Физика невозможного (Каку)

Причина кроется в законах квантовой механики. Вводя в некую теорию все возможные квантовые поправки (утомительный процесс, известный как «перенормировка»), мы нередко обнаруживаем, что явления, которые раньше (на классическом уровне) казались запрещенными, снова появляются на горизонте и их необходимо принимать в расчет. Это означает, что любое явление, не запрещенное явным образом (к примеру, одним из законов сохранения), после введения квантовых поправок может вновь попасть в поле зрения ученых.

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…»

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.

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.

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.

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.

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.)

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.

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».

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.

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.)

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!)

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.

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.

«Выступ» на графике электрического потенциала ЭЭГ приблизительно через 300 мс после воспринимаемого испытуемым сигнала. — Прим пер.

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.

Элемент объемного изображения, по аналогии с «пиксель». — Прим. пер.

Автор приписывает Шекспиру цитату, принадлежащую английскому фантасту Нилу Гейману (Neil Gaiman). — Прим. пер.

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».

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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Крайне сомнительно, так как на такой скорости до Плутона всего двое суток лёту, а при равномерном разгоне и торможении — четверо. — Прим. пер.

Прим. корректора: вообще-то в м/с, как и скорость.

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.

Прим. корректора: интересно, как автор представляет себе маршрут самолёта с западного побережья США к восточному через Атлантику?

Еще одна привлекательная черта такой интерпретации — то, что при этом не возникает нужды в дополнительных предположениях, достаточно первоначального волнового уравнения. В этой системе нам не обязательно схлопывать волновые функции или производить наблюдения. Волновая функция просто делится, сама по себе, автоматически, без всякого вмешательства извне или дополнительных условий. В этом смысле теория множественности миров принципиально проще всех остальных теорий, в которых требуются внешние наблюдатели, измерения, схлопывание волн и т. п. Правда, мы получаем в нагрузку бесконечное число вселенных, но волновая функция управляется с ними самостоятельно, без всяких дополнительных предположений со стороны.

Одно из объяснений того факта, что наша физическая Вселенная представляется такой стабильной и неизменной, строится на утрате когерентности; считается, что мы просто потеряли синхронность со всеми остальными параллельными вселенными. Но потеря когерентности не уничтожает параллельные вселенные и не отрицает их существования; она объясняет лишь, почему наша собственная Вселенная среди бесконечного множества других вселенных кажется такой стабильной. Идея декогерентности основана на представлении о том, что вселенные способны расщепляться на множество других вселенных, но наша Вселенная, благодаря взаимодействию с окружающим миром, полностью изолирована от остальных.

Были возражения. Некоторые ученые заявляли, что человеческий мозг — самое сложное, может быть, творение матери-природы в Солнечной системе, нарушает второй закон термодинамики. Человеческий мозг состоит из более чем 100 млрд нейронов и превосходит по сложности любой объект на расстоянии до 24 трлн миль от Земли, т. е. до соседней звезды. Возникает вопрос: как согласуется этот мощнейший удар по энтропии со вторым законом? Ведь сама эволюция, кажется, тоже нарушает этот закон. Ответ в том, что уменьшение энтропии, вызванное появлением и развитием высших организмов, включая людей, происходит за счет роста суммарной энтропии где-то в другом месте. Уменьшение энтропии, вызванное эволюцией, более чем компенсируется ростом энтропии в окружающем мире, а именно энтропии падающего на Землю солнечного света. Развитие человеческого мозга в результате эволюции действительно снижает энтропию, но это падение более чем компенсируется создаваемым нами же хаосом (в пример можно привести загрязнение окружающей среды, выброс тепла, глобальное потепление и т. п.).

Однако Тесла, кроме всего прочего, был фигурой трагической; в результате постоянных обманов он лишился, вероятно, денег и признания за многие патенты и изобретения, подготовившие появление радио и телевидения и приход телекоммуникационной революции. (Тем не менее мы, физики, позаботились о том, чтобы имя Тесла не было забыто. Мы назвали его именем единицу магнитной индукции. Один тесла равняется 10 000 Г и примерно в 20 000 раз превосходит магнитное поле Земли.)

Сегодня Тесла почти забыт, и лишь некоторые из самых эксцентричных его заявок превратились в любимую игрушку сторонников теории всемирного заговора и источник сюжетов городского фольклора. Сам он твердо верил, что может связаться с марсианами, завершить незаконченную Эйнштейном теорию единого поля, расколоть Землю пополам, подобно яблоку, и создать смертельный луч, способный уничтожить 10 000 самолетов с расстояния 250 миль. (ФБР так серьезно относилось к утверждениям по поводу луча смерти, что после смерти Тесла наложило руку на большую часть его записок и лабораторного оборудования; кое-что и сегодня еще лежит в секретном хранилище.)

В 1931 г., находясь на пике славы и известности, Тесла попал на обложку журнала Time. Он регулярно поражал публику, создавая на глазах изумленной аудитории гигантские молнии, несущие в себе миллионы вольт электрической энергии. Его погубило небрежное отношение к финансовым и юридическим вопросам. Столкнувшись с армадой юристов, представлявших только-только возникшие тогда фирмы, превратившиеся сегодня в энергетические гиганты, Тесла потерял контроль над важнейшими своими патентами. У него появились симптомы того, что медики сегодня называют обсессивно-компульсивным расстройством; его «пунктиком» стало число 3. Позже развилась паранойя; он жил в бедности в отеле New Yorker, бегал от кредиторов и боялся, что враги отравят его. Он умер в 1943 г. в полной нищете в возрасте 86 лет.

Причина в том, что если взять теорию гравитации Эйнштейна и ввести в нее квантовые поправки, то эти поправки окажутся не маленькими, а бесконечными. За долгие годы физики выработали множество ухищрений, позволяющих избавиться от бесконечных слагаемых в уравнениях, но с квантовой теорией гравитации все эти методы не работают. А вот в теории струн бесконечные поправки вообще пропадают, и причин тому несколько. Во-первых, в теории струн есть особый вид симметрии, известный как суперсимметрия, благодаря которому многие бесконечные слагаемые уходят. Кроме того, в теории струн есть ограничение — длина струны, — тоже помогающее бороться с бесконечностями.

Вообще, бесконечность в теории гравитации восходит еще к классической теории. Закон обратных квадратов Ньютона гласит, что при стремлении расстояния между объектами к нулю сила притяжения между ними становится бесконечной. Эта бесконечность, очевидная даже в теории Ньютона, переходит и в квантовую теорию. И только в теории струн есть ограничение — длина струны, или планковская длина, которая позволяет нам бороться с расходимостью.