Книга Электрическая вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества - Дэвид Боданис

Одни порождения Тьюринга ускоряли появление на свет других. Последние компьютеры, которые мог целиком и полностью охватить умственным взором один-единственный человек, были построены, вероятно, в конце 1950-х. Если для разработки схемы соединений тысячи компьютерных переключателей вы еще могли использовать логарифмическую линейку и чертежные инструменты, то, когда речь заходила о миллионах переключателей компьютера более передового, логарифмической линейкой было уже не обойтись. Вместо нее вы обращались к компьютеру уже существующему, и он делал эту работу за вас. Так одни компьютеры начали порождать другие, обладавшие все большей и большей внутренней мощью.

В результате мы имеем теперь возможность детектировать столь малое количество электронов, что обрели способность видеть и слышать вещи, которые в прошлом были полностью недоступными нашему восприятию. И можем использовать нашу способность управлять этими электронами — наше понимание того, как они телепортируются и почти останавливаются, — для того, чтобы поставить себе на службу их огромную скорость и проворство. Дверь, за которой таилась древняя сила электричества, приоткрылась еще немного.

Присмотримся к тому, как работает навигационная система GPS. В сотнях километров над нашими головами, в передатчиках спутников GPS снуют туда-сюда электроны. Создаваемое ими подрагивающее силовое поле колеблется при каждом движении этих электронов, и колебания его распространяются, достигая нас, находящихся на Земле. Так посылается каждый из создаваемых GPS сигналов местоположения.

Волна, достигающая Земли, остается для нас невидимой и неслышимой — никто не может вглядеться в кружащие по своим орбитам спутники и увидеть, как приближается эта волна; никто не может навострить уши и услышать ее.

Наши барабанные перепонки состоят из атомов, вокруг ядер которых вращается огромное количество электронов. И в их сутолоке невидимые волны, поступающие от спутника системы GPS, попросту теряются. Даже если такая волна попадет в старомодную телеантенну, эффект получится очень незначительный: эти металлические прутья, выросшие в 1950-х на крышах домов, создают сколько-нибудь заметный сигнал, лишь когда в них движется в унисон множество — быть может, несколько триллионов — электронов. Антенны чувствительнее нашего уха, однако поступающая от спутника волна сдвинуть с места такое количество электронов не может.

А вот когда эти легкие колебания поступают из космоса на наш GPS-приемник, происходит нечто совсем иное — нечто ставшее возможным благодаря усилиям инженеров «Белл», показавших, как можно подобраться к квантовому миру и управлять им. Поступающая волна, сколь бы слабой она ни была, приводит в движение очень малое число электронов, однако электроны эти направляются в одну из особых рудных жил. И кремний, в который они попадают, преобразуется: теперь это уже не прежнее по-пуритански строгое, неодобрительно взирающее на мир вещество из разряда «мимо меня не проскочишь». Нет, теперь вперед бросаются его собственные электроны, подстегнутые крошечным всплеском входящего электрического тока. Внутренние полости кремния больше уже не выглядят мрачными и неприступными, они подключаются к делу и с легкостью передают отчетливый сигнал. И все — далекий спутник услышан.

Поступающая из космоса волна почти мгновенно стихает, и рудная жила приемника перекрывается. Однако миллиардную долю секунды спустя со спутника прилетает новый всплеск волны, и рудная жила оживает снова. Это повторяется всего какую-то сотню миллиардов раз или около того — и переданный спутником сигнал принимается полностью.

Какой-нибудь заблудившийся пешеход, скорее всего, обратится к своему устройству GPS, чтобы «услышать» спутник, находящийся в сотне километров над его головой, и отыскать тем самым дорогу к нужному ему новому офисному зданию. А попав в него, он может обратиться к другим устройствам, чтобы с их помощью пробежаться — чего уж проще? — по нескольким миллиардам источников информации, разбросанным по кремниевометаллическим запоминающим устройствам компьютеров мира. И это тоже во времена более ранние было делом немыслимым, ибо, хотя и существовала система хранения огромных количеств информации — система крупных библиотек мира, — хорошо обученные библиотекари тратили несколько месяцев даже на то, чтобы просмотреть лишь малую часть этой информации.

Происходило это потому, что традиционная информация сохранялась с помощью чернил, которыми пропитывались тонкие пластины модифицированной древесной кашицы, кои мы называем бумагой. Однако чернильная линия велика, а атомы малы. Взгляд библиотекаря, который просматривал содержимое книжных полок или даже микрофильмированный каталог этого содержимого, скользил по огромным твердым вместилищам электронов и иных субмикроскопических частиц — ибо именно таковыми и являются написанные либо напечатанные буквы, обладавшие колоссальной высотой в полсантиметра, а то и больше.

Поиск в Мировой паутине происходит гораздо быстрее. Вы нажимаете на клавишу ноутбука или карманного браузера, и длинные электронные туннели, кроющиеся в проводах, подведенных к этой клавише, приступают к охоте. С их точки зрения наши быстро пробегающиеся по клавишам кончики пальцев создают неловкие, тяжеловесно медленные тычки, так что времени для работы у них предостаточно. (Каждая клавиша обычного ноутбука в течение каждой секунды десятки раз опрашивается центральным процессором, и электроны постоянно рапортуют ему: «Попадания нет, попадания нет», пока наконец, о чудо, одна из клавиш, та, на которую мы нажали, не начинает медленно опускаться.)

Огромное число транзисторов нашего компьютера и тех, что соединены с ним, быстренько реконфигурируется, чтобы пропустить направляемый в Мировую паутину запрос об информации, их рудные вены мгновенно становятся проводящими, а после прохождения запроса вновь обращаются в неодолимые препятствия.

И начинается сканирование миллионов сетевых страниц: одни из них представляют собой суммарные справочные указатели, закодированные в центральных компьютерах поисковой машины, другие хранят эту информацию во множестве разбросанных по всему земному шару компьютерах. Вскоре наш запрос заставляет силовые поля привести в движение древние, но по-прежнему обладающие энергией электроны, сокрытые в тысячах, а там и миллионах страниц — нужная нам фраза сравнивается с содержимым этих страниц. Принимаются решения, которые направляются сквозь новые изготовленные из камня транзисторы, и наконец в наш компьютер начинают поступать результаты поиска. Разосланные во все стороны эмиссары докладывают о плодах своей работы, на наш экран направляется окончательный набор сигналов. И на экране вспыхивает ответ — итог всех этих причудливых квантовых полетов.

Все это происходит, пока наша рука тянется к ожидающей ее чашке кофе. Человечество веками жило отдельно от вечно взбудораженного внутреннего мира электронов. Теперь мы с ним соединились.

Однако на этом история электричества не заканчивается. Мы узнали, что электроны способны двигаться внутри провода, и это знание дало нам телеграф, телефоны, электрические лампочки и двигатели. Затем обнаружилась долго скрывавшаяся от нас вихревая сила, которая проталкивает электроны внутри проводов и способна даже совершать колебания, создавая волны, разлетающиеся от этих проводов в пространство. В итоге мы получили радио, радары, а в конечном счете и их миниатюрные версии — наши сотовые телефоны. Следом теоретики квантовой физики установили, что электроны способны телепортироваться, совершая огромные, рискованные скачки, что их можно даже словно бы останавливать, когда они попадают в низкоэнергетические состояния, — результатом этого открытия стали затаившиеся в твердом камне переключатели и изменившие нашу жизнь компьютеры. Однако за пределами этой технологии лежит еще кое-что, играющее в нашей жизни роль даже более важную, и это кое-что теснейшим образом связано с просуществовавшими многие миллиарды лет электрическими зарядами.