Жанр: Научно-образовательная: Прочее » Эрик Дрекслер » Машины создания (страница 39)


Однако странность современной физики ведёт к тому, что большинство людей ей не верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относительность, породили разговоры о "принципе относительности", "волновой природе материи", "материи, которая суть энергия" и "искривлённом пространстве-времени". Атмосфера парадокса окружает эти идеи и таким образом саму физику. Понятно, что новые технологии должны выглядеть для нас странно, но почему древние и неизменные законы природы оказываются загадочными и шокирующими?

Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного превосходящими по размерам атомы, движущимися с крошечной долей скорости света. Они сделали в этом достаточно хорошие успехи, хотя чтобы научиться описывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли наше знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи (материальные волны, искривлённое пространство), которые кажутся причудливыми, и некоторые просто находятся вне нашей способности их представить. Но "причудливый" не значит таинственный или непредсказуемый. Математика и эксперименты тем не менее работают, позволяя учёным разнообразить и отбирать теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже под странную реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибким, но не особо удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе представить невидимое.

Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно жаждут странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые описывают вещи как странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скрывают мир в слоях и наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естественно, они поддерживают и распространяют мимы, которые заставляют материю выглядеть нематериальной и квантовую механику выглядеть как ветвь психологии.

Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (которая – обычная старая материя, которую люди думают, что понимают) – это на самом деле энергия (эта тонкая таинственная субстанция, которая заставляет события происходить). Это даёт почву для широкого тумана на тему тайны вселенной. Могло быть более понятным сказать, что относительность обнаруживает, что энергия – одна из форм материи, во всех её формах, энергия имеет массу. Действительно, световые паруса работают на этом принципе, благодаря удару массы в поверхность. Свет даже идёт упакованным в частицы.

Также рассмотрим принцип неопределённости Эйзенберга, и связанный с ним факт, что "наблюдатель всегда воздействует на наблюдаемое." Принцип неопределённости присущ математике, описывающей обычную материю (давая атомам им присущий размер), но связанный "эффект наблюдателя" представлен в некоторых популярных книгах как магическое влияние сознания на мир. В действительности суть идеи более прозаическая. Представьте себе, что вы смотрите на пылинку в солнечном свете: когда вы наблюдаете отражённый свет, вы обязательно воздействуете на него – ваш глаз его поглощает. Аналогично, свет (со своей массой) воздействует на пятнышко пыли: он отталкивается от пылинки, прикладывая силу. Результат – не воздействие вашего разума на пыль, а воздействие света на пыль. Хотя квантовое измерение имеет особенности намного более тонкие чем эта, ни одна из них не включает разум, выходящий наружу, чтобы изменить реальность.

Наконец рассмотрим "парадокс близнецов". Относительность предсказывает, что если один из пары близнецов летит к другой звезде и возвращается со скоростью, близкой к скорости света, то близнец, который летит, будет младше, чем оставшийся дома брат. Действительно, измерения с точными часами демонстрируют эффект замедления времени при очень быстром движении. Но это – не парадокс, это просто факт природы.

Будет ли физика снова дополнена?

В 1894 году знаменитый физик Альберт А. Мичельсон заявлял: "Наиболее важные фундаментальные законы и факты физической науки открыты, и они сейчас так твёрдо установленные, что возможность их когда-нибудь заменить на что-то новое вследствие новых открытий крайне отдалена… Наши будущие открытия нужно искать в шестом знаке после запятой."

Но в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1896 году, Беккерель открыл радиоактивность. В 1897 – Томсон открыл электрон. В 1905-м – Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности (и таким образом объяснил собственные наблюдения Михельсона в 1887 году относительно скорости света). В 1905-м Эйнштейн также представил фотонную теорию света. В 1911-м Резерфорд открыл ядро атома. В 1915-м Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности. В 1924-30, де Брогли, Эйзенберг, Бор, Паули и Дирак разработали основы квантовой механики. В 1929 году Хаббл объявил о доказательстве расширения вселенной. В 1931 Михельсон умер.

Михельсон сделал незабываемую ошибку. Люди всё ещё указывают на его заявление и то, что за ним последовало, чтобы подтвердить точку зрения, что нам не следует (никогда?) провозглашать какое бы то ни было достоверное понимание естественного закона или приделов возможного. В конце концов, если Михельсон было столь уверен и тем не менее оказался так не прав, не должны ли мы опасаться повторить его ошибку? Великая революция в физике привела некоторых людей к заключению, что наука будет продолжать приносить бесконечные важные сюрпризы, даже сюрпризы, важные для инженеров. Но есть ли вероятность нам встретиться с такими серьёзными сдвигами снова?

Возможно нет. Содержание квантовой механики было

удивительным, однако до её появления физика была очевидно и серьёзно неполна. До квантовой механики вы могли бы подойти к любому учёному, злобно улыбаясь, стукнуть по столу и спросить: "Что удерживает эти штуки вместе? Почему это – коричневое и твёрдое, в то время как воздух – прозрачный и газообразный?" Ваша жертва могла бы сказать что-то туманное об атомах и их порядке, но когда вы будете настаивать на разъяснении, вы бы в лучшем случае получили в ответ что-то вроде "Кто знает? Физика пока не может объяснить материю!" Ретроспективный взгляд делать легко, однако в мире, сделанном из материи, населённом материальными людьми, использующими материальные инструменты, это невежество о природе материи было брешью в человеческом знании, которое Михельсону бы возможно следовало заметить. Это была брешь не в "шестом знаке после запятой", а в самой целой части числа.

Также стоит посмотреть, до какой степени Михельсон был прав. Законы, о которых он говорил включали законы Ньютона о гравитации и движении, и законы Максвелла об электромагнетизме. И действительно, при обычных условиях в конструировании эти законы были изменены только "в шестом знаке после запятой." Законы Эйнштейна гравитации и движения соответствуют законам Ньютона близко, за исключением предельных условий гравитации и скорости; законы квантовой электродинамики Феймана, Швингера и Томонага близко соответствуют Законам Максвелла кроме как при экстремальных значениях размера и энергии.

Дальнейшие революции, вне сомнения, притаились где-то на крайних значениях этих теорий. Но эти края кажутся далёкими от мира живых существ и машин, которые мы строим. Революции относительности и квантовой механики изменили наше знание о материи и энергии, но сами материя и энергия остались неизменными – они реальны и им нет никакого дела до наших теорий. Физики сейчас используют единый набор законов, чтобы описать, как ядра атомов и электроны взаимодействуют в атомах, молекулах, молекулярных машинах, живых существах, планетах и звёздах. Эти законы пока не окончательно общие; поиск универсальной теории всех физических явлений продолжается. Но как утверждает физик Стефан В. Хокинг, "На настоящий момент мы обладаем набором частных законов, которые управляют поведением вселенной при всех, кроме наиболее экстремальных условий." И по инженерным стандартам, эти условия просто необычайно экстремальны.

Физики постоянно объявляют новые частицы, наблюдаемые в осколках из столкновений частиц с крайне высокой энергией, но вы не можете купить одну из этих частиц в коробочке. И это важно понимать, потому что если частица не может быть сохранена, то она не может служить компонентом стабильной машины. Коробочки и их содержимое состоят из электронов и ядер. Ядра, в свою очередь, состоят из протонов и нейтронов. Атомы водорода имеют в своих ядрах только один протон; атомы свинца имеют восемьдесят два протона и более сотни нейтронов. Изолированные нейтроны распадаются за несколько минут. Некоторые другие стабильные частицы известны: фотоны – частицы света, полезны и могут быть на некоторое время пойманы; нейтрино – почти неопределяемые и не могут быть пойманы. Эти частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы. Все остальные известные частицы распадаются за несколько миллионных секунды или быстрее. Таким образом единственные известные строительные блоки для аппаратных средств – это электроны и ядра (или их частицы, для некоторых особых приложений); эти строительные блоки обычно комбинируются и образуют атомы и молекулы.

Однако вопреки мощи современной физики, наше знание всё ещё содержит очевидные пробелы. Неустойчивое основание теории элементарных частиц оставляет некоторые пределы неопределёнными. Мы можем обнаружить новые стабильные частицы, которые "можно поместить в коробочку", такие как магнитные монополи или свободные кварки; если это так, они несомненно найдут себе применение. Мы можем даже найти поля дальнего действия или форму радиации, хотя это кажется всё более маловероятным. Наконец, некоторые новые способы сталкивания частиц могут улучшить нашу способность превращать известные частицы в другие известные частицы.

Но в целом, сложные аппаратные средства будут требовать сложных, устойчивых структур из частиц. Вне среды колапсирующей звезды, это значит структуры из атомов, которые хорошо описываются релятивистской квантовой механикой. Границы физики передвинулись. На теоретическом уровне физики ищут универсальное описание взаимодействий всех возможных частиц, даже частиц с наименьшим сроком жизни. На экспериментальном уровне они изучают структуры осколков атомов, создаваемых столкновениями с высокими энергиями в ускорителях частиц. Пока никакие новые устойчивые и полезные частицы не выходят из таких столкновений, или возникают как остатки прошлых космических потрясений, атомы будут оставаться единственными строительными блоками устойчивых аппаратных средств. И конструирование будет оставаться игрой, в которую играют с помощью уже известных фигур по уже известным правилам. Новые частицы добавили бы новые фигуры, но не отменили бы правил.



Ознакомительный фрагмент книги закончился.
Чтобы прочитать или скачать всю книгу
перейдите на сайт партнера.

Перейти и скачать