Текст книги "Быть человеком"

К счастью, есть люди, способные «подглядывать» в почти потусторонний мир, например, упомянутый Цейлингер. Он считает, что центральное место в квантовой теории занимает информация, которая представляет собой строительный элемент нашего мира и так же важна, как и действительность, что ведет к основным конфликтам в современной физике. Поскольку в квантовой механике информация поступает в виде световой волны, Цейлингер деликатно уточняет, что, собственно, это такое – волновые свойства света: «Мы не ошибемся, если скажем, что волновая функция – это не реальная, а лишь воображаемая субстанция, легко измеряемая посредством приборов».

Уже давно нет сомнений, что волновыми свойствами света наделены не только волны, но и элементарные частицы, из-за чего физики неустанно спорят. Однако группе под руководством Цейлингера удалось показать в начале XXI в., что и более крупные конструкции – такие тяжелые частицы как С-60 и С-70 также обладают этими свойствами. В 2002 г. появилось сообщение о том, что молекулярные конструкции обладают волновыми характеристиками. Возникла надежда, что у еще более крупных биологических молекул – инсулина или гемоглобина, а возможно, и вирусов могут обнаружиться волновые свойства. Могут ли такими характеристиками обладать, например, минеральные частички песка? Пока не установлено, существуют ли границы, где прекращается действие квантовых эффектов. Чтобы это выяснить, необходимо соблюсти единственное важнейшее условие – полную изоляцию объектов от окружающей среды.

На вопрос журналиста, окажут ли эти открытия влияние на биологию, Цейлингер ответил: «Многие биологи и химики были удивлены, что относительно большие структуры могут обладать кванто-механическими свойствами. Пока неясно, что представляют собой квантовые феномены, как они проявляются, какие эксперименты нужно провести в связи с этим. На пути изучения сечений ДНК эти вопросы невозможно будет просто обойти или лишь мимоходом о них споткнуться. Сегодняшняя биология смотрит на существующие системы, например, на переработку информации в мозге, все еще под классическим углом зрения». Цейлингер вплотную подходит к взаимосвязи физических и биологических процессов, хотя в своих рассуждениях о предполагаемой связи сознания и квантовой механики он иронизирует: «Я не верю в то, что сознание имеет какую-то связь с квантовой механикой. Здесь надо быть очень осторожным. Нельзя делать какие-либо выводы на том основании, что, если мы не понимаем процесс мышления и не понимаем квантовую механику, то они как-то связаны между собой».

Несмотря на всю осторожность Цейлингера, читатель, возможно, испытает некое оцепенение, пытаясь вообразить тот мостик, который связывает теорию квантов с извилинами мозга собственной тесной черепной коробки, ощущая себя причастным к великому акту познания мира. И будет абсолютно прав, потребовав объяснений! Это и сделал один дотошный корреспондент, задавший ученому совсем не риторический вопрос: «Почему волновые функции реализуются без помех в таком сложном комплексе, как мозг человека?» На что ученый не замедлил с ответом: «Я тоже задумывался над этим, пока не был открыт квантовый компьютерный алгоритм, работающий даже при больших помехах. Конечно, эти алгоритмы пока недостаточно мощны, чтобы исправлять погрешности, подобные тем, которые, возможно, происходят в мозге. Но дверь в будущее уже приоткрыта». Опять эта вечно влекущая к себе дверь! Хватит ли у нас способностей и возможностей объяснить и понять то, что ожидает нас за ней? Будем ли мы готовы осознать новую концепцию миропонимания на базе наших старых и, вероятно, изживающих себя понятий этики и морали?

Все говорит за то, что мы находимся накануне новой революционной ситуации, когда «верхи» (ученые) не могут толком объяснить происходящее, а «низы» (обыватели) не хотят довольствоваться их интеллектуальными полуфабрикатами. До сего дня все предлагаемые модели деятельности мозга все еще основываются на представлениях классической физики XIX столетия. Однако в недалеком будущем здесь, вероятно, наступят революционные перемены: В современную науку – нейробиологию, связанную с деятельностью мозга и душевными состояниями человека, включатся квантовая физика и квантовая химия со всеми своими поразительными фактами, предсказаниями и смущающими наблюдателей относительностями, по-новому раскрывая перед нашим пытливым взглядом свои затаенные причуды. Уже несколько столетий наблюдается встречное движение развития естественных наук и физики. Биологи прошлого никогда не ставили вопрос о самостоятельности души и сознания. Современные биологи, в отличие от своих предшественников, стремятся разрешить эту проблему на молекулярном и механистическом (физико-химическом) уровнях. Физика же неуклонно удаляется от классических механистических представлений о природе органических процессов, уделяя все больше места роли сознания. Молекулярная химия уже давно вторглась в область нейробиологии, используя элементарные частицы или молекулярные соединения в качестве маркеров или носителей медикаментов в очаги поражения. Выше мы уже приводили примеры практического применения целого ряда нанотехнологий в диагностике и лечении злокачественных новообразований.

Ни один научный журнал не выходит в печать без описания очередной победы с квантового фронта. Сообщается, например, что удалось сплавить тысячи атомов в один суператом, заморозить свет, транспортировать материю посредством лучей лазера и т. д. На многочисленных конференциях «пионеры» квантов обмениваются результатами гигантских успехов в манипулировании отдельными атомами. Благодаря современным ядерно-спиновым туннельным микроскопам и технике низких температур физикам удается на все более утонченном уровне проникнуть в глубины взаимной игры строительных элементов материи. Ученые могут охлаждать ионы, пойманные в электрические ловушки, до абсолютного нуля, перемещать их с точностью до нанометров почти по своему желанию, препарировать отдельные атомы, подвергая их облучению. Лазерные вспышки продолжительностью в несколько сотен аттосекунд позволяют ощупать электронное нутро атомов. (Следует заметить, что аттосекунда – миллиардная часть одной миллиардной секунды. Одна секунда содержит столько аттосекунд, сколько секунд насчитывает вся Вселенная).

И налицо уже прогресс развития технологических процессов с использованием квантовой механики. Если группе под руководством Цейлингера удалось в 1997 г. произвести квантовую передачу на расстояние одного метра, то уже в 2004 г. стало возможным телепортировать частицы на расстояние 600 м, вынеся эксперимент из лаборатории на берег Дуная. Этим же способом в 2004 г. было передано зашифрованное послание из венской мэрии в банк. Приходят многообещающие новости о том, что Цейлингер планирует послать частицы из Ла-Пальма на Тенерифу, удаленных друг от друга на 150 км. И это еще не предел. Ученый разработал проект нового эксперимента, в котором сцепленные кванты будут телепортированы на Землю с помощью спутника или модуля, установленного на космической станции ISS, вращающейся вокруг Земли на расстоянии 400 километров. Датские ученые осуществили квантовую передачу, улучшив изоляционные условия проведения эксперимента, что позволило значительно расширить область применения телепортации. Ведутся работы, благодаря которым можно будет определять состояние квантовых систем и их изменение во времени. Ранее о таком не приходилось и мечтать.[33]33
  Science 288, p. 1327, Scientific American № 4, 2000


[Закрыть] Подобные опыты проводятся уже на расстоянии до 20 км, а в недалеком будущем возможно увеличение его до 50–100 км.

Но, предупреждает Цейлингер, мы не должны питать больших иллюзий. Например, рассуждая о возможности телепортации человека, физик считает, что это по-прежнему, как и 30 лет назад, относится к области научной фантастики. Свой пессимизм ученый объясняет следующими аргументами: только реализация одного процесса переноса огромного количества информационных данных превышает все возможное, чем мы сегодня обладаем с точки зрения технических средств. Человек состоит из 10²⁸ атомов. Если учесть относительный порядок, в котором они находятся, то потребуется, по меньшей мере, в 10 раз больше бит информации, то есть 10²⁹. Перенос этой информации даже самым быстрым имеющимся сегодня в распоряжении компьютером займет 1 млрд лет, что совсем уж нереально, ибо превышает возраст Вселенной. И тем не менее, Цейлингер в дальнейшем не исключает телепортацию человека: «Возможно, лет так через тысячу мы сможем телепортировать кофейную чашку. Но любая малейшая помеха может привести к тому, что чашка прибудет к цели без ручки. Для человека этот вид «транспортировки» все же слишком опасен».

Велики перспективы применения эффекта системы квантовой сцепленности в криптографии и коммуникации, так как он позволяет абсолютно надежно кодировать секретные сообщения. Во-первых, безопасность здесь гарантируется самими законами природы. Подслушивающий будет моментально установлен, так как он нарушает корреляцию различных случайных последовательностей на обеих сторонах связанных частиц, и может в худшем случае повредить или прервать обмен кодированными посланиями.

Многие теоретики могут представить себе подобное мистическое явление и на макроуровне, и даже применительно к человеку. Ученые пытаются найти в этом обоснование уже упомянутого лечебного эффекта гомеопатии, проявляющегося в исцелениях на расстоянии, если представить себе врача, пациента и белые шарики в виде системы квантовой сцепленности, при которой пилюли, нагруженные оздоровляющей информаций, поступают от врача к больному.

В 1947 г. группа американских физиков совершила важное открытие ХХ столетия – разработку кремниевых транзисторов. В миллиардных количествах сейчас они используются в мобильных телефонах, фотокамерах, автомобилях, в компьютерной технике, в мощных электронных установках. Г. Мур, один из основателей гиганта индустрии чипов «Интел», первым установил динамику их роста. В соответствии с законом, названным его именем, каждые полтора года количество транзисторов на одном чипе удваивается, что подтверждается уже 40 лет. Но когда-нибудь эта тенденция закончится, и если ей не положат конец экономические причины – это сделает физика. Транзисторы не могут уменьшаться бесконечно. Как только они станут размером с атом, предел будет достигнут. В соответствии с расчетами Мура, это произойдет в 2020 г. Именно к этому времени индустрия чипов превратится, наконец, в массовое производство на основе атомарных структур при помощи квантов. Однако возникает много вопросов, например, что заменит кремний в эпоху квантов, какие частицы возьмут на себя роль твердых элементов в сверхмалых долях информации – будут ли это ионы, атомы, фотоны, отдельные электроны или какие-то другие микроструктуры?

Наступает эра квантовой инженерии. Австрийский физик В. Хенсель (W. Hänsel) спешит заверить: «Сегодня мы стоим у поворотного пункта, когда впервые можем наблюдать вживую работу квантовой механики». Английский математик Р. Пенроуз (R. Penrose), считает, что «…в принципе и человеческое сознание является квантомеханическим феноменом». И даже те, кто находит это утверждение чисто спекулятивным, все же увлечены процессом погружения в глубины познания сути мироздания.

Но все эти достижения – только этапы, промежуточные остановки на пути дальнейших исследований микрокосмоса. Отдаленная цель этих стремлений – создание квантового компьютера, и, как следствие, искусственного мозга, который, возможно, сможет когда-нибудь заменить настоящий, делая человека независимым от старости – то есть, бессмертным. И сбудутся мечты озаренного знаниями нашего предка. Это своеобразное чудо созидания, представляющее собой сверхмощный компьютерный агрегат, даже искушенные фантасты рассматривают как, возможно, одно из самых значительных открытий человеческой истории. «Согласно уравнениям квантовой механики, используя интеллигентность отдельных атомов и связав их друг с другом, можно создать компьютерный мозг с труднопредсказуемой мощностью, превосходящей вычислительные способности всех существующих компьютеров в совокупности, – поясняет Х. Вальтер (H. Walter) из института квантовой оптики М. Планка. – Чисто теоретически для этого достаточно уже 50 атомов. Трудно представить, чего можно достичь, если связать между собой 1000 из них». Публицист газеты «Нью-Йорк Таймс» Г. Джонсон замечает: «Компьютер из квантов можно сравнить с обычным компьютером в такой же корреляции, как ядерную энергию с огнем. Еще никто не знает, как эта машина изменит наш мир. Очевидно, она сможет быть применена в каких-то неизвестных пока нишах, а может быть, откроет дверь в неведомое, которое еще трудно себе представить».

Уже давно индустрия требует уменьшения размеров коммутаторных систем, но упирается в границы возможностей физики. Ученые около ста лабораторий мира задались целью создать компьютер из мельчайших составляющих – атомов, фотонов или электронов. Атомы даже могут считать, причем делают это значительно лучше, чем транзисторы. Первые прототипы будущих счетных машин уже существуют. Неоднократно упоминаемый «квантовый многостаночник» Цейлингер может и в этом направлении гордиться своими успехами, представив в 2005 г. образец, в котором логически связал между собой четыре частички света: «Этот эксперимент меняет суть подхода к нашему мышлению о квантовой физике». «Довольно смелое заявление, – отметил бы наш пещерный человек, – если принять во внимание, что его компьютер до сих пор еще не решил задачу 1+1».

Неведомые параллельные миры

Тот, кто совершает открытие, видит то, что видят другие, и думает то, что никому не приходит в голову.

Альберт Сент-Дьерди

Не кто-нибудь, а разработчик и теоретический обоснователь квантового компьютера, носитель почитаемой премии Дирака, преподаватель Оксфордского университета, Э. Дойч, был первым, кто раскритиковал Гейзенберга со всеми его вероятностями и неопределенностями, т. к. разговор о них не представляет для него никакого интереса. Оценивая идеи Гейзенберга, Дойч замечает: «Самым большим скандалом XX столетия, задержавшим развитие физики на 50 лет, является то, что многие ученые, работающие в области квантовой физики, отказываются рассматривать принципы квантовой теории как реальное описание мира. Они проводят эксперименты, а затем дискутируют о возможной интерпретации результатов. Эта фундаментальная ошибка – признавать только осязаемость и объяснимость результатов экспериментов – затормозила развитие физики. Если невозможность доказать наличие факта интерпретируется как отсутствие самого его существования, познать действительность невозможно. Именно за это пострадал Галилей. Инквизиция была почти готова принять его теорию гелиоцентрической системы, но с одной лишь оговоркой – не Земля вращается вокруг Солнца, а наоборот».

В то же время предлагаемая Дойчем картина мира выглядит еще более фантастической, чем Гейзенберга. Согласно Дойчу, существует не одна, а множество параллельных Вселенных – для каждого происходящего явления своя собственная. В существовании мультивселенной ученый убедился на основе проведенных экспериментов с интерференцией света. Жонглируя пучком света, т. е. пропуская его через два маленьких круглых отверстия и отфильтровав из него единственный фотон, ученый смог доказать, что на выделенный фотон влияет тот же фотон, но находящийся в другой параллельной Вселенной. Законы природы одинаковы во всех мирах Дойча – ни в одном из них нет квадратных атомов или прозрачных планет, и масса электрона везде одна и та же, и первичный взрыв произошел в каждом из них. Его теория мультивселенной предполагает, что электрон или атом могут находиться в одно и то же время не в различных местах, а в разных Вселенных. Дойч считает, что множество физических явлений окружающего мира обусловлены интерференцией квантов, влияющих друг на друга из различных параллельных миров: «Не существует чего-либо, не поддающегося объяснению – предела знаниям нет. Поэтому квантовая теория – не последняя, просто пока нет лучшей. Теория мульти-мира кажется необычной сегодня, но пройдет время – и она станет привычной. Объяснения явлений будут все более странными, ибо менее странные давно открыты и объяснены. И эту странность нужно принимать, так как сам мир необычен»[34]34
  Der Spiegel, 11/2005, D. Deutsch in „Spiegel-Gespräch“


[Закрыть]. Не отрицая реальность, существующую независимо от наблюдателя, Дойч декларирует существование бесконечного множества миров, при этом раздувая действительность до смешного.

Тогда можно предположить, что существуют одни миры, в которых динозавры не были истреблены метеоритами, а потеют вместо нас над разгадками квантовой теории. В других «параллельных мирах» власть захватили дельфины, муравьи или роботы. В третьих Саддам Хусейн живет в счастливом браке с Лорой Буш… Представление о множестве миров звучит как научная фантастика, хотя Дойч сделал свое заключение, опираясь на общие существующие законы физики.

Теорию Дойча разделяют всего 10 % физиков, остальные 90 % еще находятся, по его словам, в процессе отрицания правоты своих собственных теорий. Нелегко согласиться с убеждением о существовании мультивселенной, но все же проще, чем представить себе комплексную теорию относительности, о которой мечтал Эйнштейн. Каждый человек может интуитивно создать хотя бы грубое представление о теории параллельных миров. Но попробуйте объяснить обывателю относительность времени и искривление пространства! Немецкий ученый К. Кифер (C. Kiefer) из университета в Кельне высказывается категорично: «Прежде, чем я смогу представить себе такие экзотические вещи, как введение семи дополнительных размерностей пространства-времени или параллельных миров, мне кажется, для понимания нашего мира лучше поразмыслить над теми вещами, которые уже хорошо известны».

Ему вторит исследователь квантов Цейлингер: «Еще рано делать однозначные выводы. В течение 2–3 поколений мы узнаем, кто прав». Однако уже и сейчас видно, что экзотическая философия Дойча не так и фантастична, ибо в своих мысленных путешествиях по мульти-мирам он натолкнулся на открытие квантового компьютера. Много лет идея Дойча лежала, погребенная в ворохе бумаг. Он пытался опубликовать ее, но издателям она казалась слишком эксцентричной. Дойч принял отказ равнодушно: «Для меня достаточно того, что я довел мои мысли до конца. В этом хаосе из кучи бумаг находится много интересных идей, которые я еще не пытался опубликовать». Предать гласности идею удалось только в 1985 г., который стал годом рождения квантового компьютера[35]35
  Ibid.


[Закрыть].

Дойч смог доказать математически, что астрономическое число квантовых состояний возможно использовать для осуществления гигантского количества расчетов. Исходя из того, что квантовая механика позволяет атому находиться одновременно в различных состояниях, ученый утверждает, что несколько дюжин атомов могут реализовать невероятное количество счетно-решающих операций. Если они связаны между собой, то количество возможных состояний возрастает до недосягаемых мыслью границ и пределов. Когда атом одновременно находится в двух состояниях, то число влияющих друг на друга атомов увеличивается до четырех, при трех атомах – до 8, при десяти – до 1024, при 300 связанных атомах возникает такое количество одновременных состояний, которое превосходит суммарное количество атомов всего мироздания.

Закладывая теоретические обоснования создания квантового компьютера, Дойч идет еще дальше и рассматривает его как инструмент, с помощью которого можно доказать факт существования мультимиров. Сначала коллеги реагировали на это с нескрываемым скепсисом. Квантовый компьютер хорошо выглядит на бумаге – говорили одни. Только как из него можно получить осмысленные результаты или как этот удивительный компьютер можно запрограммировать? Другие высказывались, что такой компьютер не может функционировать, ибо он очень чувствителен к помехам. Самая незначительная из них способна вывести из строя эту машину играющих и считающих атомов.

Между тем почти все аргументы подобной критики себя исчерпали. Математики овладели методами, позволяющими получать от компьютера (в случае если он будет построен) осмысленные результаты со скоростью, даже приближенно не имеющей ничего общего с производительностью современных переработчиков данных. Теоретически уже возможно исправлять предполагаемые помехи и нарушения квантовых расчетов. Все это позволяет просматривать огромные банки информации, раскрывать тайны самых сложных зашифрованных кодов, что заинтересовало, прежде всего, промышленность, службы разведки, обороны, финансов, которые надеются уже в ближайшие несколько лет создать простейший прототип квантового компьютера. Поэтому сейчас так велик спрос на экспериментаторов. Уже не стоит вопрос: будет ли построен квантовый компьютер, а только когда и как?

В прогнозах о создании квантового компьютера Цейлингер ожидает прорыв уже в течение ближайших десятилетий. «Однако здесь надо быть осторожным, – предупреждает он. – То, что мы предсказывали 20–30 лет назад, большей частью осталось нереализованным, хотя информационные технологии совершили очень большой скачок. Я до сих пор испытываю овладевшее мной чувство, когда впервые взял в руки карманный компьютер и произвел первые вычисления синуса и косинуса. Научная фантастика стала реальностью, простая маленькая кнопка на одежде обеспечит нам такие возможности коммуникации, которые мы не можем представить».

Может быть созданием квантового компьютера – прообраза человеческого мозга – мы решим извечный вопрос о нашем бессмертии и получим ответ о сути нашей действительности. Тем самым будет положен конец непримиримым противостояниям классической и квантовой физики в поисках сосуществования своеобразной логики «и-и» микрокосмоса и «или-или» практического опыта.