13 лет летают вместе. —Прим. пер.
<<< |1|2|3|4|5|6|7| >>>
Комментарии: 0