Воображаемая жизнь (ЛП) - Трефил Джеймс - Страница 53

Теоретики обнаружили, что при определённых условиях действие электрическиех и магнитных сил в системе плазма-пыль способствует сбору пыли в структуры, которые можно описать только как микроскопические спирали. Они сами несут электрический заряд и могут, например, расти и разделяться на две спирали, каждая из которых является копией исходного объекта. Возможно, мы захотели бы обозначить этот процесс как воспроизводство. Кроме того, некоторые из спиралей более стабильны, чем другие, что приводит к своего рода выживанию наиболее приспособленных, которое мы связываем с естественным отбором.

Таким образом, мы можем сказать, что самоорганизующиеся пылинки в плазменной среде проявляют некоторые формы поведения, которые мы ассоциируем с живыми системами. Кроме того, они соответствуют нашему определению термодинамической жизни, поскольку поддержание существования плазмы при высокой температуре требует затрат энергии, а спирали явно далеки от состояния равновесия. Однако, сказав это, мы должны подчеркнуть, что все эти модели поведения до сих пор существуют лишь в компьютерной модели, но не в лаборатории или в космосе. Такая форма жизни может быть возможной, но нам нужно будет увидеть физическое проявление этого прежде, чем хотя бы просто подумать, действительно ли то или иное пылевое облако является живым.

Вообще, когда физики вроде команды Цытовича думают о том, как создавать сложные немолекулярные системы, они обычно обращаются мыслями к электричеству и магнетизму. Как было показано в главе 2, эти явления регулируются группой законов, известной как уравнения Максвелла. Там, где они непосредственно относятся к нашему обсуждению, говорится, что

• электрические токи (т.е. движущиеся электрические заряды) создают магнитные поля и

• изменяющиеся магнитные поля создают электрические токи

Второе из этих утверждений как раз и объясняет, например, генерацию индуцированных электрических токов, о чём мы говорили в главе 13.

Электрические токи вроде тех, что текут по медным проводам в вашем доме, состоят из электронов. Когда эти электроны движутся, они передают часть своей энергии тяжёлым атомам меди, с которыми сталкиваются, и те после этого движутся чуть быстрее — это явление мы воспринимаем как выделение тепла, которое рассеивается в среде, окружающей провод. Мы говорим, что провод характеризуется наличием так называемого электрического сопротивления. Если мы не будем продолжать добавлять энергию, чтобы восполнить потерянное тепло, ток перестанет течь. Когда это произойдет, исчезнет также любое созданное им магнитное поле (см. первое правило выше).

В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (1853-1926) сделал удивительное открытие: когда температура некоторых металлов, например, ниобия и олова, понижается до нескольких градусов выше абсолютного нуля (-460°F или -273°C), электрическое сопротивление исчезает. В этой ситуации электрические токи будут течь вечно, и связанные с ними магнитные поля также будут существовать вечно. Явление, которое обнаружил Камерлинг-Оннес, называется сверхпроводимостью. Теперь мы понимаем, что оно возникает из-за того, что при таких низких температурах все электроны в токе объединяются и обходят тяжёлые атомы металла, не передавая им никакой энергии. Весь смысл здесь в том, что, если сохранять электрические провода холодными, сверхпроводящие токи можно использовать для создания интенсивных (и постоянных) магнитных полей. Например, если вы когда-либо проходили магнитно-резонансное томографическое исследование, вас прощупывали магнитным полем, которое создаёт электрический ток в сверхпроводнике. Сверхпроводящие магниты имеют ключевое значение для проектирования крупнейших в мире ускорителей частиц — таких, как Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Они также значатся в планах следующего поколения железнодорожных перевозок, поскольку являются неотъемлемой частью так называемых маглевов (от «магнитная левитация»), поездов на магнитной подвеске, которые разрабатываются во всем мире для междугородних поездок. Вообще, коммерческие поезда на магнитной подвеске уже работают в Китае. Как это часто бывает в науке, открытие этого малоизвестного явления привело к появлению отраслей промышленности, оборот которых составляет многие миллиарды долларов ежегодно.

Мы можем представить себе миры настолько холодные (например, планету-сироту вроде тех, которые мы обсуждали в главе 11), что металл на их поверхности или внутри них превратился бы в сверхпроводник. Для того, чтобы заставить сверхпроводящий ток течь в такой структуре, не потребовалось бы много усилий: его могло бы запустить движение планеты в протяжённом и изменяющемся межзвёздном магнитном поле. Появившийся в результате этого ток изменил бы магнитные поля внутри планеты и в космосе вокруг неё, создавая электрические токи, которые, в свою очередь, создавали бы магнитные поля и так далее. Нетрудно понять, как система взаимодействующих токов и полей может развиться до сложности, сравнимой с той, что встречаются у живых существ. Будет ли эта система живой — вопрос открытый, однако это пример того, как может выглядеть неорганическая жизнь.

Может ли на сверхпроводящей планете возникнуть нечто вроде естественного отбора? Мы можем представить себе небольшие, самоподдерживающиеся электромагнитные «пакеты», движущиеся внутри такой планеты. Пакеты, которые были более стойкими — например, те, у которых магнитные поля создавали более прочный барьер между тем, что находилось внутри пакета, и тем, что было снаружи, — сохранялись дольше. К тому же они с большей вероятностью будут расти за счёт электрических или магнитных полей в окружающей среде. Если бы эти пакеты развились до такого состояния, когда они разделятся, то у них было бы средство передать характеристики, которые сделали их более стойкими, своим «потомкам». Это может стать началом своеобразного выживания наиболее приспособленных.

Наконец, мы переходим к обсуждению возможности такой формы жизни, которая существует только в научной фантастике. В романе «Академия на краю гибели» Айзек Азимов представляет концепцию планеты, все компоненты которой образуют взаимосвязанную систему. Этот тип планеты появляется также в фильме «Аватар», где вся жизнь Пандоры связана между собой своего рода нейронной сетью. По сути, такая планета в целом является живой, хотя отдельные её части могут быть живыми, а могут и не быть. Возможно, вы понимаете, что такая планета является логическим результатом гипотезы Гайи, которую мы обсуждали в главе 3. (Кстати, планета в романе Азимова называется Гайя.) Суть такой системы в том, что изучение любого отдельного предмета — например, дерева или камня — почти ничего не скажет вам об огромной взаимосвязанной форме жизни, частью которой они являются. Это было бы всё равно, что изучать характеристики одного транзистора и упускать из виду тот факт, что это — просто один маленький компонент суперкомпьютера.

Как мы уже утверждали в главе 3, не существует никаких научных оснований предполагать, что такая сверхсвязанная система может существовать. С другой стороны, если бы она действительно существовала, мы подозреваем, что это была бы самая трудная для распознания и понимания исследователями-людьми форма жизни.

Искусственная жизнь

Когда цифровые компьютеры были разработаны впервые, это были гигантские, неуклюжие устройства, которые зависели от работы вакуумных ламп. Замена вакуумных ламп на транзисторы улучшила их производительность и уменьшила размеры. Тем не менее, в 1960-х и 1970-х годах, когда авторы учились в колледже, компьютер всё ещё мог занимать большую комнату и требовать команды из полудюжины человек, чтобы он мог работать и предоставлять интерфейс пользователям. На том этапе компьютеры были машинами, которые могли следовать инструкциям, данным им людьми, но не выходить за рамки этих инструкций — их воспринимали как своего рода возвеличенные пишущие машинки. Однако уже к тому времени писатели-фантасты начали представлять себе будущее, населенное сложными, осознающими себя компьютерами, обычно воплощёнными в роботов. В зависимости от автора, эти технологически развитые, похожие на живых существ машины могут быть злобными, как в серии фильмов «Терминатор», полезными, как в фильме «Я, робот», или даже богоподобными, как в серии романов о космических путешествиях «Культура» покойного Иэна М. Бэнкса. Во всех этих случаях машины «живые» в каком-то довольно неоднозначном смысле.