Зачем предсказывать будущее?

Предсказывать будущее всегда немного опасно, особенно если речь идет о времени, отстоящем от нас на сотни или тысячи лет. Физик Нильс Бор любил говорить: «Предсказывать очень трудно. Особенно будущее». Но между временем Жюля Верна и сегодняшним днем существует принципиальная разница. Сегодня фундаментальные законы физики в основном понятны. Физики сегодня хорошо представляют себе законы, управляющие миром самых разных объектов, которые различаются по размерам на 43 порядка – поразительный диапазон, куда входит и внутреннее строение протона, и расширяющаяся Вселенная. В результате физики могут судить с разумной степенью уверенности о том, что примерно будет представлять собой технология будущего, и лучше отличать технологии всего лишь немыслимые от действительно невозможных.

Поэтому в данной книге я разделил «невозможное» на три категории.

В первую категорию попадает то, что я называю невозможностями I класса. Это технологии, сегодня невозможные, но не нарушающие известных законов природы. Таким образом, они могут стать возможными уже в этом столетии или, может быть, в следующем в измененной форме. К этой категории относятся телепортация, двигатели на антивеществе, некоторые формы телепатии, телекинез и невидимость.

Ко второй категории относится то, что я обозначил как невозможности II класса. Это технологии, лишь недавно всерьез обозначившиеся на переднем крае наших представлений о физическом мире. Если они вообще возможны, то реализация их может растянуться на тысячи и даже миллионы лет. Сюда относятся машины времени, возможность гиперпространственных путешествий и путешествия сквозь кротовые норы.

К последней категории относится то, что я называю невозможностями III класса. Это технологии, которые нарушают известные нам физические законы. Удивительно, но невозможных технологий этого типа оказалось очень мало. И если когда-нибудь окажется, что они тоже возможны, это будет означать фундаментальный сдвиг в наших представлениях о физике.

Представляется, что такая классификация имеет смысл – ведь ученые с ходу отвергают многие технологии, постоянно присутствующие в научно-фантастических произведениях, как совершенно невозможные, но на самом деле имеют в виду всего-навсего, что они невозможны для примитивной цивилизации вроде нашей. К примеру, посещение Земли инопланетянами обычно считают невозможным из-за огромных расстояний между звездами. Но если для нас путешествие к звездам очевидно невозможно, для цивилизации, обогнавшей нас в развитии на сотни, тысячи или миллионы лет, оно может оказаться вполне доступным. Поэтому очень важно классифицировать подобные «невозможности». Технологии, недоступные нашей цивилизации в ее нынешнем состоянии, не обязательно столь же невозможны для цивилизации иного типа. Любые утверждения о возможном и невозможном должны учитывать, что за тысячи и миллионы лет техника любой цивилизации уйдет далеко вперед.

Карл Саган однажды написал: «Что значит для цивилизации возраст, скажем, в миллион лет? Радиотелескопы и космические корабли появились у нас несколько десятилетий назад; наша технологическая цивилизация насчитывает всего лишь несколько сотен лет… развитая цивилизация, за плечами которой миллионы лет развития, настолько же опережает нас, насколько мы сами опережаем какого-нибудь лемура или макаку».

Главным в моих собственных исследованиях и профессиональной деятельности я считаю попытку исполнить наконец мечту Эйнштейна и завершить работу над «теорией всего». Лично мне очень нравится работать над «окончательной теорией», которая даст, возможно, однозначный ответ на некоторые из самых трудных вопросов о «невозможности» в современной науке – к примеру, возможны ли путешествия во времени, что находится в центре черной дыры или что происходило до Большого взрыва. Я по-прежнему предан своей мечте о невозможном и нередко размышляю о том, когда некоторые вещи перестанут – и перестанут ли когда-нибудь? – быть невозможными и войдут в повседневную жизнь.

Благодарности

Материал этой книги охватывает множество областей и дисциплин, а также работы многих выдающихся ученых. Я бы хотел поблагодарить следующих лиц, которые любезно уделили мне время для продолжительных расспросов, консультаций и интересных и вдохновляющих бесед:

Леон Ледерман, нобелевский лауреат, Иллинойсский технологический институт

Мюррей Гелл-Манн, нобелевский лауреат, Институт Санта-Фе и Калтех

покойный Генри Кендалл, нобелевский лауреат, Массачусетский технологический институт (MIT)

Стивен Вайнберг, нобелевский лауреат, Университет Техаса в Остине

Дэвид Гросс, нобелевский лауреат, Институт теоретической физики Кавли

Фрэнк Вильчек, нобелевский лауреат, MIT

Джозеф Ротблат, нобелевский лауреат, Госпиталь Св. Варфоломея

Уолтер Гилберт, нобелевский лауреат, Гарвардский университет

Джеральд Эделман, нобелевский лауреат, Исследовательский институт Скриппса

Питер Догерти, нобелевский лауреат, Детский исследовательский госпиталь Св. Иуды

Джаред Дайамонд, лауреат премии Пулитцера, Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе

Стэн Ли, автор комиксов «Марвел» и «Спайдермена»

Брайан Грин, Колумбийский университет, автор книги «Элегантная вселенная»

Лайза Рэндалл, Гарвардский университет, автор книги «Искривленные пути»

Лоренс Краусс, Университет Кейз – Вестерн Резерв, автор книги «Физика в Star Trek»

Ричард Готт III, Принстонский университет, автор книги «Путешествия во времени во вселенной Эйнштейна»

Алан Гут, физик, MIT, автор книги «Инфляционная вселенная»

Джон Барроу, физик, Кембриджский университет, автор книги «Невозможность»

Пол Дэвис, физик, автор книги «Суперсила»

Леонард Зусскинд, физик, Стэнфордский университет

Джозеф Ликкен, физик, Национальная лаборатория имени Ферми

Марвин Мински, MIT, автор книги «Общество разумов»

Рей Курцвейл, изобретатель, автор книги «Эра одушевленных машин»

Родни Брукс, директор Лаборатории искусственного интеллекта MIT

Ганс Моравек, автор книги «Робот»

Кен Кросвелл, астроном, автор книги «Величественная вселенная»

Дон Голдсмит, астроном, автор книги «Сбежавшая вселенная»

Нейл де Грассе Тайсон, директор Хейденовского планетария, Нью-Йорк

Роберт Киршнер, астроном, Гарвардский университет

Фульвиа Мелиа, астроном, Университет Аризоны

Сэр Мартин Рис, Кембриджский университет, автор книги «До начала»

Майкл Браун, астроном, Калтех

Пол Гилстер, автор книги «Мечты о Центавре»

Майкл Лемоник, старший научный редактор журнала Time

Тимоти Феррис, Университет Калифорнии, автор книги «Зрелость во Млечном пути»

покойный Тед Тейлор, разработчик американских ядерных боеголовок

Фримен Дайсон, Институт перспективных исследований, Принстон

Джон Хорган, Технологический институт Стивенса, автор книги «Конец науки»

покойный Карл Саган, Корнеллский университет, автор книги «Космос»

Энн Друян, вдова Карла Сагана, Cosmos Studios

Питер Шварц, футурист, основатель Global Business Network

Элвин Тоффлер, футурист, автор книги «Третья волна»

Дэвид Гудстейн, помощник проректора Калтеха

Сет Ллойд, MIT, автор книги «Программирование вселенной»

Фред Уотсон, астроном, автор книги «Звездочет»

Саймон Сингх, автор книги «Большой взрыв»

Сет Шостак, Институт SETI

Джордж Джонсон, научный обозреватель New York Times

Джеффри Хоффман, MIT, астронавт NASA

Том Джоунз, астронавт NASA

Алан Лайтман, MIT, автор книги «Мечты Эйнштейна»

Роберт Зубрин, основатель Марсианского общества

Донна Ширли, программа исследования Марса NASA

Джон Пайк, GlobalSecurity.org

Пол Саффо, футурист, Институт будущего

Луис Фридман, один из основателей Планетарного общества

Дэниел Вертхеймер, SETI@home, Университет Калифорнии в Беркли

Роберт Зиммерман, автор книги «Покидая Землю»

Марша Братусяк, автор книги «Неоконченная симфония Эйнштейна»

Майкл Саламон, программа «После Эйнштейна» NASA

Джефф Андерсен, Академия ВВС США, автор книги «Телескоп»

Я также хотел бы поблагодарить моего агента Стюарта Кричевски, который помогал мне в течение всех этих лет и занимался всеми моими книгами, а также редактора Роджера Шолла, чьи твердая рука, здравые суждения и редакторский опыт направляли многие мои книги. Я бы также хотел поблагодарить моих коллег из нью-йоркского Сити-Колледжа и аспирантуры Городского университета Нью-Йорка, в особенности В.П. Наира и Дэна Гринбергера, которые любезно нашли время для дискуссий.

Часть I
Невозможности i класса

1. Защитное силовое поле

I. Если заслуженный, но пожилой ученый утверждает, что некое явление возможно, он наверняка прав. Если он утверждает, что некое явление невозможно, он, весьма вероятно, ошибается.

II. Единственный способ определить пределы возможного – это набраться смелости и проникнуть на ту строну, в невозможное.

III. Любая достаточно развитая технология неотличима от волшебства.

Три закона Артура Кларка

«Поднять щиты!» – так звучит первый приказ, который в бесконечном сериале «Звездный путь» отдает резким голосом капитан Кирк своему экипажу; послушный приказу экипаж включает силовые поля, призванные защитить космический корабль «Энтерпрайз» от огня противника.

В сюжете «Звездного пути» силовые поля настолько важны, что их состояние вполне может определить исход сражения. Стоит энергии силового поля истощиться, и корпус «Энтерпрайза» начинает получать удары, чем дальше, тем сокрушительнее; в конце концов поражение становится неизбежным.

Так что же такое защитное силовое поле? В научной фантастике это обманчиво простая штука: тонкий невидимый, но при этом непроницаемый барьер, способный одинаково легко отражать лазерные лучи и ракеты. На первый взгляд силовое поле представляется настолько простым, что создание – и скорое – боевых щитов на его основе кажется неминуемым. Так и ждешь, что не сегодня-завтра какой-нибудь предприимчивый изобретатель объявит, что ему удалось получить защитное силовое поле. Но истина гораздо сложнее.

Подобно лампочке Эдисона, которая коренным образом изменила современную цивилизацию, силовое поле способно глубоко затронуть все без исключения стороны нашей жизни. Военные воспользовались бы силовым полем, чтобы стать неуязвимыми, создали бы на его основе непроницаемый щит от вражеских ракет и пуль. В теории можно было бы создавать мосты, великолепные шоссе и дороги одним нажатием кнопки. Целые города возникали бы в пустыне словно по мановению волшебной палочки; все в них, вплоть до небоскребов, строилось бы исключительно из силовых полей. Купола силовых полей над городами позволили бы их обитателям произвольно управлять погодными явлениями – штормовыми ветрами, снежными бурями, торнадо. Под надежным пологом силового поля можно было бы строить города даже на дне океанов. От стекла, стали и бетона можно было бы вообще отказаться, заменив все строительные материалы силовыми полями.

Но, как ни странно, силовое поле оказывается одним из тех явлений, которые чрезвычайно сложно воспроизвести в лаборатории. Некоторые физики даже полагают, что это вообще не удастся сделать без изменения его свойств.

Майкл Фарадей

Концепция физического поля берет начало в работах великого британского ученого XIX в. Майкла Фарадея.

Родители Фарадея принадлежали к рабочему классу (его отец был кузнецом). Сам он в начале 1800-х гг. состоял в подмастерьях у переплетчика и влачил достаточно жалкое существование. Но юный Фарадей был зачарован недавним гигантским прорывом в науке – открытием таинственных свойств двух новых сил, электричества и магнетизма. Он жадно поглощал всю доступную ему информацию по этим вопросам и посещал лекции профессора Хамфри Дэви из Королевского института в Лондоне.

Однажды профессор Дэви серьезно повредил глаза во время неудачного химического эксперимента; понадобился секретарь, и он взял на эту должность Фарадея. Постепенно молодой человек завоевал доверие ученых Королевского института и получил возможность проводить собственные важные эксперименты, хотя нередко ему приходилось терпеть и пренебрежительное отношение. С годами профессор Дэви все ревнивее относился к успехам своего талантливого молодого помощника, который поначалу считался в кругах экспериментаторов восходящей звездой, а со временем затмил славу самого Дэви. Только после смерти Дэви в 1829 г. Фарадей получил научную свободу и осуществил целую серию поразительных открытий. Результатом их стало создание электрических генераторов, обеспечивших энергией целые города и изменивших ход мировой цивилизации.

Ключом к величайшим открытиям Фарадея стали силовые, или физические, поля. Если поместить железные опилки над магнитом и встряхнуть, выяснится, что опилки укладываются в рисунок, напоминающий паутину и занимающий все пространство вокруг магнита. «Нити паутины» – это и есть фарадеевы силовые линии. Они наглядно показывают, как распределяются в пространстве электрическое и магнитное поля. К примеру, если изобразить графически магнитное поле Земли, то обнаружится, что линии исходят откуда-то из области Северного полюса, а затем возвращаются и снова уходят в землю в области Южного полюса. Аналогично, если изобразить силовые линии электрического поля молнии во время грозы, выяснится, что они сходятся на кончике молнии.

Пустое пространство для Фарадея вовсе не было пустым; оно было заполнено силовыми линиями, при помощи которых можно было заставить отдаленные предметы двигаться. (Бедная юность не позволила Фарадею получить систематическое образование, и он практически не разбирался в математике; вследствие этого его записные книжки были заполнены не уравнениями и формулами, а нарисованными от руки диаграммами силовых линий. По иронии судьбы именно недостаток математического образования заставил его разработать великолепные диаграммы силовых линий, которые сегодня можно увидеть в любом учебнике физики. Физическая картина в науке нередко более важна, чем математический аппарат, который используется для ее описания.)

Историки выдвинули немало предположений о том, что именно привело Фарадея к открытию физических полей – одного из важнейших понятий в истории всей мировой науки. Фактически вся без исключения современная физика написана на языке фарадеевых полей. В 1831 г. Фарадей совершил ключевое открытие в области физических полей, навсегда изменившее нашу цивилизацию. Однажды, пронося магнит – детскую игрушку – над проволочной рамкой, он заметил, что в рамке возникает электрический ток, хотя магнит с ней не соприкасается. Это означало, что невидимое поле магнита способно на расстоянии заставить электроны двигаться, создавая ток.