Сергей Тараненко - Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии
Но обязательна ли ядерная зима для полной победы тараканов над человечеством или достаточно «нановьюги» — просто большого количества фермионной грязи, произведенной человечеством? Авторы не знают.
Краткая таблица рисковЭкологические риски, обусловленные квантово-механическими эффектами.
Социальные последствия наступления квантово-механических природных катастроф.
3. 3. Немного мертвый кот, или компьютер-демон
Если квантовая механика права, то мир сошел с ума.
Альберт ЭйнштейнЕсли ударить палочкой по краю хрустального бокала, он зазвенит. Вдоль его края бежит волна. И вот удача! Волна, обежав круг, прибежала в фазе. Это значит, что она не погасит сама себя, ведь волны в фазе складываются, в противофазе — вычитаются, это называется принципом суперпозиции. Но, позвольте, откуда волна знала, как ей прибежать в фазе, обежав круг? Кто ей подсказал, как это сделать?
Этот вопрос не простой. И на него очень часто дают неверный ответ. Чтобы дать правильный, надо начать издалека.
Мы уверены, для того чтобы понять, как устроен мир, надо знать его законы или, что то же самое, уравнения движения, выражающие эти законы. Вот в ньютоновской (не квантовой) физике надо задать начальное состояние — начальные положения и начальные скорости — и можно будет по уравнениям движения вычислить все последующие состояния, сменяющие друг друга с течением времени. Все просто. Надо только эти уравнения движения знать. Повторим, их называют законами. Один из них — хорошо известный закон всемирного тяготения.
Законы — как шестеренки. Мир — машина, механизм. Его один раз запустили, и он продолжает свое детерминированное движение. Все предопределено заранее.
Но как же наша свобода воли? Мы — и даже физики — считаем, что способны вмешаться в ход событий, изменить работу этого механизма под названием мир. Но если мы сами — такой же механизм, состоящий из частиц-шестеренок, подчиняющийся законам физики, то вся наша «воля» есть следствие его работы. И значит, воля также предопределена.
В квантовом мире все устроено иначе. Это мир вероятностей. Мы не можем сказать, что точно произойдет. Есть лишь вероятности тех или иных исходов, разумеется, из множества возможных. Конечно, это не решает проблему свободы воли окончательно — «воля» получилась зависящей от случая, от того, «как кости упали». Но так все же лучше: можно верить, что от тебя что-то зависит.
Но вернемся к звенящему бокалу. С ним все иначе. Волна обязана прибежать в фазе. Нет, уравнения движения — те, что мы назвали законами, — все те же. Вот только, несмотря на одинаковость законов, мир бокала устроен иначе. Решение уравнений ищут не по начальным положениям и скоростям, а по начальному и конечному положениям. На бокале они совпадают: начало и конец круга — одна и та же точка. Вот волна и прибежала «как надо» — возможными решениями нашего уравнения теперь будут только такие. Но — и это важно — мир становится более детерминированным, ведь конечное положение определено заранее. Оно — условие, а не результат при тех же законах.
С бокалом это неудивительно — ведь все происходит одновременно. Но вот другой пример. Рассказал его много лет назад известный российский физик Борис Михайлович Болотовский. Это было на общемосковском физическом семинаре — том семинаре, которым руководил тогда еще будущий Нобелевский лауреат Виталий Лазаревич Гинзбург. И начал Борис Михайлович как раз с нашего бокала, с объяснения, почему он звенит, а закончил кротовыми норами[48] и машиной времени. Те, кто читает фантастические романы о парадоксах времени, увидят здесь вполне знакомый сюжет — можно ли убить своего дедушку до того, как он стал отцом вашего отца. Конечно, нельзя. Это решение «не в фазе». А вот стать самому себе дедушкой… Просто это другой мир, в котором время не вытянуто в непрерывную пересекающуюся линию — в нем есть петли. И в этом мире все не так, как нам привычно, но вполне логично и не противоречит никаким законам мира.
Рис. 3.2 Графическое представление кротовой норы[49]Итак, последуем за рассуждениями Болотовского. Машина времени теоретически возможна[50] — почему нет: вполне серьезные физики на основании следствий из общей теории относительности и свойств так называемой темной материи предполагают, что в космосе есть туннели, через которые можно переместиться в другие вселенные и даже в другое время. Предположительно, они образовались, когда Вселенная только зарождалась, когда, как говорят ученые, пространство «кипело» и искривлялось.
Итак, машина времени существует как минимум на кончике пера физика-теоретика. Всего четыре математических формулы, которые доказывают: путешествовать можно как в будущее, так и в прошлое.
Но одно дело кротовые норы, возникшие при зарождении Вселенной, другое — попытаться построить такую кротовую нору.
Как это сделать, мы не знаем. Но зато отчетливо понимаем, что пользоваться ею можно будет только после того, как мы ее достроим, когда будут соединены точки в прошлом и будущем. Например, в 2015 г. мы начали тянуть нору в 2020 и в 2020 г. достроили. Теперь можно сразу (тут важно не опоздать, ведь время идет, а из 2021 г. уже норы нет) отправляться в прошлое, а из прошлого можно будет и в 2020 г. И, что удивительно, как подчеркнул Борис Михайлович, не будет никаких парадоксов, которые так любят фантасты. Мир будет просто детерминирован — 2015 и 2020 гг. будут «в фазе» — как волна звука звенящего бокала.
Уравнения (они же законы мира) те же, но результат иной. И причиной тому лишь задание условий, при которых мы ищем решение одних и тех же уравнений. В данном случае нет начальных условий, совпасть должны условия на концах. (Тот, кто знает теорию дифференциальных уравнений, легко узнает здесь различие задачи Коши и задачи Лагранжа для одних и тех же уравнений.)
Забавно? Но какое это имеет отношение к нанотехнологиям и квантовым технологиям? Прямое! Вы слышали про так называемый квантовый компьютер? Так вот он — если опустить детали — такая же «машина времени Болотовского»: квантовый компьютер не считает, что будет, его «расчет» реализуется как действительность. Он из серии «звенящего бокала».
Скорее всего (и с большой степенью уверенности), квантовый компьютер невозможен. Но если это не так, то, построив его, мы можем кардинально изменить базовые свойства нашего мира. В частности, о свободе воли можно будет забыть.
Подчеркнем еще раз. Авторы скептически относятся к самой возможности существования квантового компьютера, и это будет ясно из последующего. Но при учете рисков необходимо опираться не только на свои представления, тем более, если они носят устойчивый (если не сказать — массовый) характер. Вот их типичный образчик, заимствованный из книги С. И. Доронина «Квантовая магия».
«Сейчас каждый из нас хотя бы в самых общих чертах представляет, что такое обычный компьютер. А что вы скажете насчет компьютера, информационный ресурс которого превышает число частиц во Вселенной (по оценкам специалистов, оно равно 1080), — компьютера, который по своей эффективности превосходил бы обычный ПК примерно во столько же раз, во сколько Вселенная превосходит один атом? Скажете, что это бред, что такое просто немыслимо? И будете неправы! Поскольку в настоящее время работа над такими компьютерами идет полным ходом. Их назвали квантовыми компьютерами. Для этого устройства нужно не так уж много рабочих ячеек памяти, обрабатывающих информацию, — достаточно будет всего лишь нескольких сотен. Скажем, довольно 300 ячеек, чтобы информационный ресурс компьютера примерно на 10 порядков превысил число частиц во Вселенной (2300 ≈ 1090). И весь этот гигантский массив информации будет согласованно изменяться за один рабочий такт».
Патетично, не правда ли? Этакая современная Вавилонская башня — до Бога достает! (Говорят, точнее, пишут, один раз попробовали. Впрочем, это притча библейская.)
Авторы считают, — думаем, согласится и читатель, — что если «что-то» превышает число частиц во Вселенной, то это прекрасный повод усомниться в реализуемости этого «что-то». Трудно представить себе, что человеку потребуется меньше материала, чем природе для реализации, по сути, одного и того же.
Но допустим на минуту, что квантовый компьютер все ж? возможен, пусть и с меньшим числом состояний: для наших потребностей хватило бы совсем «немного» — порядка 1025 бит, что превышает современный уровень накопленной информации в 10 000 раз. Даже такой «скромный» квантовый компьютер не безобиден. Чтобы понять это, придется разобраться в том, как он работает (а точнее, как предположительно он должен работать).
