Энтропия: предел использованию энергии
За последний век мы разработали самолёты, космические корабли, ядерный источник энергии и компьютеры. В следующем веке мы разработаем ассемблеры, репликаторы, автоматический инжиниринг, дешёвые космические корабли, машины ремонта клеток и многое другое. Эти серии прорывов могут наводить на мысль, что технологическая гонка будет двигаться вперёд без границ. С этой точки зрения мы будем прорываться сквозь все постижимые препятствия, вылетая в бесконечное неизвестное – но этот взгляд кажется ошибочным.
Законы природы и условия этого мира ограничат то, что мы можем делать. Без границ, будущее было бы целиком неизвестной, бесформенной вещью, делая посмешище из наших усилий думать и планировать. С ограничениями будущее всё ещё бешенная неопределённость, но она должна вписаться в определённые границы.
Из естественных ограничений мы узнаём что-то о проблемах и открывающихся возможностях, с которыми мы столкнёмся. Пределы определяют границы возможного, сообщая нам, какие ресурсы мы можем использовать, как быстро наши космические корабли могут летать и что наши наномашины будут, а что не будут способны делать.
Обсуждение пределов рискованно: мы можем быть более уверены, что что-то возможно, чем что оно невозможно. Инженеры могут достигать успеха с помощью приближений и особых случаев. А при наличии инструментов, материалов и времени, они могут продемонстрировать возможности непосредственно. Даже делая конструкцию для исследования, они могут оставаться вполне в рамках возможного и быть достаточно далеко от его границ. Учёные, наоборот, не могут доказать общую теорию, и каждое общее заявление о невозможности – само есть род общей теории. Никакой конкретный эксперимент (где-то, когда-то) не может доказать, что что-то невозможно (везде и навсегда). Также это не может сделать любое количество конкретных экспериментов.
Все же, общие законы науки описывают границы возможного. Хотя учёные не могут доказать общий закон, они разработали наилучшую возможную для нас картину того, как вселенная работает. И даже если экзотические эксперименты и элегантные математические пассажи снова изменят нашу концепцию физических законов, немногие пределы для конструкторов шелохнутся. Относительность не влияла на конструкцию автомобилей.
Простое существование конечных пределов не значит, что они уже вот-вот начнут нас душить, однако многие люди пришли к мысли, что пределы скоро положат конец росту. Это соображение упрощает их картину будущего, откидывая странные новые разработки, которые принесёт прогресс. Другие люди хорошо относятся к более расплывчатой идее безграничного роста – идее, которая затуманивает их картину будущего, говоря, что оно будет совершенно непостижимым.
Люди, которые путают науку с технологией, имеют склонность путаться и насчёт пределов. Как отмечает инженер по программному обеспечению Марк С. Миллер, им кажется, что новое знание всегда означает новое ноу-хау; некоторые даже воображают, что знать всё позволит нам делать всё, что мы захотим. Прогресс в технологии действительно приносит новые ноу-хау, открывая новые возможности. Но продвижения в фундаментальной науке просто перерисовывает нашу карту окончательных пределов; это часто показывает что-то новое, что невозможно. Например, открытия Эйнштейна показали, что ничто не может догнать летящий луч света.
Действительно ли скорость света – реальный предел? Люди когда-то говорили о 'звуковом барьере', и некоторые верили, что он не даст самолёту перейти скорость звука. Затем на базе Эдвард Эа Форс в 1947 году, Чак Ииджер рассёк октябрьское небо звуком перехода звукового барьера. Сегодня некоторые люди говорят о 'световом барьере', и спрашивают, может ли он также отступить.
К сожалению для писателей научной фантастики эта параллель поверхностна. Никто никогда не мог утверждать, что скорость звука – это реальный физический барьер. Метеоры и пули превышали его каждый день и даже щёлкающий хлыст переходил 'звуковой барьер'. Но никто не видел ничего, что бы двигалось быстрее света. Удалённые места, видимые с помощью радиотелескопов, иногда кажутся движущимися быстрее, но простые трюки перспективы легко объясняются, как это может быть. Гипотетические частицы, называемые 'тахионами' двигались бы быстрее света, если бы он существовали, но их пока не нашли, а сегодняшняя теория их не предсказывает. Экспериментаторы толкали протоны со скоростью более 99,9995 процентов скорости света и получили результаты, которые идеально соответствовали предсказаниям Эйнштейна. Когда их толкают всё быстрее, скорость частицы очень медленно приближается к скорости света, в то время как её энергия (масса) растёт безгранично.
На Земле, человек может идти пешком или плыть только на определённые расстояния, но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его путешествия. Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве предполагает не больше 'светового барьера', чем предел расстояния на Земле предполагает стену. Само пространство – вакуум, который содержит энергию и материю, имеет свойства. Одно из них – это его геометрия, которая может быть описана, если рассматривать время как особое измерение. Эта геометрия заставляет скорость света отступать перед ускоряющимся космическим кораблём во многом подобно тому как горизонт отступает перед движущимся по морю кораблём: скорость света, подобно горизонту всегда равноудалена во всех направлениях. Но аналогия здесь заканчивается – это подобие никак не поясняет кривизну пространства. Достаточно запомнить, что предельная скорость – это не что-то такое грубое и что можно преодолеть, как 'световой барьер'. Объекты всегда могут двигаться быстрее, но не быстрее света.
Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги 'Очертания будущего' Артур Ц. Кларк писал, что 'Из всех сил гравитация – самая загадочная и самая неумолимая', и дальше продолжал, предлагая мысль, что мы однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацией. Однако действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории относительности Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в пространственно-временной структуре вакуума. Математическое описание этого элегантно и точно, и делает предсказания, которые прошли через все испытания, с тех пор предпринимаемые.
Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не может заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может заставить электрон потерять свой электрический заряд или электрический ток – своё магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными полями, передвигая частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитационными полями аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представляется, что мы не можем изучить секрет управления за гравитацией, потому что мы уже это сделали.
Ребёнок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитное поле, чтобы
