«Если», 2016 № 02

МАГИЯ С ПРИСТАВКОЙ «ТЕХНО» Беседовал Николай Ютанов

/экспертное мнение

/нанотехнологии

Майкл Суэнвик — американский писатель-фантаст, лауреат литературных премий Хьюго, Небьюла, Всемирной премии фэнтези и др. Родился 18 ноября 1950 года в Скенектади, штат Нью-Йорк. Окончил колледж Уильяма и Мэри, работал в Информационном бюро Центра по исследованию солнечной энергии. С 1980 года — профессиональный писатель.

Первые же два рассказа Майкла Суэнвика «Праздник Святой Дженис» и «Гинунгагап», опубликованные в 1980 году, были номинированы на премию Небьюла. Первый роман «В зоне выброса» увидел свет в 1985 году. На русском языке в настоящее время издано 7 романов автора.

«Любая достаточно развитая технология неотличима от магии», — сказал английский писатель-фантаст и футуролог Артур Кларк. Нанотехнологии только начинают оказывать влияние на мир, и кто знает, к чему их развитие приведет человечество в 2030 году? Знаменитый американский писатель-фантаст Майкл Суэнвик поделился с журналом «Если» своим видением того, как нанотехнологии изменят мир и людей будущего.

Как вы, профессиональный писатель, создающий научную фантастику, видите будущее нанотехнологий?

В обозримом недалеком будущем я думаю, что нанотехнологии будут в основном развиваться в лабораториях, под строгим контролем. Не потому, что они представляют какую-либо опасность. А потому, что когда вы выпустите молодые нанотехнологии в мир, они начнут противостоять существующему порядку вещей — микробам, вирусам, даже химическим веществам — и вряд ли смогут сразу выстоять перед тем, что прошло весь путь эволюционного развития. Так бывает со всеми технологиями. Но они справятся.

Зачем человечество развивает нанотехнологии? Для создания какого мира они нужны?

Нанотехнологии — это на самом деле просто инструмент. Как будто мы в начале промышленной революции задаем себе вопрос, а что могут делать все эти паровые машины? Очевидно, первое использование нанотехнологий будет в сфере медицины — лечить болезни, включая психические заболевания. И конечно, они будут использоваться для создания не существующих сейчас материалов. В романе Нила Стивенсона «Алмазный век» доступные нанотехнологии сделали алмазы дешевым строительным материалом. Например, нам потребуются очень, очень устойчивые пластики для космических кораблей. Когда космическая радиация поражает металлические части корабля, это представляет серьезную опасность для космонавтов. Будущие космические корабли будут из пластика, и потребуются очень прочные и устойчивые пластики, которые дадут нам именно нанотехнологии.

…Знаете, я действительно много думал о нанотехнологиях, но поскольку о них много кто пишет, больше повторять тривиальные вещи не хочу.

Вот что нанотехнологии точно смогут — так это решить задачу межзвездных перелетов. Космический корабль размером с город, сотни лет летящий между звезд, — это слишком сложно. Слишком многое может пойти не так. Погружение команды в анабиоз выглядит все менее и менее вероятным. Но вы можете послать к цели «ящик с инструментами», с несколькими сотнями тонн умного вещества внутри, и он сам долетит, распакуется, развернет добычу полезных ископаемых на астероидах, построит посадочные площадки, города — а затем людей, которые их заселят.

На всякий случай мы, наверное, внесем изменения в личности колонистов, чтобы придать им отвращение к войне. И если мы на самом деле так поступим, то колонистам останется только надеяться, что мы никогда не изобретем сверхсветовые перелеты. Потому что Человечество 1.0 набросится на них, как волки на стадо овец.

Как нанотехнологии изменят мир к 2030 году?

Я пессимистичен в отношении перспектив большинства технологий, за исключением нанотехнологии. Потому что я не вижу никаких преимуществ негативного сценария их развития, ну разве что для конкретных людей. Корпорации и государства будут финансировать нанотех во имя добра, но не будут финансировать их как оружие. Я не вижу простых решений для этого. А вот люди могут попытаться использовать нанотехнологии для плохих целей как оружие. Корпорации и государства будут противостоять этому. В целом результат будет хорошим. Всегда есть непредсказуемые последствия, но лично я их не вижу.

Я про это написал в Твиттере короткий рассказ.

Сначала нанотехнологии будут, очевидно, использоваться для взаимодействия с различными устройствами. Микроскопические устройства, впрыснутые в наш мозг, сделают телефонные переговоры подобными телепатии, а поиск в Интернете — подобным вдохновению. Нам не потребуется много времени, чтобы забыть о том, что эту работу за нас делают машины, а не мы сами.

Если все вокруг нас станет интерактивным — телевидение, холодильники, диваны, — мы станем воспринимать себя не столько как индивидуумов, сколько как децентрализованные облака сознания, взаимодействующие друг с другом. Это может сделать нас лучше, менее эгоистичными и более внимательными к окружающим. А может и превратить в живых кукол, которые выполняют приказы технологий. Как тот водитель, который поворачивает под «кирпич», потому что ему так сказал GPS. Возможны разные варианты.

И конечно, благодаря нанотехнологиям люди смогут больше заниматься спортом и сексом.

А как нанотехнологии изменят человечество будущего?

Я думаю, что люди примут возможности и власть, даруемые нанотехнологиями, а затем забудут, откуда они происходят. Мы уже начинаем забывать, как работает мир. Когда я был маленький, в школе изучали электрические схемы, астрономию, как работают электрические лампочки и так далее. Нам давали понимание того, как устроен мир. Ладно бы астрономия, взять те же двигатели внутреннего сгорания… А сейчас никто не пытается преподавать в начальной школе электронику. По мере того как технологии становятся все более и более сложными, мы перестаем их объяснять. Сейчас, чтобы в них разбираться, нужно быть специалистом. И этот тренд будет продолжаться. Нанотехнология… Люди будут знать, что нанотехнологии что-то делают, но будут крайне смутно представлять себе, как именно это происходит. Нанотехнологии — это способ НЕ ЗНАТЬ, как все происходит. Как на самом деле работают все эти молекулы, микромашины? Неважно, это нанотехнология.

В один прекрасный день мы будем жить в мире Dungeons and Dragons, где не будет ничего, кроме волшебства. И только маги будут понимать, что происходит. Сначала их будут называть техно-магами. А потом про приставку «техно» просто забудут.

Алексей Пасечник
ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ: КТО ОНИ?

© Артем Костюкевич, илл., 2016

/экспертное мнение

/квантовый мир

Однажды в лабораторию английского физика Майкла Фарадея зашел тогдашний английский премьер-министр и. посмотрев на вертящиеся магниты и прыгающие стрелки измерительных приборов, недоуменно спросил, какая же практическая польза от всех этих фокусов. Фарадей ответил, что пока он не может определенно сказать, как использовать на практике его открытия, но уверен, что они очень важны. Настолько важны, что не пройдет и нескольких десятилетий, и Ее Величество обложит их налогами.

Первым подробно описанным антигравитационным устройством является, по-видимому, уэллсовский кейворит, при помощи которого двум отважным путешественникам удалось достичь Луны за 70 лет до экипажа «Аполлона-11» (Уэллс Г. Дж. «Первые люди на Луне»). Но примитивные антигравитационные летательные аппараты обладали плохой управляемостью, и подобно тому как аэростаты и дирижабли были в скором времени вытеснены аэропланами, антигравитационные технологии начала XX века оказались надолго потеснены ракетными. В итоге освоение Солнечной системы в научной фантастике происходило с применением сначала химических, а затем и ядерных ракет.

Так продолжалось до тех пор, пока отважные звездоплаватели не обнаружили в 1960 году на Венере космический корабль фаэтов (Мартынов Г. С. «Наследство фаэтонцев»). После такого события бурное развитие антигравитационных технологий было уже не остановить. Первые успешные опыты, произведенные в 1961 году на астероиде Эйномия (Стругацкий А. Н., Стругацкий Б. Н. «Стажеры»), однако, не привели к созданию технологий по управлению метрикой. Хотя антигравитационное устройство и было использовано для достижения Луны в 1965 году (Носов Н. Н. «Незнайка на Луне»), вторгшиеся в 1968-м в Персей земляне едва не потерпели фиаско перед давно овладевшими гравитационными технологиями зловредами (Снегов С. А. «Вторжение в Персей»).

Усилия западных ученых тоже долгое время не давали практического результата. Несмотря на успешное создание антигравитационного устройства еще в 1952 году (Джонс Р. Ф. «Уровень шума»), спустя десять лет, когда советские ученые уже вовсю экспериментировали с гравитацией на Эйномии, буржуазная наука не продвинулась дальше создания детских игрушек (Гаррисон Г. М. «Магазин игрушек»).

Ньютон не конкретизировал природы введенной им силы всемирного тяготения. «Гипотез не измышляю», — отвечал он на вопрос, откуда берется тяготение. Эйнштейн попытался продвинуться на один шаг дальше, предположив, что никакой силы тяготения на самом деле не существует: все тела стремятся двигаться по инерции равномерно и прямолинейно, а гравитационное поле лишь искривление пространства-времени. «Прямая» же, по которой они движутся в «кривом» пространстве-времени, представляется нам кривой.

Попробуем наглядно представить себе, как выглядит искривленное пространство-время. Из «правильной», действительно научной, фантастики и хорошей научно-популярной литературы многие, возможно, помнят, что в гравитационном поле с пространством-временем происходят две вещи: время в гравитационном поле замедляется, а вертикальное расстояние сокращается. Чтобы изобразить этот процесс, возьмем прямоугольную декартову сетку координат, в которой по горизонтали отложено время, а по вертикали высота, и начнем ее искривлять.

Сначала сократим расстояние, то есть сделаем масштаб по вертикали неравномерным. Сетка после этого все еще будет прямоугольной. После этого останется учесть замедление времени — для этого нам придется изогнуть сетку так, чтобы масштаб оси времени внизу отличался от масштаба времени наверху. Итоговый результат должен быть таким, чтобы траектория падающего тела, нарисованная в искривленном пространстве-времени, стала прямой линией.

Гравитационные волны, порождаемые, например, вращающимися друг относительно друга массами, представляют собой локальные искривления пространства-времени, распространяющиеся, как считается, со скоростью света. Если на пути такого возмущения окажется какое-либо материальное тело, то оно начнет сжиматься и растягиваться в такт колебаниям гравитационной волны. Проблема в том, что эти колебания чрезвычайно малы. Например, при прохождении гравитационной волны, зафиксированной в сентябре 2015 года, относительное изменение длины плеча интерферометра составило порядка 10–21. Чтобы представить себе малость этой величины, вообразите, что вы измеряете расстояние от Земли до Луны. Так вот, 10–21 от этого расстояния составит меньше одной миллиардной миллиметра — в тысячу раз меньше размера атома. Теперь вы можете представить, насколько технически сложной была задача регистрации гравитационных волн!

Сначала гравитационные волны пытались ловить, измеряя деформации большого металлического цилиндра. Первый детектор подобного типа был построен Джозефом Вебером в 1960 году. Но, как вы уже, вероятно, смогли догадаться, обнаружить столь малые деформации ему не удалось.

Всего через два года после первых опытов Вебера, в 1962 году, два советских физика, Михаил Герценштейн и Владислав Пусто-войт, предложили принципиально иной способ регистрации сверхмалых смещений, используя для этого лазерный интерферометр. Луч света в интерферометре огромное количество раз путешествует туда и обратно между двумя зеркалами, в результате чего сдвиг фазы света, вызванный смещением одного из зеркал, многократно нарастает. Именно этот способ и был использован в решающем эксперименте. Зависимость сдвига фазы света от времени совпала с расчетом того, как он должен себя вести, находясь в поле гравитационной волны, порожденной в процессе слияния двух черных дыр. Это как если бы, например, никто никогда не слышал звука скрипки, но у исследователей был бы чертеж скрипки и они бы просчитали, какой звук, с каким тембром, с какими гармониками она должна издавать. После этого кто-то принес бы запись звука и его смогли бы идентифицировать именно как звук скрипки, а не альта и не виолончели, и тем более не трубы или рояля.

Черные дыры — очень простые объекты. Эволюция двойной системы черных дыр до момента слияния занимает миллиарды лет, за это время их орбиты приближаются к круговым, и перед последним актом у нас остаются только два параметра: массы черных дыр. Продолжая аналогию с музыкальными инструментами, сумма (M₁ + М₂) определяет, что это за инструмент: скрипка, альт, виолончель или контрабас, а отношение (M₁/M₂) определяет, какая струна звучит.

По форме полученной кривой, по ее временному поведению, были вычислены массы черных дыр, а затем — расстояние до точки события, которое оказалось равным 1,3 млрд световых лет, и примерное направление прихода сигнала. Решение уравнений общей теории относительности для так называемых «слабых» гравитационных волн — а именно они излучаются в описанном процессе — дает скорость их распространения, равную скорости света.

В существовании гравитационных волн уже давно никто не сомневался, потому что за истекшие годы было открыто несколько космических объектов, например двойных пульсаров, поведение которых полностью объясняется процессом излучения гравитационных волн. Вопрос стоял только в том, чтобы наконец поставить точку в этой задаче, зафиксировав гравитационные волны в наземной лаборатории. Возвращаясь к аналогиям: еще Галилей предсказывал отклонение снарядов силой Кориолиса (понятно, что он не называл ее этим словосочетанием). Но кучность стрельбы тогдашних орудий и скорости ядер не позволяли экспериментально проверить это предсказание. Спустя сто лет уже никто не сомневался в существовании отклоняющей силы, но обнаружить ее экспериментально по-прежнему не удавалось. Когда же наконец это удалось, это было уже не открытие, а лишь формальное подтверждение давно признаваемого факта. Примерно то же самое произошло и с обнаружением гравитационных волн.

Слабость гравитационного взаимодействия делает задачу его изучения чрезвычайно сложной. Из-за этого гравитационная постоянная является одной из наименее точно измеренной физических констант; сегодня мы можем с уверенностью говорить только о трех десятичных знаках ее значения. Но в далеком будущем эти исследования могут подарить человечеству новый технологический прорыв — искусственную гравитацию.

Незадолго до сообщения об обнаружении гравитационных волн профессор Андре Фюзфа из Намюрского университета в Бельгии предложил провести эксперимент по созданию искусственного гравитационного поля, которое можно было бы включать и выключать поворотом рубильника. И хотя в предложенном виде эксперимент невероятно трудоемок, он тем не менее вполне осуществим и открывает нам путь к реальному управлению гравитацией.

Прежде всего, очевидно, что для этого понадобится невообразимое количество энергии. Грубо говоря, для того, чтобы искусственно создать гравитационное поле, сравнимое с тем, которое создает Земля, необходима энергия, которая выделяется при аннигиляции Земли — 5 х 10⁴¹ Дж! При таком подходе мы рискуем оказаться в положении мистера Лунда и профессора Болваниуса: «Где мы, сэр?» — «В эфире». «Гм… Если в эфире, то чем же мы дышать будем?» — «А где сила вашей воли, сэр Лунд?» (Чехов А. П. «Летающие острова»).

По-прежнему открытым остается вопрос возможности искусственного создания «кротовых нор» (не говоря уже о принципиальной возможности их существования). В принципе, уравнения Эйнштейна допускают нетривиальные решения в пустом пространстве, то есть такие решения, при которых искривленное пространство-время существует в отсутствие искривляющего его вещества. Одним из таких решений являются открытые недавно гравитационные волны. А вот со стационарными решениями проблема. Такие решения найдены только в пространствах более высоких размерностей.

Получается, что для создания антигравитационного привода нам нужно развернуть скрытые измерения, а это, в свою очередь, приведет к уничтожению тех элементарных частиц, из которых мы состоим, уничтожению Вселенной и прекращению существования журнала «Если» в его нынешнем формате.

Другая же проблема заключается в том, что создание «кротовых нор» нарушит связность пространства, а это приведет к нарушению причинности, а значит, к созданию машины времени со всеми сопутствующими ей парадоксами и массовой путаницей с нашими бабушками и дедушками.

Итак, перед нами три дороги. Три возможных пути.

Первый путь — пассивный. Это самая печальная перспектива. Мы никогда не получим в свое распоряжение столько энергии, сколько нужно для активного управления гравитацией, и все, что нам останется — использовать то, что есть, а именно: существующие гравитационные поля и, возможно, «кротовые норы». Это фантастика «ближнего прицела» — использование гравитационного маневра (это мы умеем делать уже сегодня) и в лучшем случае путешествия в духе фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар». Я очень надеюсь, что мы пойдем другим путем!

Второй путь — активный, предполагающий, что мы научимся искривлять пространство-время так, как нам надо. На этом пути нас ждут гиперпространственные перелеты, когда «Удивительный Атомный Космический Волнолет, опирающийся на невидимые космические волны» (Гарри Гаррисон. «Магазин игрушек»), перестанет быть игрушкой и выйдет на галактические трассы.

Третий путь — назовем его «гиперактивным» — подразумевает, что:

• мы овладели не только пространством, подпространством и гиперпространством, но и временем, открыли время перпендикулярное, подобно вторгшимся в ядро Галактики персонажам романа-эпопеи Сергея Снегова «Люди как боги» (Сергей Снегов. «Люди как боги),

• или создали способы перемещаться в пространстве и времени на замечательной полицейской будке T.A.R.D.I.S. (фантастический сериал телеканала ВВС «Доктор Кто»),

• или же развернули скрытые измерения Вселенной и не погибли в то же мгновение (Александр Громов. «Пушистый как плесень». «Если», № 5,2015).