Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - читать онлайн книгу. Автор: Пол Халперн cтр.№ 73

Правила «Жизни» определяют, какие клетки погибнут к следующему поколению и в каких местах появятся молодые клетки. Например, любой «ноль» (пустое место), окруженный тремя «единицами» (живыми клетками), окажется заполнен, любая живая единица, окруженная более чем тремя соседями, погибнет от перенаселенности, а если у нее два и меньше соседей, то вымрет от скудности популяции. Если соседей ровно три, то клетка выживет.

Базируясь на этих правилах, фигуры эволюционируют шаг за шагом из одной конфигурации в другую, иногда напоминают живые существа, которые ползут по экрану, пожирают друг друга, порождают других, иными словами, ведут себя как настоящие организмы. Поклонники игры находят ее интересной и способны развлекаться часами, населяя экран различными начальными комбинациями, запуская процесс и наблюдая, как искусственные создания исследуют свой мир.

Фейнман, как всегда, отождествлявший себя с бунтарской юностью, начал отращивать каштановые волосы (кое-где с сединой) более длинными и одеваться еще небрежнее. К этому времени он стал женатым человеком и никак уж не мог назвать себя хиппи, но мысль о свободной жизни в дороге его так и не покинула.

Для человека около пятидесяти, сделавшего карьеру, он был невероятно жизнерадостным и открытым для нового. Никакой тяжеловесности по-прежнему не наблюдалось в его поведении, а студенты Калтеха почитали Ричарда словно рок-звезду.

Фейнман имел богатый опыт в расчетах, и в выступлении 1959 года он предсказал развитие нанотехнологий, поэтому не удивительно, что его очаровали новые возможности компьютерной техники. Частично его интерес к этой области мотивировали наклонности сына Карла, который в конечном итоге стал изучать вычислительную технику в МТИ.

Симуляции вроде «Жизни» предполагали, что вселенная на фундаментальном уровне может действовать как автомат, управляемый бинарными величинами. Главным защитником такого подхода был профессор компьютерных наук из того же МИТ Эдвард Фредкин, проведший год в качестве приглашенного исследователя в Калтехе.

Фейнман был предсказуемо осторожен по поводу идей, не имевших экспериментальной опоры, но Фредкин и его коллеги все же иногда вовлекали его в дискуссии. В своих беседах они затрагивали и вопрос о том, может ли человеческий мозг функционировать как процессор.

Марвин Минский, другой специалист по компьютерам из МИТ и ведущий исследователь искусственного интеллекта, предположил, что человеческий мозг не более чем разновидность перерабатывающего информацию устройства. Фейнман знал Минского хорошо и не стеснялся беседовать с ним о подобных гипотезах.

Что еще более удивительно, Джон Уилер пришел к схожему, опирающемуся на информацию, взгляду на предмет, связав его с теорией квантовых измерений. На финальной стадии исследовательской карьеры он оставил воззрение «все есть поля» ради «все есть информация». Свой подход он называл «все из бита», и его влияние в данном направлении оказалось столь велико, что некоторые ученые в области вычислительной техники назвали его «прадедушкой квантовой информации».

Среди причин, изменивших мировоззрение Уилера, можно назвать его взаимодействие с новым поколением студентов, куда лучше знакомых с компьютерами и их возможностями. Нильс Бор умер в 1962-м (для студентов Джона – в древние времена), и появилось много новых интерпретаций квантовых измерений.

Отход от Копенгагенской схемы больше не рассматривался как ересь.

Научно-популярная статья Брайса Девитта, посвященная многомировой теории Хью Эверетта, например, оказалась принята очень хорошо. Уилер похвалил Девитта за его популяризацию идеи, хотя выразил вежливое несогласие с терминами вроде «многомировой» или «параллельные вселенные».

Природа времени очень серьезно рассматривалась в новом подходе Уилера.

Стрела времени соединена с энтропией посредством второго закона термодинамики, который предписывает, что та не может уменьшаться с течением времени. Энтропия, в свою очередь, связана с теорией информации посредством формулы, предложенной пионером в области электронных коммуникаций Клодом Шенноном, которая определяет отдельное значение «информационной энтропии» для каждого потока данных. Следовательно, понимание того, как течет поток информации – не более чем иной способ смоделировать время.

Но даже погрузившись в проблемы информации и квантовых измерений, Уилер не забыл о космологии, гравитации и черных дырах. На самом деле предположение, что черные дыры обладают энтропией и, следовательно, сохраняют информацию, стало одной из первых вылазок в сторону теории информации.

В конце семидесятых Уилер вместе с целым рядом талантливых аспирантов работал над проблемами, связанными с черными дырами. Одним из этих одаренных молодых ученых был Яаков Бекенштейн, родившийся в Мексике в семье еврейско-польских иммигрантов. Вдвоем они часто обсуждали свойства черных дыр, в том числе и «безволосую» теорему.

Однажды Уилер в присутствии Бекенштейна пошутил¹²³, что всякий раз, когда он ставит чашку горячего чая около стакана со льдом и позволяет им прийти в равновесие, он совершает преступление, увеличивая энтропию во вселенной. Причина в том, что по второму закону термодинамики свободная для использования энергия из-за разницы температур становится связанной. Обычно такой процесс нельзя обратить, и тем самым он слегка ускоряет наступление тепловой смерти. «Эх, если бы под рукой у нас была черная дыра, чтобы бросить в нее чашку», заявил Джон.

Эта шутка побудила Бекенштейна задуматься о том, что происходит с энтропией тел, поглощенных черными дырами. Его также вдохновила статья 1970 года одного из аспирантов Уилера, ставшего математиком, Деметриоса Христодулу, показавшая, что в процессе поглощения материала поверхность горизонта событий черной дыры всегда увеличивается или остается той же самой, но никогда не уменьшается.

Бекенштейн предложил блестящую схему определения энтропии черной дыры: что, если площадь поверхности черной дыры является астрономическим эквивалентом энтропии? Единицы были разные, поэтому требовался фактор пропорциональности. Открывался естественный путь для применения второго закона термодинамики к черным дырам. Таким образом Уилеру не пришлось бы беспокоиться по поводу нарушения закона, начни он швырять свои напитки в гравитационно сжатый объект.

Когда Стивен Хокинг, изучавший свойства черных дыр, такие, например, как условия для сингулярностей, узнал о гипотезе Бекенштейна, он поначалу засомневался. Если черные дыры обладают энтропией, они должны обладать и температурой, а это значит, что они излучают, ведь что угодно с температурой выше абсолютного нуля, окруженное холодным вакуумом, должно испускать тепло. Но ведь все знают, что по классической теории, ничто не может покинуть черную дыру, даже излучение.

Тем не менее Хокинг обладал открытым умом и посчитал, что произойдет в простой квантовой картине. И, к его большому удивлению, он определил, что черная дыра все же может незначительно излучать в окружающее ее пространство. Этот эффект получил название «излучение Хокинга», и оно постепенно понизит температуру дыры до равновесия с ее окружением, хотя процесс может потребовать миллиардов лет в зависимости от размеров дыры.