В будущем MPT-аппараты, вероятно, перестанут быть чудовищными устройствами, которые мы сегодня видим в больницах, — они уже не будут весить по несколько тонн и занимать Целые комнаты. Не исключено, что когда-нибудь будет создан MPT-аппарат размером с сотовый телефон, а может быть, и с мелкую монетку.

В 1993 г. Бернхард Блюмих (Bernhard Bliimich) и его коллеги из Института полимерных исследований Общества Макса Планка в немецком Майнце выдвинули новую идею, которая может оказаться очень полезной в создании портативных МРТ-аппаратов. Они изобрели принципиально новый аппарат, получивший название MOUSE (mobile universal surface explorer)[8]. В настоящее время это ящик высотой около 30 см, но когда-нибудь MPT-аппараты размером с кофейную чашку, основанные на этом принципе, возможно, будут продаваться в обычных универмагах. Это может произвести в медицине настоящую революцию — ведь каждый сможет спокойно сделать себе МРТ-скан дома. Блюмих считает, что недалеко то время, когда у каждого человека будет личный MOUSE и, проведя им по коже, он в любой момент сможет заглянуть внутрь своего организма. Компьютеры проанализируют полученную картину и поставят диагноз. «Возможно, что-то похожее на трикордеры из „Звездного пути“ появится уже совсем скоро», — заключает он.

(Принцип магнитно-резонансной томографии схож с принципом действия компаса. Как известно, стрелка компаса устанавливается вдоль линий магнитного поля. Когда тело помещают в аппарат МРТ, ядра атомов, подобно стрелкам крохотных компасов, тоже выстраиваются вдоль линий магнитного поля. В тело направляют радиоимпульс, который заставляет атомы переворачиваться. Затем перевернувшиеся атомы начинают возвращаться в первоначальное положение, испуская вторичный радиоимпульс — так называемое «эхо».)

Ключевая особенность MPT-аппарата Блюмиха — неоднородное магнитное поле. Размеры обычного МРТ-аппарата определяются в основном тем фактом, что тело человека в нем необходимо поместить в абсолютно однородное магнитное поле. Чем однороднее поле, тем более детальным получается изображение; на сегодняшний день разрешение такого аппарата доходит до десятых долей миллиметра. Чтобы получить однородное магнитное поле, физики взяли две большие электрические катушки диаметром около 60 см и поставили друг над другом. Такая конструкция, известная как катушка Гельмгольца, создает между двумя обмотками однородное магнитное поле. Тело человека помещают в поле вдоль оси этих двух мощных электромагнитов.

Если магнитное поле в MPT-аппарате будет неоднородным, изображение получится искаженным и нерезким. Создатели MPT-аппаратов сражаются с проблемой однородности поля уже несколько десятков лет.

Блюмих предложил остроумный способ компенсировать искажения — посылать в исследуемый объект множественные радиоимпульсы и затем обрабатывать полученное эхо при помощи компьютеров, которые очищают изображение и компенсируют искажения, возникшие из-за неоднородности магнитного поля.

Сегодня в портативном MPT-аппарате Блюмиха MOUSE используется небольшой подковообразный магнит, в котором полюса располагаются на концах подковы. Этот магнит кладется на тело пациента; передвигая его, врач может заглянуть внутрь организма на несколько дюймов. В отличие от обычных MPT-аппаратов, которые потребляют большое количество энергии и нуждаются в специальном электропитании, портативный аппарат MOUSE требует не больше мощности, чем обычная электрическая лампочка.

В первых экспериментах Блюмих испытывал свой аппарат на автомобильных шинах, плотных и в то же время податливых, как ткани человеческого тела. Кстати говоря, это подсказало ему возможность коммерческого применения прибора для быстрого выявления дефектов структуры в различных промышленных изделиях. Традиционные MPT-аппараты невозможно использовать для исследования объектов, содержащих металл, таких как армированные шины. Портативный MPT-аппарат не имеет таких ограничений, потому что использует только слабые магнитные поля. (Магнитное поле традиционного МРТ-аппарата в 20 000 раз мощнее магнитного поля Земли. Известны случаи, когда медсестры или техники, обслуживающие аппарат, получали серьезные травмы от металлических предметов, которые при включении аппарата внезапно взлетают в воздух. У MOUSE таких проблем нет.)

Аппарат такого типа не только идеален для исследования объектов, содержащих ферромагнетики, но и позволяет анализировать крупные объекты, которые просто не войдут в традиционный MPT-аппарат или которые невозможно сдвинуть с места. К примеру, в 2006 г. при помощи аппарата MOUSE было успешно проведено исследование древнего человека Этци, замороженный труп которого был случайно обнаружен в Альпах в 1991 г. Проводя подковообразным магнитом над телом Этци, ученые смогли внимательно рассмотреть разные слои его замороженного тела.

В будущем MOUSE, вероятно, станет еще миниатюрнее, а MPT-сканирование мозга можно будет проводить аппаратом размером с сотовый телефон. Не исключено, что чтение мыслей при этом тоже перестанет быть проблемой. А может быть, удобнее будет сделать прибор, похожий на современный ЭЭГ-аппарат, где пациенту надевают на голову пластиковую шапочку с множеством электродов, закрепленных в нужных местах.

Мне однажды довелось подвергнуться процедуре ФМРТ-сканирования. При подготовке документального фильма для канала BBC/Discovery Channel я специально для этого летал в Университет Дьюка. Там меня уложили на специальную кушетку, которую затем задвинули в гигантский металлический цилиндр. Включился огромный мощный магнит (в 20 000 раз более мощный, чем магнитное поле Земли), и атомы моего мозга выстроились по силовым линиям магнитного поля, подобно вращающимся волчкам, все оси которых указывают в одном направлении. Затем в мозг был направлен радиоимпульс, который перевернул ядра некоторых атомов вниз. Переворачиваясь обратно, в нормальное положение, эти ядра испустили крохотный импульс, или «эхо», принятый аппаратом ФМРТ. Компьютер обработал информацию о принятых эхо-импульсах и собрал из них трехмерную карту моего мозга.

Весь процесс проходит совершенно безболезненно и не причиняет никакого вреда. В MPT-аппаратах используется неионизирующее излучение; оно не разрушает атомов и, соответственно, не наносит вреда клеткам. Даже находясь в магнитном поле, в тысячи раз превосходящем по мощности магнитное поле Земли, я не чувствовал в своем теле ни малейших изменений.

Целью этой процедуры было определить в точности, где в моем мозгу возникают те или иные мысли. В частности, в мозгу есть крохотные биологические «часы» — между глазами, позади переносицы, где мозг отсчитывает секунды и минуты. Повреждение этой части мозга вызывает нарушение чувства времени.

Когда я находился внутри аппарата, меня попросили посчитать время. Позже, когда MPT-снимки были проявлены, я ясно увидел яркую точку позади переносицы — там шел подсчет секунд. Я понял, что стал свидетелем зарождения совершенно новой области биологии; эта наука может определить, какие в точности области мозга связаны с определенными мыслями, а это уже реальный шаг на пути к настоящему чтению мыслей.

Здесь возникает серьезная проблема. Что произойдет, если мы научимся без труда читать чужие мысли? Нобелевский лауреат Дэвид Балтимор (David Baltimore), бывший президент Калифорнийского технологического института, очень обеспокоен этим вопросом. Он пишет: «Можем ли мы вторгаться в чужие мысли?.. Я не думаю, что это чистая фантастика, но чтение мыслей превратит этот мир в чертовски неуютное место. Представьте, как будут выглядеть ухаживания, если мысли перестанут быть тайной, или во что превратятся деловые переговоры».

В большинстве случаев, рассуждает Балтимор, чтение мыслей заставит кое-кого смутиться, но не приведет к катастрофическим последствиям. Он пишет: «Говорят, что если остановить лекцию какого-нибудь профессора на полуслове… то окажется, что значительная доля [студентов] погружена в эротические фантазии».

Но может быть, чтение мыслей и не вызовет таких серьезных проблем, ведь наши мысли зачастую очень слабо оформлены. Не исключено, что когда-нибудь мы научимся фотографировать мечты и сновидения, но качество картинок, скорее всего, нас разочарует. Много лет назад я читал фантастический рассказ, где некий дух сказал человеку, что тот может получить все, что сумеет вообразить. Человек начал воображать всевозможные предметы роскоши — лимузины, миллионы долларов наличными, старинный замок. Дух, верный своему слову, материализовал все это. Но, внимательно присмотревшись, человек был потрясен: у лимузина не оказалось ни дверных ручек, ни двигателя, лица на долларовых купюрах расплылись, а замок был абсолютно пуст. В спешке он забыл о том, что образы вещей существуют в нашем воображении лишь в самых общих чертах.

Более того, мысли вряд ли удастся читать на расстоянии. Все методы, опробованные на данный момент (в том числе ЭЭГ, ФМРТ и наложение электродов непосредственно на мозг), требуют тесного контакта с объектом.

И все же когда-нибудь, вполне возможно, будут приняты законы, строго ограничивающие неавторизованное чтение мыслей. А может быть, появятся приборы, способные наши мысли защитить — заглушить, заблокировать или зашифровать исходящие из мозга электрические сигналы.

До настоящего чтения мыслей еще очень далеко. Но в самом крайнем случае даже обычный ФМРТ-аппарат может выступить в роли примитивного детектора лжи. Ложь «зажигает» в мозгу больше центров активности, чем правда. Ложь предполагает, что вы знаете правду, но думаете о лжи и пытаетесь удержать в голове все ее бесконечные следствия; энергии на это тратится значительно больше, чем на то, чтобы сказать правду. Аппарат ФМРТ, по идее, должен без труда засечь дополнительный расход энергии. В настоящее время ученое сообщество не спешит выпускать в мир детекторы лжи на базе ФМРТ и особенно опасается использования их в суде. Технология еще слишком нова, чтобы гарантировать достоверность результатов. Сторонники метода говорят, что необходимы дальнейшие исследования и повышение точности метода. Однако тот факт, что эта технология пришла и останется с нами, не вызывает сомнений.

Две коммерческие компании уже предлагают детекторы лжи, основанные на технологии ФМРТ, и обещают надежность свыше 90 %. Данные, полученные при помощи такого детектора, уже фигурировали на одном судебном процессе в Индии, а в настоящее время в судах США слушается еще несколько таких дел.

Обычные полиграфы не измеряют ложь; они всего лишь фиксируют признаки нервного напряжения, такие как усиленное потоотделение (измеряемое по проводимости кожи) и ускоренное сердцебиение. Томограмма мозга зафиксирует усиление мозговой активности, но связь между этой активностью и ложью еще придется доказывать в суде.

На определение точности и пределов применимости ФМРТ-детекторов могут потребоваться годы тщательных экспериментов. А пока Фонд Макартура выделил грант в 10 млн долларов на проект «Право и неврология», который должен определить, как развитие неврологических наук повлияет на законоприменительную практику.

Проблема этой технологии, однако, заключается в том, что, даже если вы сможете с ее помощью определить, что человек думает о собаке, образ конкретной собаки, о которой он думает, вы получить не сможете. В настоящее время возникло новое направление исследований, которое в случае успеха позволит реконструировать изображение мыслеобразов. Представляете — видеофильм человеческих мыслей! Если так пойдет, в будущем можно будет сделать вполне материальную видеозапись мечты.

С незапамятных времен человека удивляли и притягивали сны — эфемерные образы, которые иногда так трудно вспомнить или понять. Голливуд давно придумал машины, способные посылать сновидения в мозг человека или даже записывать те, что возникают естественно, как в фильме «Вспомнить все». Все это, однако, чистая выдумка. Точнее, было таковой до недавнего времени.

Ученые добились замечательного прогресса в решении задачи, которая прежде считалась нерешаемой: сфотографировать воспоминание и, может быть, сон. Первые шаги в этом направлении сделали ученые Лаборатории вычислительной неврологии в Киото. В ходе эксперимента они показывали испытуемым точечный источник света в определенном месте, а затем по функциональной томограмме определяли, где в мозгу откладывается эта информация. Затем источник сдвигали и определяли, куда легла информация об этом новом изображении. Постепенно возникала карта с указанием точного места хранения информации о нескольких десятках световых точек. Для начала ученые взяли матрицу 10х10 точек.

После этого испытуемому показали изображение простого объекта, составленного из этих точек, к примеру подковы. Компьютер проанализировал, как легла в мозгу эта информация. Выяснилось, что возникший в мозгу паттерн полностью соответствует сумме точек, составляющих подкову.

Таким образом, ученые получили возможность определять, что «видит» мозг. По томограмме компьютер может восстановить любой световой паттерн в пределах матрицы 10х10.

В будущем ученые рассчитывают увеличить количество пикселей в матрице. Более того, они утверждают, что этот процесс универсален, т. е. что визуальную мысль или даже сновидение можно, по идее, однозначно восстановить при помощи аппарата ФМРТ. Если это действительно так, то когда-нибудь ученые смогут — впервые в истории — записать образы, которые мы видим во сне.

Конечно, мысленные визуальные образы, и тем более сновидения, никогда не бывают кристально четкими, и определенная нерезкость изображения всегда останется, но замечателен сам факт: мы сможем увидеть образы, которыми мыслим, и даже заглянуть глубоко в подсознание.

Если при помощи мысленных усилий можно управлять компьютером или манипулятором, то сможет ли когда-нибудь компьютер читать мысли человека без вживления в мозг электродов?

Еще в 1875 г. ученые выяснили, что в основе работы мозга нежит прохождение электрического тока по нейронам мозга; при этом возникают слабые электрические сигналы, которые можно даже измерить, если разместить вокруг головы испытуемого несколько электродов. Проанализировав сигналы с электродов, можно записать излучаемые мозгом электромагнитные волны. Этот процесс носит название электроэнцефалографии (ЭЭГ) и позволяет регистрировать серьезные изменения мозговой деятельности: можно понять, когда человек спит, заметить изменения в его настроении — возбуждение, гнев и т. п. Результат обработки ЭЭГ и врач, и пациент могут видеть на экране компьютера. Через некоторое время пациент понимает, что может силой мысли изменять картинку на экране. Нильс Бирбаумер (Neils Birbaumer) из Университета Тюбингена уже разработал методику, при помощи которой обучает частично парализованных людей набирать на компьютере таким способом простые предложения.

Даже производители игрушек спешат воспользоваться наработками ученых в этой области. Так, уже несколько компаний, в том числе NeuroSky, выпустили на рынок головную повязку со встроенным в нее электродом по типу аппаратов ЭЭГ. Если вы наденете эту повязку на голову и определенным образом сосредоточитесь, вы сможете активировать прибор и с его помощью управлять какой-нибудь игрушкой. К примеру, можно силой мысли поднимать пластмассовый шарик для пинг-понга в прозрачном цилиндре.

Преимущество аппарата ЭЭГ в том, что он может быстро, без сложного и дорогого оборудования распознавать различные частоты, излучаемые мозгом. Но есть и серьезный недостаток: ЭЭГ не может локализовывать сигналы, т. е. определять, в какой именно зоне мозга они возникают.

Функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) — гораздо более чувствительный метод. Принципы Действия ЭЭГ и ФМРТ принципиально различны. Электроэнцефалограф — это пассивное устройство, которое лишь воспринимает электрические сигналы мозга, и определить по ним точное местоположение источника затруднительно. Аппарат ФМРТ активен — он использует «эхо» от излучаемых им радиоволн, чтобы заглянуть внутрь живой ткани. Это позволяет точно определить место, откуда исходят различные сигналы, и получить очень наглядное трехмерное изображение тканей мозга, в том числе его внутренних участков.

Аппарат ФМРТ — дорогое удовольствие, для его работы требуется целая лаборатория, полная дополнительного оборудования, но результат того стоит. Мы получаем подробную информацию о том, как работает думающий мозг. Томография позволяет ученым выявить присутствие кислорода в гемоглобине, а поскольку кислород в гемоглобине — это энергия, необходимая клетке для работы, увидеть воочию ток кислорода означает проследить за течением мыслей в человеческом мозге.

Психиатр из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе Джошуа Фридман (Joshua Freedman) говорит: «Мы сейчас как астрономы в XVI в. после изобретения телескопа[7]. На протяжении тысяч лет очень умные люди пытались разобраться в том, что происходит в небесах, но смотрели только невооруженным глазом, а об остальном могли лишь догадываться. Затем вдруг появляется новая технология, которая позволяет им непосредственно разглядеть все, что там есть».

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет видеть движение мыслей в живом мозге с разрешением 0, 1 мм, т. е. меньше булавочной головки; в такую точку укладывается, пожалуй, несколько тысяч нейронов. Таким образом, томограф с поразительной точностью выдает трехмерную картину потоков энергии в работающем мозге. Со временем, возможно, появятся аппараты ФМРТ, способные разглядеть отдельный нейрон, а значит, расшифровать нейронные схемы, соответствующие конкретным мыслям.

Недавно Кендрик Кей (Kendrick Kay) и его коллеги из Университета Калифорнии в Беркли совершили настоящий прорыв. Они исследовали функциональную томограмму мозга людей в то время, как они смотрели на изображения различных объектов: еды, животных, людей, обычных предметов разных цветов. Кей и его коллеги создали компьютерную программу, которая пыталась соотнести объекты, на которые смотрели испытуемые, с соответствующими рисунками томограммы. Чем больше различных объектов разглядывали испытуемые, тем лучше удавалось программе идентифицировать их по томограмме.

Затем исследователи показывали испытуемым изображение совершенно нового объекта; интересно, что во многих случаях программа смогла корректно соотнести этот объект с соответствующей картиной ФМРТ. Получив 120 изображений новых объектов, компьютерная программа в 90 % случаев корректно соотнесла их с томограммами. Из 1000 новых изображений программа успешно опознала 80 %.

Кей говорит, что «возможно выбрать из большого набора совершенно незнакомых естественных изображений то, на которое в данный момент смотрит испытуемый… Не исключено, что скоро можно будет реконструировать картину перед глазами испытуемого по одним только данным о работе его мозга».

Цель этих исследований — создать «словарь мыслей» и поставить в соответствие каждому объекту конкретный ФМРТ-паттерн. Тогда по паттерну можно будет определить, о чем человек думает. Не исключено, что со временем компьютер научится получать от мыслящего мозга и расшифровывать тысячи ФМРТ-паттернов, получая представление о потоке сознания данного человека.

К концу этого столетия мы научимся управлять компьютерами при помощи мысленных команд. У нас, как у греческих богов, будут исполняться даже невысказанные желания. Основы этой технологии уже заложены, но ее доводка и совершенствование могут занять еще не одно десятилетие. Эта революция состоит из двух частей. Во-первых, мозг должен научиться управлять объектами внешнего мира, и, во-вторых, компьютер должен научиться угадывать (и выполнять) желания хозяина.

Первое серьезное достижение в этой области относится к 1998 г., когда ученые Университета Эмори и немецкого Университета Тюбингена поместили крошечный стеклянный электрод непосредственно в мозг парализованного после инсульта 56-летнего мужчины. Электрод был соединен с компьютером, который анализировал получаемые от мозга сигналы. Мужчина видел изображение курсора на экране компьютера и, используя искусственно созданную биологическую обратную связь, научился мысленно управлять движением курсора. Так впервые был осуществлен непосредственный контакт между человеческим мозгом и компьютером.

Самую продвинутую версию этой технологии создал в Университете Брауна нейробиолог Джон Донохью (John Donoghue). Он разработал устройство под названием BrainGate, призванное помочь людям, пострадавшим от мозговых травм, общаться с окружающим миром. Работа произвела настоящую сенсацию, а ее автор в 2006 г. даже попал на обложку журнала Nature.

Донохью рассказал мне, что мечтает при помощи своего прибора поставить всю мощь информационной революции на службу людям, пострадавшим от мозговой травмы, и тем самым полностью пересмотреть отношение к ним. Этот прибор уже изменил к лучшему жизнь его пациентов, и Донохью с полным основанием надеется, что ему удастся еще улучшить свою технологию. У него есть и личный интерес к этим исследованиям — в детстве из-за болезни он был некоторое время прикован к инвалидному креслу и потому знает, что такое беспомощность.

Среди его пациентов — жертвы инсульта, люди, которые полностью парализованы и не могут общаться с близкими, но чей мозг по-прежнему активен. Донохью помещает крохотный чип размером 4 мм на поверхность мозга пациента в зоне, отвечающей за двигательную функцию. Чип подключают к компьютеру, который принимает с него сигналы, обрабатывает их и передает по беспроводной связи на лэптоп.

Поначалу пациент не может управлять положением курсора, но видит, где он находится и куда движется. Методом проб и ошибок пациент учится контролировать курсор и, как правило, уже через несколько часов может подвести его к любому месту на экране. После некоторой практики пациент получает возможность пользоваться электронной почтой (читать и писать письма), а также играть в видеоигры. В принципе, парализованный человек получает возможность выполнять любые действия, которыми может управлять компьютер.

Вначале у Донохью было четыре пациента: двое с травмой позвоночника, один после инсульта и еще один с боковым амиотрофическим склерозом. Один из них, полностью парализованный ниже шеи молодой человек сумел освоить управление курсором всего за день. Сейчас он может управлять телевизором, перемещать курсор на экране компьютера, играть в видеоигру и читать электронную почту. Кроме того, пациенты в состоянии управлять моторизованным креслом и, соответственно, передвигаться.

Если говорить о столь кратком временном промежутке, то перемены, которые произошли с этими людьми, нельзя назвать иначе как волшебными. Еще вчера они были бессловесными пленниками собственного тела, а сегодня уже гуляют по Сети и беседуют с людьми по всему миру.

(Мне довелось однажды присутствовать в нью-йоркском Линкольн-центре на праздничном приеме в честь великого космолога Стивена Хокинга. Очень тяжело видеть, как страдает этот человек. Он не может двигать ничем, кроме нескольких лицевых мускулов и век, и медсестрам приходится не только водить по залу его кресло, но и поддерживать его голову, которую мышцы уже не держат. Изложение даже самых простых мыслей при помощи голосового синтезатора требует от Хокинга часов и даже дней мучительных усилий. Я сразу вспомнил о приборе Донохью и подумал, что Хокингу, наверное, еще не поздно воспользоваться преимуществами технологии BrainGate. И тут же ко мне подошел поздороваться сам Джон Донохью, тоже присутствовавший в зале. Так что, возможно, BrainGate был бы для Хокинга наилучшим вариантом.)

Другая группа ученых из Университета Дьюка добилась аналогичных результатов в опытах с обезьянами. Мигель Николелис (Miguel A. L. Nikolelis) и его группа вживили чип в мозг обезьяны и подключили его к механической руке — манипулятору. Поначалу обезьяна беспорядочно размахивает рукой, не понимая, как ею управлять. Но затем, после некоторой практики, она постепенно осваивает управление и начинает медленно двигать манипулятор в нужном направлении — к примеру, чтобы взять банан. Обезьяна двигает механической рукой инстинктивно, не думая, как своей собственной. «Некоторые физиологические признаки указывают на то, что во время эксперимента обезьяна ощущает себя связанной больше с роботом, чем с собственным телом», — говорит Николелис.

Это означает также, что когда-нибудь мы сможем управлять самыми разными машинами при помощи мысленных команд. Не исключено, что парализованные люди смогут таким образом управлять механическими ногами и руками. Представьте, к примеру, что ученым удастся подсоединить механические руки и ноги к головному мозгу напрямую, минуя спинной мозг; пациент снова сможет ходить. Возможно, это будут первые шаги к мысленному управлению миром.

К середине века мы, вероятно, увидим еще одно техническое новшество — настоящее трехмерное кино и телевидение. Когда-то давно, в 1950-х гг., при просмотре трехмерного фильма вы должны были надеть неуклюжие очки с разноцветными стеклами — красным и синим. Дело в том, что человеческие глаза, правый и левый, видят чуть-чуть по-разному. На экран проецируется сразу два изображения, одно синее и одно красное. Стекла служат фильтрами, и в результате в левый и правый глаз поступает немножко разное изображение; мозг смешивает их, и возникает иллюзия объема. Восприятие глубины изображения, таким образом, создавалось искусственно. (Чем дальше друг от друга расположены глаза, тем лучше воспринимается глубина изображения. Именно поэтому у некоторых животных глаза находятся на конце гибких стебельков: так объем воспринимается лучше всего.)

Определенный прогресс обеспечивают 3D-очки из поляризованного стекла, благодаря которым левый и правый глаз получают два разных поляризованных изображения. Таким способом можно создавать полноцветные, а не красно-синие, объемные изображения. Свет — это волна, и колебания в нем могут происходить в разных плоскостях — к примеру, в вертикальной и горизонтальной. Поляризованная линза пропускает только световые колебания определенной направленности. Так что если стекла ваших очков поляризованы в разных направлениях, вы можете создать эффект трехмерности изображения. В более сложном варианте трехмерности можно подавать разные изображения прямо на контактные линзы.

Трехмерное телевидение, которое также нужно смотреть в очках, уже появилось на рынке. Очень скоро, однако, необходимость в очках исчезнет, их сменят двояковыпуклые линзы. Телеэкран будет специально изготавливаться таким образом, чтобы выдавать для глаз два различных изображения чуть-чуть под разными углами. Каждый глаз зрителя будет видеть свое изображение, а вместе они создадут иллюзию трехмерности. У этой системы есть свои недостатки: голова должна быть правильно расположена; каждый глаз должен находиться в предназначенной именно для него точке. (Принцип действия такого телевидения основан на хорошо известной оптической иллюзии. Иногда встречаются рекламные щиты, изображения на которых волшебным образом меняются, по мере того как мы движемся вдоль них. Делается это так. Два изображения раскладываются на множество тонких полосок, которые затем кладутся вперемешку, составляя композитное изображение. Затем это изображение накрывается своеобразной линзой — стеклянным листом с множеством вертикальных пазов, причем каждый паз размещается точно над двумя полосками. Пазы имеют такую форму, чтобы под одним углом видна была одна полоска, а под другим — другая. Поэтому, проходя мимо такой картины, мы видим, как одно изображение внезапно превращается в другое, а затем обратно. Трехмерное телевидение заменит неподвижные изображения в этой системе движущимися, и 3D-эффект будет достигаться без применения специальных очков.)

Но самый продвинутый вариант трехмерного изображения — это голограмма. Без всяких очков человек видит точный волновой фронт трехмерного изображения, как если бы изображенный объект в реальности находился перед вами. Голограммы известны уже несколько десятилетий (их можно увидеть на выставках, открытках и кредитных карточках) и нередко мелькают в фантастических фильмах. В «Звездных войнах» завязкой сюжета служит голографический призыв о помощи, посланный принцессой Леей членам Повстанческого альянса.

Проблема в том, что голограмму очень трудно изготовить.

При создании голограммы лазерный луч расщепляется на два. Один луч направляется на объект, изображение которого вы хотите получить, затем отражается и попадает на специальный экран. Второй луч направляется непосредственно на экран. Смешение двух этих лучей создает на экране сложную интерференционную картину, содержащую «застывшее» трехмерное изображение объекта; это изображение закрепляется на специальной пленке, покрывающей экран. Затем, если сквозь экран пропустить другой лазерный луч, в пространстве появится настоящее трехмерное изображение объекта.

Голографическое телевидение — довольно своеобразная вещь. Во-первых, изображение все равно должно проецироваться на экран. Сидя перед экраном, вы будете видеть точное трехмерное изображение объекта; при этом вы, естественно, не сможете протянуть руку и прикоснуться к нему. Трехмерное изображение останется лишь иллюзией.

Это означает, что при просмотре футбольного матча по голографическому телевизору движение зрителя перед экраном вызывает соответствующее изменение изображения. Вы можете наблюдать за матчем едва ли не с середины поля, игроки будут бегать прямо перед вами. Но потянувшись за мячом, вы упретесь руками в экран.

Однако настоящую техническую проблему, из-за которой у нас до сих пор нет голографического телевидения, представляет хранение информации. Настоящее трехмерное изображение содержит громадное количество информации, во много раз больше, чем обычное двумерное. Компьютер непрерывно обрабатывает двумерные изображения; они разбиты на крохотные точки — пиксели, и изображением каждого пикселя управляет крохотный транзистор. Но в трехмерном кино кадры должны сменяться с частотой 30 штук в секунду[6]. Несложный расчет показывает, что количество информации, необходимой для генерации движущихся трехмерных изображений, намного превосходит возможности сегодняшнего Интернета.

К середине века эта проблема, возможно, будет решена, ведь ширина интернет-канала растет экспоненциально.

Но на что будет похож трехмерный телевизор?

Один из вариантов — это экран в форме цилиндра или купола, внутри которого размещается зритель. На экран проецируется голографическое изображение, и зритель оказывается в окружении объемных фигур, очень похожих на реальные.

В фильмах «Звездный путь» и «Звездные войны», как, впрочем, практически во всех научно-фантастических фильмах, все инопланетяне прекрасно говорят по-английски[4]. В любом таком фильме существует штука под названием «универсальный переводчик», позволяющая землянам мгновенно найти общий язык с любой инопланетной цивилизацией и избавляющая от необходимости объясняться с инопланетянами при помощи жестов.

Когда-то считалось, что универсальный переводчик — совершенно нереалистичная футуристическая идея, но первые варианты подобных приборов уже созданы. Это означает, что в будущем, если вы окажетесь в чужой стране и заговорите там с местными жителями, в ваших контактных линзах появятся субтитры, как если бы вы смотрели иностранный фильм. Вы также сможете попросить компьютер озвучить перевод и подать его непосредственно вам в уши. Два человека смогут беседовать между собой, причем каждый из них будет говорить на своем языке, а слова собеседника слышать в компьютерном переводе (если у обоих будет включен универсальный переводчик). Перевод, конечно, не будет идеальным (никуда не денутся проблемы с переводом идиом, сленга и образных выражений), но для понимания смысла сказанного его будет вполне достаточно.

К решению проблемы универсального перевода существует несколько подходов. Во-первых, необходимо создать устройство, которое могло бы преобразовывать устную речь в письменный текст. В середине 1990-х гг. на рынке появились первые системы распознавания речи, способные понимать до 40 000 слов с 95 %-ной точностью. Если учесть, что в обычной бытовой речи используется всего лишь от 500 до 1000 слов, можно понять, что эти системы для своего времени были более чем адекватными. После того как запись с голоса готова, каждое слово следует перевести на нужный язык при помощи компьютерного словаря. Затем приходит черед самого сложного: вставить слова в контекст, при необходимости добавить сленг, разговорные выражения и т. п. Все это требует очень точного понимания языковых нюансов. Компьютерный перевод по этой технологии — целая наука, известная как CAT (computer assisted translation).

Другой способ предложили ученые Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге. У них уже есть прототип, способный переводить с китайского на английский, а с английского на испанский или немецкий. Электроды, закрепленные на шее и лице говорящего, улавливают сокращения речевых мышц и расшифровывают по ним произнесенные слова. Здесь не нужен микрофон и вообще никакая аудиотехника, а слова можно проговаривать даже беззвучно. Затем компьютер переводит слова, а синтезатор речи произносит их вслух. В простых разговорах, где используется 100–200 слов, ученым удалось достичь 80 %-ной точности.

«Идея состоит в том, что вы можете беззвучно артикулировать слова на английском, а звучать они будут на китайском или другом языке», — говорит Таня Шульц (Tanja Schultz), участник исследований. В будущем компьютер, возможно, научится читать по губам, так что и электроды не будут нужны. И можно себе представить, в принципе, оживленную беседу двух людей, говорящих на разных языках.

В будущем языковые барьеры, так долго и трагично не позволявшие представителям разных культур понять друг друга[5], возможно, падут, и поспособствуют этому универсальный переводчик и интернет-очки (или линзы).

Итак, дополненная реальность открывает перед нами совершенно новый мир, но в этом мире существуют свои ограничения. Проблемы не связаны с техникой, а возможности расширенной реальности не ограничены пропускной способностью канала — ведь по оптико-волоконному кабелю можно передать сколько угодно информации.

Настоящий камень преткновения здесь — программное обеспечение. Создавать его можно только старым добрым способом — вручную. Все коды, строчку за строчкой, должен будет написать человек карандашом на бумаге или в крайнем случае на портативном компьютере; только так можно будет пробудить к жизни эти воображаемые миры. Технику можно производить в любых количествах, да и вычислительные мощности увеличивать тоже (добавляешь новые чипы — и готово!), а вот массовое производство мозгов невозможно. Это означает, что путь человечества к полномасштабной дополненной реальности будет нелегким и займет несколько десятилетий.

К середине века все мы, скорее всего, будем жить в странном мире, представляющем собой смешение настоящей и виртуальной реальности. Контактные линзы или очки позволят человеку видеть перед собой не только реальный мир, но и наложенные на него виртуальные изображения. По крайней мере так считает Сусуму Тачи (Susumu Tachi) из японского Университета Кейо и многие другие ученые. Тачи разрабатывает особые очки, способные смешать фантазию и реальность. Его первая цель сделать так, чтобы вещи могли исчезать и появляться прямо на глазах.

Я побывал у профессора Тачи и увидел некоторые из его замечательных экспериментов по смешению настоящей и виртуальной реальности. Одна из несложных демонстраций исчезновение объекта (по крайней мере в ваших очках). Сначала я надел специальный светло-коричневый плащ, который расправлялся вокруг меня парусом, стоило развести руки в стороны. Затем на плащ навели видеокамеру, а еще одну видеокамеру поставили снимать все за моей спиной, где по улице спокойно ехали автобусы и автомобили. Мгновением позже компьютер совместил два изображения и спроецировал на мой плащ, как на экран, происходящее позади меня. Стоило посмотреть сквозь специальную линзу, и мое тело исчезало, оставляя лишь изображения машин и автобусов. Поскольку моя голова не была прикрыта плащом, выглядело все так, будто голова одна парила в воздухе без тела, как у Гарри Поттера в плаще-невидимке.

Затем профессор Тачи показал мне совершенно особые очки. Надев их, я получил возможность видеть перед собой реальные объекты, но мог при желании заставить их исчезнуть. Это не настоящая невидимость, и работает она только для человека в специальных очках, которые накладывают два изображения. Однако это часть амбициозной программы профессора Тачи, которую иногда называют «дополненной реальностью».

К середине века все мы будем жить в настоящем, полностью функционирующем кибермире, в котором объекты мира реального смешаны с компьютерными изображениями. В связи с этим резко изменятся, вероятно, представление человека о рабочем месте, торговля, развлечения и образ жизни. Дополненная реальность повлияет и на рынок. Первым коммерческим приложением как раз и станет возможность делать реальные объекты невидимыми или, наоборот, делать невидимое видимым.

К примеру, если вы пилот или водитель, вы сможете видеть одновременно на 360° вокруг себя; мало того, вы будете видеть то, что находится у вас под ногами, поскольку очки или линзы позволят взгляду проникать сквозь стены самолета или автомобиля. Исчезнут «слепые» зоны, из-за которых происходит так много аварий и гибнут люди. Во время воздушного боя пилот будет видеть вражеские самолеты, где бы они ни находились, даже под собой, как если бы его самолет был полностью прозрачен. Водители тоже будут видеть всю обстановку вокруг, поскольку крошечные камеры подадут на их контактные линзы полное панорамное изображение.

Это пригодится и астронавтам, работающим на наружной поверхности космического корабля; они смогут видеть сквозь стены, перегородки и корпус своего корабля. В какой-то момент такая технология может оказаться спасительной. Если вы занимаетесь ремонтом подземных коммуникаций, прибор покажет вам, как в точности соединяются все эти провода, трубы, краны и переключатели. Это может оказаться жизненно важным в случае взрыва газа или прорыва трубы с паром, когда скрытые в стенах трубы необходимо быстро отремонтировать или переключить.

Если вы геолог, вы сможете видеть сквозь толщу земли подземные запасы воды или нефти. Снимки исследуемой территории в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, сделанные со спутников и самолетов, компьютер обработает и подаст на ваши линзы вместе с трехмерным анализом площадки и всего, что скрыто под ее поверхностью. Проходя по безжизненному ландшафту, в линзах вы будете «видеть» залежи ценных минералов.

Вы сможете не только делать реальные объекты невидимыми, но и наоборот — «проявлять» и делать видимым невидимое.

Если вы архитектор, вы сможете, не выходя из пустой комнаты, «увидеть» перед собой трехмерное изображение проектируемого здания. Вы сможете «пройтись» по его внутренним помещениям, и ваши чертежи «оживут». Дизайнер, пройдя по пустым комнатам, сможет увидеть только еще задуманные интерьеры с мебелью, коврами и украшениями на стенах; То же сможет сделать и заказчик проекта. Такая экскурсия поможет, прежде чем воплощать проект, визуализировать его и убедиться, что он полностью соответствует его пожеланиям.

Просто взмахнув руками, дизайнер сможет создавать новые комнаты, стены и мебель. В дополненной реальности каждый станет волшебником; взмахни палочкой — и сотвори все что твоей душе угодно.

Дополненная реальность: революция в туризме, искусстве, шопинге и войне

Вы видите, что дополненная реальность потенциально может оказать и на торговую, и на производственную сферу огромное влияние. При помощи дополненной реальности можно облегчить выполнение и улучшить результат буквально любой работы. К тому же эта технология невероятным образом обогатит нашу жизнь, развлечения и вообще человеческое общество.

К примеру, в музее можно будет переходить от экспоната к экспонату под руководством виртуального гида, который подробно расскажет вам о самых интересных объектах; этот же «гид» при помощи контактной линзы дополнит экспонаты в витринах интересными видеороликами и другими материалами. Вам покажут полную реконструкцию зданий и памятников во всем их величии, а заодно позабавят историческими анекдотами. Римскую империю, к примеру, вы «увидите» не в виде сломанных колонн и заросших сорняками развалин, а как будто возрожденную; сможете побродить по форуму, услышите комментарии специалистов, получите любую информацию.

Ученые Пекинского технологического института уже делают первые шаги в этом направлении. Они воссоздали в киберпространстве легендарный Юаньминюань — Сад совершенной ясности, уничтоженный франко-британскими войсками во время Второй опиумной войны 1860 г. До наших дней от этого знаменитого ансамбля остались одни руины. Но если вы посмотрите на развалины со специальной платформы, вы увидите перед собой сад во всем его великолепии. В будущем такие зрелища станут привычными.

Еще более продвинутую систему — пешую экскурсию по швейцарскому городу Базелю — создал изобретатель Николас Некке (Nikolas Neecke). Вы надеваете специальные очки и гуляете по улочкам древнего города; при этом одновременно с реальным изображением вы видите трехмерные изображен древних здании и даже людей. Турист вполне может вообразить себя путешественником во времени. Компьютер сам определяет ваше местонахождение и показывает вам через очки картины древних времен, как будто вы перенеслись в Средневековье. Сегодня для того, чтобы эта система работала, вам придется надеть большие очки и нести на себе тяжелый рюкзак с GPS-оборудованием и компьютерами. Завтра все это свободно уместится в контактных линзах.

Если в чужой стране вам доведется водить машину, то в контактной линзе все приборы и надписи на панели управления вы будете видеть на своем, а не на местном языке, так что вам не придется опускать взгляд, чтобы что-то увидеть. Вы будете видеть и дорожные знаки, и, если захотите, описания близлежащих объектов, таких как туристические достопримечательности. Перевод дорожных знаков и объявлений также не составит труда.

Турист, путешествующий пешком, сможет в любой момент узнать не только свое положение в чужой стране, но и названия всех местных растений и животных, сможет взглянуть на карту и узнать прогноз погоды. Увидит он и тропинки, скрытые растительностью, и места стоянок.

Человек, занятый поисками подходящего жилья, проходя или проезжая в машине по улице, увидит окрест дома и квартиры, выставленные на продажу или сдающиеся внаем. Его линза покажет стоимость квартиры или дома, наличие удобств и т. п.

Взглянув на ночное небо, вы увидите не только звезды и созвездия, но и границы между ними, как в планетарии, и названия звезд — и все это на фоне настоящего неба. Вы увидите, где находятся на небе галактики, далекие черные дыры и другие интересные астрономические объекты, сможете скачать лекции на заинтересовавшую тему.

Дополненная реальность не только даст вам возможность видеть сквозь непрозрачные объекты и посещать экзотические места; она придет на помощь, если вам срочно потребуется какая-то специализированная информация.

К примеру, если вы актер, музыкант или еще кто-то, кому приходится заучивать наизусть большие объемы информации в будущем вы будете видеть перед собой все необходимый текст, ноты, программу, хронометраж спектакля и т. п. Вам не потребуются ни телесуфлер, ни карточки-шпаргалки, ни бумажные ноты, ни специальные пометки с напоминаниями Вам вообще не придется больше ничего заучивать наизусть.

Вот еще несколько примеров.

•Если вы студент и пропустили лекцию, вы сможете скачать и просмотреть лекции виртуальных профессоров по любому предмету. Технология дистанционного присутствия сделает так, что образ реального профессора появится перед вами и ответит на все ваши вопросы. Вы также сможете увидеть в своей линзе демонстрацию различных экспериментов, видео и т. п.

•Если вы солдат в поле, специальные очки или шлем обеспечат вас самой последней информацией, картами, схемами расположения частей противника и направлений вражеского огня, последними приказами и инструкциями командования и т. п. Во время перестрелки, когда вокруг свистят пули, вы сможете видеть позиции противника сквозь препятствия и детали рельефа, поскольку беспилотные самолеты-разведчики сверху рассмотрят и зарегистрируют их.

•Если вы хирург, занятый тонкой и срочной операцией, вы сможете видеть пациента насквозь (при помощи портативного MPT-аппарата и датчиков, запущенных внутрь его тела). Кроме того, вы сможете в любой момент просмотреть справочные материалы, медицинские записи и видеозаписи предыдущих операций.

•Играя в видеоигру, вы сможете при помощи своей контактной линзы погрузиться в киберпространство. Находясь в пустой комнате, вы будете видеть идеальные трехмерные изображения всех своих друзей и путешествовать по какой-то незнакомой местности, готовясь к схватке с воображаемыми инопланетянами. Вы будете ощущать себя на поле боя чужой планеты, где вокруг вас и ваших товарищей по оружию сверкают боевые лучи инопланетного оружия.

•Если вам захочется уточнить какие-то спортивные данные или статистику выступлений определенного спортсмена, информация мгновенно появится на вашей контактной линзе.

Это означает, что человеку уже не будут нужны ни сотовый телефон, ни часы, комнатные или наручные, ни МРЗ-плеер. Все иконки различных гаджетов, которыми вы прежде пользовались, отобразятся на вашей линзе, и компьютер обеспечит вам доступ к этим приборам в любое время. Таким образом можно будет звонить по телефону, посещать музыкальные сайты и т. п. Дополненная реальность возьмет на себя функции большей части домашней техники.

Среди ученых, раздвигающих рамки дополненной реальности, можно назвать Пэтти Маес (Pattie Maes) из медиалаборатории MIT. Вместо того чтобы использовать особые контактные линзы или очки, она планирует проецировать экран компьютера на обычные объекты окружающего мира. Ее проект под названием SixthSense («Шестое чувство») предусматривает ношение крохотной камеры и проектора на шее в виде своеобразного медальона, способного проецировать изображение компьютерного экрана на любой подходящий предмет, к примеру на стол или стену. Нажатие воображаемых клавиш позволит активировать компьютер, в точности как если бы вы печатали на настоящей клавиатуре. А поскольку экран компьютера можно спроецировать на любую ровную и твердую поверхность, одновременно в такие экраны можно будет превратить сотни самых разных предметов.

Кроме того, человек, пользующийся этой системой, надевает на пальцы особые пластиковые наперстки. Движения пальцев становятся командами, результат выполнения которых появляется на импровизированном экране. К примеру, вы сможете рисовать на экране движениями пальцев; сможете пользоваться пальцами вместо мышки и управлять движением курсора. А стоит сложить пальцы обеих рук «домиком», активируется цифровая камера, и вы сможете заснять все что захотите.

Это означает также, что во время похода по магазинам ваш компьютер будет сканировать продукты, считывать информацию с упаковки и выдавать вам ее в удобном виде: это может быть полный состав продукта, калорийность (т. е. все, что написано на упаковке даже самым мелким шрифтом), а также отзывы других потребителей. А поскольку соответствующие микросхемы будут стоить дешевле, чем наклейки со штрихкодами, каждый коммерческий продукт будет снабжен собственной разумной биркой, которую сможет без труда прочесть ваш компьютер.

Еще одним приложением дополненной реальности может стать рентгеновское зрение, очень похожее на то, которым обладал Супермен в комиксах. Ученые предполагают использовать здесь процесс, известный как обратное рассеяние рентгеновских лучей. Если получится, то при помощи очков или контактных линз, чувствительных к рентгеновскому излучению, вы, подобно героям комиксов, сможете видеть сквозь стены и другие непрозрачные объекты. Каждый ребенок, впервые познакомившись с комиксами про Супермена, мечтает стать «быстрее выпущенной пули и сильнее локомотива». Тысячи детей кутаются в плащи, прыгают с подоконников, пытаясь взлететь, и приписывают себе возможность видеть сквозь стены. Тем не менее рентгеновское зрение — не плод воображения, оно вполне может стать реальностью.

Конечно, использование обычных рентгеновских лучей вызвало бы множество проблем. Во-первых, чтобы получить изображение, вам надо поместить позади объекта специальную пленку, облучить его, а затем эту пленку проявить. Однако обратное рассеяние позволяет решить эту проблему. Рентгеновские лучи испускаются специальным слабым источником и наполняют всю комнату; они отражаются от стен и пронизывают интересующие вас объекты с обратной стороны. Ваши очки воспринимают именно эти отраженные лучи, прошедшие сквозь объект. Изображение в них по качеству может быть ничуть не хуже, чем подобные рисунки в комиксах. (А увеличение чувствительности очков поможет снизить интенсивность рентгеновского излучения и, соответственно, минимизировать риск для здоровья.)

Зададимся, однако, вопросом: как долго еще продлится компьютерная революция? Если закон Мура продержится еще лет пятьдесят, то компьютеры, скорее всего, намного превзойдут по возможностям человеческий мозг. Но к середине века возникнет другая динамика. Как сказал Джордж Харрисон, «все проходит». И е действие закона Мура должно прекратиться, а с ним — впечатляющий рост компьютерных мощностей, питавший последние полвека рост мировой экономики.

Сегодня нам кажется естественным — и даже закономерным, — что возможности продуктов компьютерной отрасли растут практически на глазах. Именно поэтому мы каждый год покупаем новые модели, зная, что они почти в два раза мощнее прошлогодних. Но если закон Мура перестанет действовать и каждое следующее поколение компьютеров будет примерно таким же, как предыдущее, то зачем покупать новые компьютеры?

И вообще, процессоры сейчас внедряются в самые разные предметы и приборы, и у многих людей просто не будет необходимости в домашнем компьютере. Последствия для экономики в целом могут быть поистине катастрофическими. Перестанут работать целые отрасли, миллионы людей могут потерять работу, в экономике возникнет неуправляемый хаос.

В прошлом физики не раз указывали на неизбежный конец закона Мура, но промышленники традиционно отмахивались от наших предупреждений и говорили, что ученые, как мальчик из басни, все время кричат «Волк! Волк!». Крах закона Мура так часто предсказывали, говорили они, что мы уже ничему не верим.

Но теперь все иначе.

Два года назад я выступал перед сотрудниками Microsoft в штаб-квартире компании в Сиэтле, штат Вашингтон. Три тысячи лучших инженеров компании, собравшиеся в зале, ждали от меня откровений о будущем компьютеров и телекоммуникаций. В этой огромной аудитории я видел лица молодых инженеров-энтузиастов; именно эти люди создают программы, работающие потом в наших настольных и портативных компьютерах. В отношении закона Мура я сказал прямо: отрасли следует готовиться к этому краху. Лет десять назад мои слова, наверное, были бы встречены смехом и шутками. Но на этот раз я видел перед собой лишь серьезные лица и согласные кивки.

Крах закона Мура — вопрос глобального значения; на кон здесь ставятся триллионы долларов. Но как в точности закончится действие этого закона и что именно его заменит, определят законы природы. Получается, что очень скоро ответы на чисто физические вопросы потрясут основы экономической структуры капитализма.

Чтобы разобраться в этой ситуации, важно осознать, что всеми невероятными свершениями компьютерной революции мы обязаны нескольким физическим принципам. Во-первых, компьютеры считают с такой поразительной быстротой потому, что электрические сигналы движутся по проводам со скоростью, близкой к скорости света — абсолютному пределу для любой скорости во Вселенной. За секунду луч света способен семь раз обогнуть Землю или долететь до Луны. Кроме того, электроны несложно двигать, поскольку они не слишком прочно держатся в атоме (мы легко сдвигаем их с места, расчесывая волосы, проходя по ковру или стирая, — именно так накапливается статическое электричество). Сочетание не слишком прочных связей и молниеносной скорости позволяет нам стремительно посылать по проводам электрические сигналы, что, собственно, и породило электрическую революцию прошлого века.

Во-вторых, количество информации, которую можно передать при помощи лазерного луча, практически ничем не ограничено. Световые волны колеблются во много раз быстрее звуковых и могут нести на себе гораздо больше информации, чем звук. (Представьте, к примеру, длинную натянутую веревку, по которой с одного конца пускают волны. Чем быстрее двигается этот конец, тем больше сигналов умещается на веревке. Поэтому количество информации, которую можно передать при помощи волны, тем больше, чем быстрее она колеблется, т. е. Чем больше ее частота.)

Свет — это волна, у которой на одну секунду приходится примерно 1014 циклов (1014— это единица с четырнадцатью нулями). Для передачи одного бита информации (1 или 0) требуется много циклов. Это значит, что оптическое волокно может нести на одной частоте примерно 1011 бит информации. И это число можно еще увеличить, поместив в одно волокно несколько сигналов на разных частотах, а затем связав оптические волокна в единый кабель. Все это означает, что, увеличивая число каналов в кабеле, а затем и число кабелей, можно передавать информацию в почти неограниченных количествах.

В-третьих — и это самое главное, — основой компьютерной революции является миниатюризация транзисторов. Транзистор — это ключ, или управляющий элемент, контролирующий поток электричества. Если сравнить электрический контур с водопроводом, то транзистор — это кран, управляющий потоком воды. Точно так же как простым поворотом ручки крана можно перекрыть сильный поток воды, небольшой электрический ток на управляющем входе транзистора может управлять гораздо более сильным током основной цепи и таким образом усиливаться.

Сердце этой революции — компьютерный чип, электронная микросхема, где на кремниевой подложке размером с ноготь могут разместиться сотни миллионов транзисторов. Внутри любого современного компьютера есть микросхемы, транзисторы на которых можно разглядеть только в микроскоп. Эти невероятно крошечные транзисторы создаются примерно так же, как рисунки на футболках.

Чтобы напечатать рисунок на тысячах футболок, сначала необходимо создать шаблон с контуром этого рисунка. Затем этот шаблон накладывают на футболку и брызгают сверху краской в виде спрея. Краска попадает на ткань только в тех местах, где на шаблоне имеются прорези. Затем шаблон убирают, и на футболке остается идеальная копия рисунка.

Точно так же при производстве микросхем сначала изготавливается шаблон, содержащий сложные контуры миллионов транзисторов. Шаблон помещается на многослойную светочувствительную кремниевую пластину. Затем на шаблон и пластину направляют ультрафиолетовый луч; излучение проникает сквозь прорези в шаблоне и действует на кремниевую пластину.

После этого подложку опускают в кислоту, вытравливая контуры схем и создавая хитрый рисунок миллионов транзисторов. Поскольку пластина состоит из множества проводящих и полупроводящих слоев, кислота проникает на разную глубину и вытравливает в ней различные формы; таким образом можно создавать невероятно сложные электронные схемы.

Закон Мура так неустанно обеспечивал нам экспоненциальный рост мощности компьютеров, в частности, потому, что производители микросхем, отрабатывая технологию, постепенно уменьшали длину волны УФ-излучения, что позволяло им вытравливать на кремниевых пластинках все более и более крошечные транзисторы. Длину волны УФ-излучения можно довести до 10 нм (нанометр — это одна миллиардная часть метра), и самый маленький транзистор, который можно вытравить на подложке таким способом, будет около тридцати атомов в поперечнике.

Но этот процесс не может продолжаться до бесконечности. В какой-то момент мы столкнемся с тем, что вытравить таким способом транзистор размером с один атом физически невозможно. Можно даже прикинуть, когда приблизительно рухнет закон Мура: в тот момент, когда дальнейшая миниатюризация потребует делать транзисторы размером с отдельный атом.

Около 2020 г. или чуть позже закон Мура постепенно перестанет действовать; если не будет найдена новая технология, способная заменить нынешнюю и обеспечить дальнейший прогресс, Кремниевой долине грозит медленное превращение в очередной «ржавый пояс». Согласно законам природы со временем Кремниевая эра закончится и начнется Посткремниевая. Транзисторы станут такими маленькими, что на сцену выйдут квантовая теория или атомная физика — и электроны начнут уходить с проводников и просачиваться куда не положено.

К примеру, представьте, что толщина тончайшего полупроводникового слоя в вашем компьютере достигнет пяти атомов. Этот момент, по законам природы в дело вступит квантовая теория. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что невозможно точно знать одновременно положение и скорость частицы. На первый взгляд такой принцип кажется непонятным, но на атомном уровне просто невозможно определить, где в точности находится электрон, а потому никак нельзя гарантировать, что он не выйдет за пределы ультратонкой проволоки или слоя; он непременно просочится оттуда наружу и вызовет короткое замыкание.

Мы обсудим все это более подробно в главе 4, когда речь пойдет о нанотехнологиях. Пока же предположим, что физики нашли подходящую замену кремнию, но мощность компьютеров в новых условиях растет значительно медленнее, чем раньше. Скорее всего, экспоненциальный рост продолжится, но время удвоения мощности составит не 18 месяцев, а по крайней мере несколько лет.