Мир в ореховой скорлупке - Стивен Хокинг

Мне хотелось бы поставить под сомнение эту картину и спросить, достигнем ли мы когда-нибудь стабильного конечного состояния в науке и технике. За те десять или около того тысяч лет, что прошли с последнего ледникового периода, человеческая раса никогда не останавливалась на постоянном уровне знаний и неизменных технологиях. Была задержка в Средние века после падения Римской империи. Но численность населения Земли, которая служит мерой технологической способности сохранить жизнь и прокормить себя, устойчиво росла лишь с небольшими откатами, вроде того, что вызвала Черная смерть[17] (рис. 6.1).

Рис. 6.1 Рост населения Земли

В последние 200 лет рост населения стал экспоненциальным; это значит, что относительный годовой прирост, выраженный в процентах, остается неизменным. Сейчас он составляет 1,9 % в год. Может показаться, что это немного, однако при таких темпах мировое население удваивается каждые 40 лет (рис. 6.2).

Рис 6.2

Слева: Общемировое потребление электроэнергии (тонна BCU — эквивалентная тонна битуминозного угля, 1 тонна BCU = 8,13 МВтч).

Справа: Количество (тыс.) ежегодно публикуемых научных статей. В 1900 г. опубликовано около 9 тыс статей. К 1950 г. их стало появляться около 90 тыс., а к 2000 г. — около 900 тыс.

Другими индикаторами технического прогресса в последнее время служат потребление электроэнергии и количество научных публикаций. Они тоже демонстрируют экспоненциальный рост с периодом удвоения меньше 40 лет. Нет никаких признаков того, что научное и техническое развитие замедлится или остановится в скором будущем — и уж, конечно, этого не случится до эпохи «Звездного пути», которая не за горами. Но если население Земли и его потребности в электроэнергии продолжат расти нынешними темпами, к 2600 г. люди заполнят всю планету, так что поместятся на ней только стоя плечом к плечу, а электричество разогреет ее до красного свечения.

Если вы будете ставить друг за другом на одну полку все напечатанные книги, вам придется ехать со скоростью 150 км/ч, для того чтобы держаться у конца занятого места. Конечно, к 2600 г. произведения художественной литературы и научные работы будут публиковаться в электронной форме, а не на бумаге, но все же если экспоненциальный рост продолжится, то только в моей области теоретической физики станет появляться по десять статей в секунду и на их чтение просто не будет времени.

Ясно, что современный экспоненциальный рост не может продолжаться бесконечно. Так что же случится? Одна из возможностей состоит в том, что мы полностью уничтожим себя в какой-нибудь катастрофе вроде ядерной войны. Существует мрачная идея, будто мы потому до сих пор не вступили в контакт с инопланетянами, что цивилизации, достигнув нашего уровня развития, становятся неустойчивыми и самоуничтожа-ются. Однако я оптимист. Я не верю, что человеческая раса зашла так далеко лишь для того, чтобы испустить дух, когда все самое интересное еще только начинается.

Картина будущего, нарисованная в «Звездном пути», — согласно которой мы достигнем высокого, но в целом статичного уровня развития — может оказаться верной в отношении нашего знания основных законов, управляющих Вселенной. Как я покажу в следующей главе, возможно, существует некая окончательная теория, которую мы откроем в недалеком будущем. Эта окончательная теория, если она существует, определит, может ли быть реализована мечта о варп-двигателе из «Звездного пути». Согласно современным представлениям нам предстоит долго и нудно исследовать Галактику с помощью кораблей, путешествующих с досветовой скоростью, однако пока мы не располагаем полной объединенной теорией, нельзя узнать, сможем ли мы создать варп-двигатель (рис. 6.3).

Рис. 6.З

В сериале «Звездный путь» вся история зависит от звездолета «Энтерпрайз» и космические корабли вроде того, что изображен вверху, способны двигаться на варп-скорости, многократно обгоняя свет. Однако, если верна гипотеза защиты хронологии, мы будем исследовать Галактику с помощью ракетных двигателей на кораблях, движущихся медленнее света.

С другой стороны, мы уже знаем законы, которые соблюдаются во всех ситуациях, кроме самых критических, — законы, которым подчиняется экипаж «Энтерпрайза», если не сам звездолет. И все-таки непохоже, что мы когда-либо достигнем стабильного состояния в том, как применять эти законы или в сложности систем, которые можно с их помощью создавать. Именно этой сложности и будет посвящен остаток данной главы.

Среди всех систем, которые у нас есть, самые сложные — это наши собственные тела. Жизнь, по-видимому, появилась в первичных океанах, которые покрывали Землю четыре миллиарда лет назад. Как это случилось, нам неизвестно. Возможно, случайные столкновения атомов привели к образованию макромолекул, способных самовоспроизводиться и собираться в более сложные структуры. Но мы точно знаем, что около трех с половиной миллиардов лет назад появилась весьма сложная молекула ДНК.

ДНК — это основа всей жизни на Земле. Она имеет структуру двойной спирали, подобную винтовой лестнице; эту структуру открыли Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон в Кавендишской лаборатории Кембриджа в 1953 г.[18] Две нити двойной спирали связаны парами оснований, которые играют роль ступенек спиральной лестницы. В ДНК имеется четыре типа оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Порядок их расположения вдоль винтовой лестницы, кодирует генетическую информацию, которая позволяет ДНК собирать вокруг себя организм, для того чтобы самовоспроизводиться. Когда она производит свои копии, иногда возникают ошибки в соответствии или порядке следования оснований вдоль спирали. В большинстве случаев это либо лишает ДНК способности к репродуцированию, либо делает его менее вероятным, а значит, такие генетические ошибки, или мутации, как их называют, будут отсеиваться. Но в редких случаях мутация увеличивает шансы ДНК на выживание и репродуцирование. Подобные изменения в генетическом коде закрепляются. Таким способом информация, содержащаяся в последовательности ДНК, постепенно эволюционирует и усложняется (рис. 6.4).

Рис 6.4

Созданные компьютером биоморфы, которые развились в программе, разработанной биологом Ричардом Докинзом.

Жизнеспособность того или иного штамма зависела оттого, насколько его особи «интересны», «необычны» или «похожи на насекомое».

Все начиналось с одного пикселя, и первые поколения развивались в условиях, подобных естественному отбору. Докинз вывел насекомоподобные формы удивительно быстро — всего за 29 поколений (получив по пути ряд эволюционных тупиков).

Поскольку в основе биологической эволюции лежит случайное блуждание в пространстве всех генетических возможностей, она протекает очень медленно. Сложность, определяемая количеством бит информации, закодированных в ДНК, примерно равна числу оснований в одной молекуле. Первые миллиарда два лет сложность должна была прирастать со скоростью порядка одного бита информации за 100 лет. Постепенно темп усложнения ДНК нарастал, увеличившись примерно до одного бита в год на протяжении нескольких последних миллионов лет[19]. А потом, около шести или восьми тысяч лет назад, возникло одно большое усовершенствование. Мы обрели письменность. Теперь информация могла передаваться от одного поколения к другому независимо от чрезвычайно медленного процесса случайных мутаций и естественного отбора генетического кода в цепочках ДНК. Сложность колоссально увеличилась. Одна книжка карманного формата содержит такое же количество информации, которое отличает ДНК обезьяны от ДНК человека, тридцатитомная энциклопедия может описать всю последовательность человеческой ДНК.

Рис. 6.5

Рост сложности с момента образования Земли (не в масштабе)

Еще важнее то, что информация в книгах способна быстро обновляться. Современный темп изменения человеческой ДНК под действием биологической эволюции составляет около одного бита в год. Но за год выходит около двухсот тысяч новых книг, а скорость появления новой информации превосходит миллион бит в секунду. Конечно, большая часть этой информации — мусор, но даже если только один бит из миллиона окажется полезным, это будет все равно в сто тысяч раз быстрее биологической эволюции[20].

Эта передача данных по внешним, небиологическим каналам привела человеческую расу к доминированию в мире и обеспечила экспоненциальный рост населения. Но сейчас мы находимся в начале новой эры, в которой сможем увеличить сложность наших внутренних записей, наших ДНК, не ожидая медленного течения биологической эволюции. Существенных изменений в человеческой ДНК не происходило по крайней мере последние десять тысяч лет, но весьма вероятно, что мы сможем полностью перепроектировать ее в ближайшие несколько тысячелетий. Конечно, многие люди скажут, что генная инженерия человека должна быть запрещена, но сомнительно, чтобы мы могли ее избежать. Генная инженерия растений и животных будет разрешена по экономическим причинам, и кто-то непременно попробует ее на человеке. Если только у нас не установится тоталитарный мировой порядок, кто-то где-то будет создавать усовершенствованного человека.