В фантастических картинах и книгах прошлых десятилетий можно найти много смелых прогнозов, касающихся начала 2000-х. Полиция и военные должны ходить с лазерами, транспортной сети уже давно следовало превратиться в набор кабинок-телепортов, а карманная электроника должна уметь трансформироваться в целый до,   искусственным интеллектом и вечным источником энергии внутри, разумеется. Если объем информации удваивается каждые два года и живем мы в информационном обществе, где именно она обеспечивает прогресс, как получилось, что мы переоценили скорость развития технологий? Давайте рассмотрим некоторые распространенные в фантастике штампы, чтобы понять причины разрыва между реальностью и технологическими мечтами.

Лазерное оружие: красивое и неэффективное

Мы уже писали о том, почему вокруг нас не летают машины и не бродят гигантские роботы. Поговорим о третьем по распространенности штампе — использовании лазеров в качестве оружия.

С момента изобретения в середине 20 века лазерные технологии развиваются очень быстрыми темпами. Сегодняшний лазер отличается от своего 50-летнего предка не меньше, чем ультрабук от ЭВМ на перфокартах – но мы этого не замечаем, потому что лазеры не нашли применения за пределами нескольких узких областей.

Главная причина — энергетическая неэффективность лазера. Вообще, образование лазерного луча основано на явлении так называемого вынужденного излучения, когда возбужденный (то есть, грубо говоря, «накачанный» энергией) атом при ударе в него фотона порождает второй точно такой же фотон, имеющий идентичные характеристики. Среду, в которой выбиваются эти фотоны, принудительно накачивают энергией. Проблема в том, что на поддержание возбужденного состояния, а также на потери тратится львиная доля этой энергии, которая в итоге превращается в тепло.

И мы получаем сразу два недостатка. Первый состоит в том, что для создания луча определенной мощности нужен в 10 раз более сильный источник энергии. Второй — лазер сильно нагревается во время работы.

Для сравнения: чтобы одну секунду стрелять из лазера, «пуля» которого сопоставима по силе с обычной пистолетной, нужен луч мощностью около 1,5 кВт. А для его питания понадобится 10 – 15 кВт — то есть больше, чем потребляет обычная городская квартира.

Вечные источники энергии:
мутные перспективы холодного синтеза

Раз уж мы упомянули энергию, остановимся на ней подробнее. Ни к чему фантасты не выказывают такого пренебрежения, как к энергии. Даже пистолеты главных героев с, казалось бы, бесконечными обоймами — и те иногда требуют перезарядки. А с энергией всё куда хуже. Устройства в фильмах про будущее функционируют вечно, имея при этом легкий корпус и малые размеры. Вот что такое настоящая фантастика! Или нет?

Энергия расположена вокруг нас во всех предметах, и ее очень много. Речь, конечно же, идет об энергии покоя, которую мы упоминали, объясняя новогодние чудеса.

Ядерная реакция — сложный процесс, происходящий при температурах в миллионы градусов. Чтобы выдерживать такой нагрев, приходится строить сложные установки из дорогих материалов. Ну или не строить, если задача — разрушить все окружающее пространство (как это происходит при атомном взрыве).

Существует целое направление, которое занимается исследованием возможности так называемого холодного синтеза, то есть проведения управляемой ядерной реакции без значительного нагрева. Пока что нет доказательств, что это вообще возможно, но нет и жестких теоретических противоречий (которые существуют, например, в случае вечного двигателя: доказано, что его невозможно создать). Однако процесс идет очень вяло. Если мы и откроем такую возможность, то произойти это может как через 50 лет, так и через 500.

Трансформирующиеся устройства:
ненадежные друзья Сэма Уитвики

Еще одним объектом пристального внимания фантастов являются устройства-трансформеры, от одноименных роботов до машин, превращающихся в самолет. Человек нажимает кнопку — и автомобиль будто разделяется на сотню мелких деталей, которые начинают двигаться, поворачиваться, вставать на новое место, и в результате изначальная форма преображается до неузнаваемости. Пара секунд — и перед нами уже совсем другое устройство. Удобно, как отвертка со сменными насадками. Так в чем же проблема?

Помимо пресловутых затрат энергии, есть еще два фактора, которые делают практическое применение подобных трансформирующихся конструкций практически невозможным. Во-первых, это прочность изделия. Разрабатывая то или иное устройство, чаще всего инженеры пытаются по возможности полностью избежать каких-либо движущихся элементов, а там, где не получается, минимизируют их количество.

Во-вторых, чтобы какой-то элемент был мобильным, необходим двигатель — например, электрический сервопривод. По размерам и весу такие приводы в небольших конструкциях сопоставимы с деталями, которые они двигают, а в больших механизмах они крупнее этих деталей. Так, чтобы переконфигурировать весь корпус автомобиля, скорее всего потребуются примерно такие же по объему и массе, как и сам корпус, двигатели. То есть в автомобиле откуда-то должно взяться дополнительное место под пару сотен килограммов небольших моторчиков. Видимо, для водителя уже пространства не найдется.

Разумеется, в реальном мире существуют образцы трансформируемой техники. Как правило, все движущиеся детали таких машин очень хорошо видны и являются частью компромиссного корпуса, который похож сразу и на лодку, и на автомобиль. Процесс трансформации в этом случае очень медленный и может проходить только в определенных условиях — когда машина не двигается, отсутствует сильный ветер и т. д.

Силовые поля, thou art a heartless bitch

Еще одно «общее место» фантастических фильмов — силовое поле. Это некая генерируемая источником энергии мембрана, которая непроницаема для материи. Вообще говоря, в физике понятие силовое поле тоже существует, и называется этим термином поле, которое, как нетрудно догадаться, способно воздействовать силой на частицы, попавшие в него.

Например, электростатическое поле, действующее на заряженные тела, или магнитное, которое властно над металлом.

Для фантастов это тоже сгодилось бы: представьте себе поле, которое действует силой на любую частицу, попавшую в него. И надо сказать, такое поле есть — гравитация. Да и создать ее проще простого: всего-то нужен объект с массой в сотню миллиардов миллиардов тонн. Правда, такое поле будет неспособно остановить человека — мы ведь легко можем подпрыгнуть, пользуясь только силой собственных мышц.

В целом же настоящие поля, как правило, во-первых, имеют некоторый точечный источник, а во-вторых, сила их действия убывает по мере удаления от этого источника. Причем убывает очень быстро. Создать же некоторую рамку, которая будет заполняться равномерным полем внутри, пока что можно разве что для мыльных пузырей.

Искусственный интеллект:
главное, чтобы не Скарлетт Йоханссон

Айзек Азимов в своих знаменитых произведениях о роботах наделил их «позитронным мозгом» — некоей технологией, которая напоминает настоящий человеческий мозг и умеет работать за пределами строго заданных алгоритмов. В этом главное отличие любого компьютерного разума. Мы научились наращивать вычислительные мощности: современные компьютеры способны производить триллионы математических операций в секунду. Но мы всё еще не можем заставить их «мыслить» абстрактно и творчески.

Даже «случайные» числа в компьютере на самом деле являются псевдослучайными — то есть генерируются по заданному и строго определенному алгоритму, который настолько сложен, что внешне результаты его работы кажутся нам достаточно случайными для большинства нужд.

Возможно ли сделать точный эквивалент разума в рамках набора строго определенных алгоритмов? Ответ на этот вопрос пока что лежит скорее в области философии, чем физики. Одно можно сказать точно: программы улучшают свои навыки имитации разума, но до настоящего самосознания очень далеко.

Скорее всего, в ближайшие десятилетия мы сможем получить «искусственный интеллект» лишь в виде программ и роботов, с которыми можно будет поговорить на тысячу строго определенных тем и нельзя на все остальные.

***

Однако не все так плохо. В области портативных технологий и микроэлектроники мы продвинулись даже дальше, чем могли мечтать фантасты. Современные процессоры и носители информации обладают такими тактовыми частотами и объемами памяти, которые sci-fi-авторы не могли вообразить даже в самых смелых своих фантазиях. Нередко в фильмах 30-летней давности герои с силовыми щитами и бластерами врываются в лабораторию Главного Злодея, там стоят изогнутые монохромные ЭЛТ-дисплеи с командной строкой, а из окна видна библиотека знаний инопланетной расы, занимающая зиккурат высотой в пятнадцать километров. Вполне возможно, нас ждет бурное развитие еще какой-нибудь технологической области, которую мы сейчас недооцениваем.