Физика будущего

Стремительный рост вычислительных мощностей к 2100 г. обеспечит нам едва ли не божественное могущество и позволит управлять окружающей действительностью при помощи одной только силы мысли. Подобно мифическим богам, которые умели мановением руки или легким кивком головы двигать предметы и изменять человеческую жизнь, мы научимся воздействовать на вещественный мир силой своего сознания. Мы будем поддерживать постоянный мысленный контакт с электронными чипами, разбросанными повсюду в нашем окружении, и эти молчаливые слуги будут улавливать и безотказно исполнять наши мысленные приказы.

Помню, когда-то я смотрел эпизод «Звездного пути», где экипаж звездолета «Энтерпрайз» попадает на планету, населенную греческими богами, и перед астронавтами возникает бог Аполлон – гигантская фигура, способная ослепить и ошеломить земной экипаж божественными чудесами. Поначалу наука XXIII в. ничего не может противопоставить могуществу бога, который тысячи лет назад повелевал небесами античной Греции. Но стоило землянам побороть шок от встречи с греческими богами – такими знакомыми и могущественными, – как они поняли, что у могущества этих существ должен быть вполне материальный источник и что Аполлон, скорее всего, находится в ментальной связи с центральным компьютером и мощными механизмами, которые, собственно, и исполняют его приказы. Как только экипаж нашел и уничтожил силовую станцию, Аполлон превратился в обычного смертного.

Это, конечно, всего лишь голливудская сказка. Однако экстраполируя последние научные открытия и технические достижения, ученые уже могут представить себе тот день, когда мы тоже научимся телепатически управлять компьютерами и получим силу легендарного Аполлона.

Ближайшее будущее (с настоящего момента до 2030 г.)

Интернет-очки и контактные линзы

Сегодня мы поддерживаем связь с Интернетом при помощи компьютеров и сотовых телефонов. Но в будущем Интернет будет повсюду.

Существует несколько способов вывести связь с Интернетом на линзу. Изображение может передаваться со стекол очков через линзу глаза непосредственно на сетчатку. Можно также проецировать изображение на линзу, которая в этом случае будет играть роль экрана. Или можно прикрепить экран к оправе очков наподобие крохотной линзы, какими пользуются ювелиры. Глядя сквозь стекла очков, мы будем, будто на киноэкране, видеть перед собой интернет-экран. При этом устройство дистанционного управления в руках позволит нам управлять действиями компьютера по беспроводной связи. А можно просто шевелить пальцами в воздухе и таким образом управлять изображением – ведь компьютер постоянно регистрирует положение наших пальцев.

К примеру, ученые Вашингтонского университета с 1991 г. занимаются разработкой виртуального ретинального монитора VRD (virtual retinal display) – устройства, в котором красный, зеленый и синий лазерные лучи проецируются непосредственно на сетчатку глаза. При разрешении 1600 × 1200 точек на дюйм и угле зрения 120° VRD-монитор может создавать яркое жизненное изображение, сравнимое с картинкой на киноэкране. Устройство для генерации изображения может быть встроено в шлем, в специальные или обычные очки.

У меня еще в 1990-е гг. была возможность испытать на себе такие интернет-очки, один из первых их образцов, разработанных учеными медиалаборатории Массачусетского технологического института (MIT). Внешне этот прибор выглядел как обычные очки, только справа и немного сбоку на них была закреплена дополнительная цилиндрическая линза длиной около полудюйма. При обычном положении этой дополнительной линзы я прекрасно видел сквозь очки, но стоило слегка нажать пальцем – и крохотная линза занимала место перед глазом. При этом передо мной появлялось легко различимое изображение компьютерного экрана, на взгляд чуть меньше стандартного. Оно было удивительно четким; казалось, что смотришь прямо в экран. Более того, взяв в руки небольшое – размером с сотовый телефон – устройство с кнопками, я получил возможность управлять курсором на экране и даже печатать команды.

В 2010 г., когда я был ведущим одной из программ телеканала Science Channel, мне довелось побывать в форте Беннингс (штат Джорджия) и увидеть последнюю модель «Интернета для поля боя» армии США под названием «Пехотинец». Я надел особый шлем с закрепленным сбоку миниатюрным экранчиком. Передвинув экран так, чтобы он оказался перед глазами, я внезапно увидел поразительное зрелище: панораму поля битвы, на которой крестиками было обозначено расположение своих и вражеских войск. «Туман войны» внезапно рассеялся, GPS-сенсоры точно определили положение воинских частей, танков и зданий и обозначили на схеме местности. Стоило нажать кнопку – и изображение мгновенно изменилось, открыв мне прямо на поле боя выход в Интернет и предоставив информацию о погоде, диспозиции войск, стратегии и тактике.

В более продвинутой версии прибора интернет-экран мог бы проецироваться непосредственно в глаз через контактные линзы со встроенным в пластик чипом и LCD-экраном. Бабак Парвиз (Babak A. Parviz) и его группа в Университете Вашингтона в Сиэтле разрабатывают базу для создания контактных линз с Интернетом; пока это лишь прототип, но позже такая технология, возможно, изменит обычную технику доступа в Интернет.

Парвиз считает, что одним из ближайших по времени приложений этой технологии могло бы стать устройство для постоянного контроля уровня глюкозы в крови диабетиков. Линза будет демонстрировать вам текущие значения параметров, характеризующих состояние вашего организма. Но это лишь начало. Парвиз уверен, что наступит день, когда мы сможем загружать из Интернета любые фильмы, песни, сайты или информационные сообщения и видеть их на контактной линзе-экране. По существу, линза станет экраном полнофункционального развлекательного центра, и можно будет лежа на диване наслаждаться художественными фильмами. Через этот же центр можно будет подключиться к офисному компьютеру и получить доступ к хранящимся там файлам и программам. Достаточно будет моргнуть глазом, чтобы прямо с пляжа связаться с офисом и организовать видеоконференцию.

Добавив в интернет-очки программное обеспечение для распознавания образов, вы получите возможность видеть перед собой объекты и даже лица людей. Уже сегодня некоторые программы распознавания могут узнавать заранее введенные в них лица с более чем 90 %-ной точностью. И тогда уже в начале разговора вы увидите перед собой не только имя человека, но и его биографию и характеристику. В обществе это поможет избежать неловкости при встрече со знакомым человеком, имени которого вы вспомнить не можете. На многолюдной вечеринке, где собираются малознакомые или вовсе не знакомые между собой люди, эта функция станет еще более полезной, ведь среди гостей могут оказаться очень важные персоны, с которыми вы пока не знакомы. Описанная система поможет вам узнать их в лицо и получить о них кое-какую информацию, не прибегая к посторонней помощи, практически во время разговора. (Вспомните, как видел мир робот в фильме «Терминатор»; примерно так же будет видеть окружающее человек в интернет-очках будущего.)

Как следствие, может кардинально измениться система образования. В будущем учащиеся на экзамене смогут незаметно сканировать Интернет при помощи контактных линз и находить там ответы на любые вопросы; учителям, ориентирующимся в основном на механическое запоминание, будет трудно поймать такого ученика. Это означает, что преподавателям придется обращать особое внимание на проверку способности рассуждать и мыслить логически.

А еще можно встроить в оправу ваших интернет-очков, к примеру, крошечную видеокамеру, которая будет снимать окружающее и передавать картинку прямо в Интернет. Люди по всему миру смогут вместе с вами переживать происходящее в вашей жизни. На что бы вы ни смотрели, тысячи людей смогут увидеть это вместе с вами. Родители будут знать, чем заняты их дети. Влюбленные смогут, находясь в разлуке, делиться впечатлениями. Зрители на концертах – передавать свой восторг другим поклонникам любимых артистов. Инспекторы, посещающие отдаленные подразделения компании, смогут держать босса в курсе происходящего. (Или житейский пример: один из супругов ходит по магазину, а другой комментирует товары и выдает ценные указания по поводу покупок.)

Парвизу уже удалось изготовить плоский компьютерный чип, который можно разместить внутри полимерной пленки – контактной линзы. Он сумел также поместить в контактную линзу светодиод и теперь работает над линзой с матрицей 8 × 8 светодиодов. Его линзой можно управлять по беспроводной связи. Парвиз утверждает: «Со временем подобные компоненты будут содержать сотни светодиодов, которые будут формировать перед глазом всевозможные изображения – тексты, диаграммы и фотографии. Значительная часть деталей полупрозрачна, так что пользователи смогут ориентироваться в реальном мире, не натыкаясь на предметы и не теряя чувства ориентации». Конечная цель исследователя – а она по-прежнему далека – создать контактную линзу из 3600 точек не более 10 мкм толщиной.

Одно из серьезных преимуществ контактных интернет-линз – низкое энергопотребление, всего несколько миллионных долей ватта, так что они очень экономны и не посадят батарейку. Еще одно преимущество – непосредственный доступ к мозгу человека без необходимости вживлять электроды (поскольку оптический нерв в определенном смысле можно считать продолжением мозга). При этом следует отметить, что глаз и оптический нерв передают информацию со скоростью, превосходящей скорость высокоскоростного кабельного соединения с Интернетом. Таким образом, контактная интернет-линза представляет собой, возможно, наиболее эффективный и высокоскоростной доступ к мозгу.

Передать изображение в глаз через контактную линзу несколько сложнее, чем через интернет-очки. Светодиод может сгенерировать световую точку, или пиксел, но необходимо добавить еще микролинзу, которая сфокусировала бы эту точку непосредственно на сетчатку. Получившееся в итоге изображение будет как бы висеть в воздухе перед вашими глазами на расстоянии немного более полуметра. В более продвинутой схеме, над которой сейчас работает Парвиз, предполагается использовать микролазеры, чтобы подать на сетчатку сразу резкое изображение. При помощи той же технологии травления, которая используется при производстве микропроцессоров для вытравливания крохотных транзисторов, можно вытравить на кремниевой подложке и крохотные лазеры примерно такого же размера – самые миниатюрные лазеры в мире. Технология в принципе позволяет изготовить лазеры с поперечным размером около 100 атомов. Как и с транзисторами, технически можно поместить на подложку размером с ноготь миллионы лазеров.

Автомобиль без водителя

В ближайшем будущем, вероятно, человек получит возможность, сидя за рулем, спокойно бродить по Сети и рассматривать сайты при помощи контактной интернет-линзы или интернет-очков. Дорога на работу перестанет быть такой мучительной и нудной, потому что автомобили научатся управлять собой сами. Уже сегодня машина с GPS-приемником, позволяющим определить положение в пространстве с точностью до пары метров, может проехать без водителя сотни километров. Агентство перспективных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA) спонсировало конкурс под названием DARPA Grand Challenge, в котором научным коллективам предлагалось представить автомобили без водителя на гонку через пустыню Мохаве; за победу полагался приз – миллион долларов. Так DARPA продолжает традицию финансирования рискованных, но перспективных технологий.

(Кстати, в числе исследовательских проектов Пентагона можно назвать и Интернет, первоначальной целью которого было обеспечение связи для ученых и чиновников во время и после ядерной войны, и систему GPS, разработанную для наведения межконтинентальных ракет. Но позже, после завершения холодной войны, и Интернет, и GPS были рассекречены и стали общедоступными.)

Первый конкурс в 2004 г. получился странным – ни один автомобиль без водителя не смог проехать 150 миль по пересеченной местности и пересечь финишную линию. Все роботизированные машины либо сломались, либо сбились с пути. Однако уже в следующем году пять машин сумели выполнить новое задание, даже более сложное: им нужно было проехать по дорогам, где было 100 крутых поворотов, три узких тоннеля и участки, проходящие по краю пропасти.

Некоторые критики утверждают, что роботизированные автомобили научатся, возможно, ездить по пустыне, но никогда не смогут нормально ориентироваться в забитом машинами мегаполисе. Поэтому в 2007 г. DARPA объявило еще более амбициозный проект – Urban Challenge, в котором машины-роботы должны были проехать 60 сложных миль по имитированной городской территории не больше чем за шесть часов. Машины должны были соблюдать все правила дорожного движения, разъезжаться в пути с другими участниками конкурса и корректно проезжать перекрестки. Шесть команд успешно завершили дистанцию, а три лучшие получили призы – соответственно два, один и полмиллиона долларов.

Цель Пентагона – сделать треть сухопутных сил США автономными к 2015 г. Вполне возможно, что такие технологии спасут множество жизней, ведь известно, что чаще всего американские солдаты гибнут от заложенных на дорогах мин. В будущем многие транспортные средства армии США будут ездить вообще без водителей. Для обычного же потребителя такая технология будет означать, что для управления автомобилем достаточно нажать кнопку, а остальное сделает робот; человек «за рулем» сможет работать, отдыхать, рассматривать окружающие пейзажи, смотреть кино или бродить по Интернету.

На съемках одной из научно-популярных программ для канала «Дискавери» мне и самому довелось поездить в такой машине. Это был обтекаемый спортивный автомобиль, модифицированный и полностью роботизированный инженерами из Университета штата Северная Каролина. Он был снабжен компьютерами, по мощности в восемь раз превосходящими обычный PC, и умел ездить совершенно автономно. Надо сказать, что втиснуться внутрь этой машины оказалось непросто – слишком там все было забито оборудованием. Везде – на сиденьях, на панели управления, на полу – громоздились какие-то сложные на вид электронные устройства. Взявшись за рулевое колесо, я заметил резиновый шнур и небольшой моторчик, при помощи которого компьютер мог, собственно, поворачивать руль и управлять машиной.

Я повернул ключ в замке, надавил на газ и вывел машину на шоссе, а затем щелкнул переключателем, давая команду компьютеру взять управление на себя. После этого я снял руки с рулевого колеса, и автомобиль поехал дальше сам. Я ощущал уверенность и полностью доверял компьютеру, который непрерывно вносил крохотные поправки и чуть доворачивал руль при помощи моторчика. Поначалу было немного странно видеть, как рулевое колесо и педаль газа двигаются сами по себе. Казалось, что управление взял на себя призрачный невидимый водитель, который находится где-то рядом, но через некоторое время я привык. Более того, чуть позже я с удовольствием расслабился и только смотрел, как машина катит вперед со сверхчеловеческим мастерством и точностью. Мне же оставалось лишь радоваться жизни и рассматривать пейзажи за окном.

Сердце роботизированной машины – система GPS, позволяющая определить положение в пространстве с точностью до пары метров. (Специалисты утверждают, что иногда она определяет положение с точностью до десятков сантиметров^[2].) Сама по себе система GPS – чудо современной техники. Каждый из примерно 30 спутников системы, находящихся на околоземной орбите, ведет постоянную радиопередачу с использованием собственного кода. GPS-приемники в машине принимают эти сигналы. Все сигналы немного искажаются, поскольку спутники в этот момент находятся на разном расстоянии от вас и движутся относительно вас в разных направлениях. Это искажение называется допплеровским сдвигом. (К примеру, радиоволны сжимаются, если спутник приближается к вам, и растягиваются, если удаляется.) Проанализировав небольшое искажение частот сигналов^[3] от трех или четырех спутников, компьютер машины точно определяет нашу позицию.

Кроме того, в бампере у машины установлен радар, так что она буквально чувствует препятствия. В будущем подобные сенсоры приобретут громадное значение и каждый автомобиль, почувствовав неминуемое столкновение, автоматически примет меры. В настоящее время в автокатастрофах в США погибает почти 40 000 человек ежегодно. Не исключено, что в будущем выражения «дорожно-транспортное происшествие» и «автокатастрофа» просто исчезнут из языка.

Автомобильные пробки, возможно, когда-нибудь тоже уйдут в прошлое. Центральный компьютер сможет следить за движением всех машин на дороге и одновременно поддерживать связь со всеми роботизированными машинами. Он без труда заметит пробки и заторы на маршруте. В эксперименте, проведенном к северу от Сан-Диего на федеральном шоссе № 15, в дорожное полотно были встроены специальные датчики, позволявшие центральному процессору следить за ситуацией. В будущем в случае затора на дороге компьютер будет перехватывать у водителя управление автомобилем и обеспечивать свободное движение.

Автомобиль будущего научится чувствовать и другие опасности. Тысячи людей гибнут и получают травмы, потому что водитель уснул за рулем; особенно часто это происходит в ночное время или во время долгого монотонного пути. Но уже сегодня можно заставить компьютер следить за вашими глазами и регистрировать признаки утомления и сонливости, а затем подавать звуковой сигнал и будить водителя. Если это не поможет, компьютер возьмет управление на себя. Кроме того, компьютер может распознать присутствие внутри автомобиля избыточного количества алкоголя; не исключено, что такая мера поможет снизить количество аварий, связанных с алкоголем.

Переход к умным автомобилям, конечно, произойдет не мгновенно. Сначала военные внедрят их у себя и в процессе эксплуатации устранят ошибки и недоделки. Затем роботизированные машины выйдут на рынок и в первую очередь появятся на длинных и скучных перегонах федеральных трасс. Затем они понемногу проникнут в пригороды и крупные города, но в случае необходимости водитель будет иметь возможность взять управление на себя. Пройдет какое-то время, и люди будут удивляться, как раньше жили без них.

Экраны на четыре стены

В будущем компьютеры не только облегчат нам поездки на работу и сократят число аварий на дорогах; они также помогут нам поддерживать связь с друзьями и знакомыми. Сейчас некоторые жалуются, что компьютерная революция изолировала нас друг от друга и дегуманизировала человеческие отношения. На самом деле все наоборот: компьютерная революция позволила нам экспоненциально расширить круг друзей и знакомых. В будущем, когда человеку станет одиноко или скучно, он сможет попросить настенный экран организовать для него партию в бридж с другими одинокими людьми по всему свету. Если понадобится помощь в планировании отпуска, организации путешествия или поиске партнера для свидания, ее окажет все тот же настенный интернет-экран.

В будущем при включении компьютера на экране будет появляться дружелюбное лицо (вы сможете подбирать его по своему вкусу и время от времени менять). Этого виртуального человека можно будет попросить спланировать для вас отпуск. Он (или она, конечно), зная заранее ваши пристрастия и предпочтения, просканирует Интернет и выдаст вам возможные варианты по наилучшим ценам.

Кроме того, через настенные экраны можно будет устраивать семейные встречи и собрания. Все четыре стены вашей гостиной будут заняты экранами, и при желании вы сможете окружить себя лицами родных, находящихся далеко от вас. Может быть, кто-то не сможет приехать на важный семейный вечер – и тогда семья соберется на экранах и отметит встречу, наполовину реальную, наполовину виртуальную. Или при помощи контактных линз можно будет увидеть родных и близких перед собой как будто наяву, притом что на самом деле они в этот момент будут находиться от вас за тысячи километров. (Некоторые комментаторы отмечают, что Пентагон первоначально задумывал Интернет как «мужское» устройство – приспособление для борьбы с врагом в военное время. Но сейчас Интернет стал в основном «женским», он используется как средство сближения и общения с людьми.)

Телеконференции сменятся телеприсутствием – в ваших очках или контактных линзах появится полное трехмерное озвученное изображение человека, с которым вы хотите пообщаться. На совещании, к примеру, все будут сидеть за столом, при этом некоторые из участников будут видны только в вашей контактной интернет-линзе. Вынув линзу, вы увидите, что места этих людей за столом пусты. В линзе же вы будете видеть всех участников на местах. (На самом деле отсутствующие участники будут сидеть за похожим столом в другом месте, а специальная камера будет их снимать и передавать изображение через Интернет.)

В фильме «Звездные войны» зрители с изумлением увидели, как в воздухе появляются трехмерные изображения людей. Но в будущем компьютерные технологии позволят нам видеть подобные изображения в контактных линзах, очках или на компьютерных настенных экранах.

Поначалу человек, наверное, будет испытывать неловкость, разговаривая с пустой комнатой. Но вспомним: еще при появлении телефонов некоторые критиковали их за то, что человек при этом должен разговаривать с неодушевленным предметом. Люди опасались, что телефон постепенно полностью заменит собой личные контакты людей. В принципе, критики были правы, но сегодня нас нисколько не смущают разговоры с неодушевленными предметами и далекими голосами, потому что телефон чрезвычайно расширил наш круг контактов и обогатил нашу жизнь.

Ваша личная жизнь также может сильно измениться. Если вы одиноки, ваш интернет-экран, зная ваши прошлые предпочтения, желаемые физические и социальные характеристики партнера, найдет для вас в Интернете подходящую кандидатуру. А поскольку люди иногда лгут в своих личных данных, экран, в качестве дополнительной предосторожности, автоматически проверит историю каждого кандидата.