Радость познания

Ответ: У нас несколько иной опыт. Нет никакой бесконечной регрессии: она останавливается при некотором уровне сложности. Машина, о которой так ясно говорит Фредкин, и та, о которой рассказывал я в случае квантовой механики, представляют универсальные компьютеры в том смысле, что они могут быть запрограммированы и выполнять различную работу. Это не жестко смонтированная программа. Они являются не более жестко смонтированными, чем обычный компьютер, в который можно заложить информацию — программа представляет часть входных данных, — и машина решает поставленные задачи. Она с жестко смонтированной программой, но она и универсальна, как обычный компьютер. Такие вещи очень неопределенны, но я нашел алгоритм. Если у вас есть программа, написанная для необратимой машины — обычная программа, — тогда я могу преобразовать ее в обратимую машинную программу с помощью схемы прямого преобразования, которая очень неэффективна и использует много больше пошаговых операций. В реальных ситуациях число шагов может оказаться гораздо меньше. Но я по крайней мере знаю, что могу взять программу с 2n шагами, которая необратима, и преобразовать ее в обратимую программу с 3n шагами. Появилось гораздо больше шагов. Я сделал очень неэффективную программу, поскольку не пытался найти минимум — единственный разумный способ для создания более эффективной программы. Я в самом деле не думаю, что вы нашли регрессию, о которой упомянули — может быть, вы правы, но я не уверен.

Вопрос: Разве мы не жертвуем многими достоинствами таких устройств — ведь обратимые машины работают достаточно медленно? Я весьма пессимистически настроен на этот счет.

Ответ: Они работают медленнее, но они значительно меньше. Я не делаю их обратимыми, пока мне это не понадобится. Нет смысла делать эти машины обратимыми, если только вы не пытаетесь снизить энергию грандиозно, почти абсурдно, так как необратимые машины хорошо функционируют только при энергиях, в 80 раз превышающих кТ.Но 80 — это много меньше современных энергий 109 или 1010 кТ,и я по крайней мере произведу улучшение по энергии в 107 раз, причем смогу это сделать еще с необратимыми машинами! И это факт. Для настоящего момента это верный путь продвинуться вперед. Ради интеллектуального развлечения я задал вопрос, насколько далеко мы можем продвинуться принципиально, не практически, — и тогда я открыл, что можно продвигаться по энергии до долей кТ,сделать машины микроскопическими, микроскопическими в смысле атомных размеров. Но для этого я должен использовать обратимые физические законы. Необратимость возникает, если тепло распространяется по большому количеству атомов, и его нельзя собрать обратно. Когда я делаю машину очень маленькой, если только в ней не будет охлаждающего элемента, который будет состоять из множества атомов, — я должен работать обратимо. Практически, возможно, никогда и не наступит время, когда вам захочется привязать маленький компьютер к большому куску свинца, который содержит 1010 атомов (это все еще очень мало), сделав его эффективно необратимым. Поэтому я соглашусь с вами, что на практике в течение долгого времени или, возможно, всегда мы будем пользоваться необратимыми схемами. С другой стороны, почему бы не позволить себе небольшое приключение в науке — попытаться найти ограничения на размеры во всех направлениях — и расширить границы человеческого воображения? Хотя на каждом этапе эта деятельность выглядит абсурдной и бесполезной, часто оказывается, что по меньшей мере она не лишена пользы.

Вопрос: Существуют ли какие-нибудь ограничения, связанные с принципом неопределенности? Есть ли фундаментальные ограничения на энергию и шкалу времени в вашей схеме обратимой машины?

Ответ: Моя точка зрения такова. Нет никаких других квантово-механических ограничений. Надо тщательно различать понятия необратимых потерь или расхода энергии, тепловой энергии, генерируемой при работе машины, и энергии движущихся частей, которые можно извлекать из машины. Существует соотношение между временем и энергией, которую можно извлекать. Но именно эта энергия не имеет значения и не важна для рассмотрения. Лучше задать вопрос, добавляем ли мы тс ²,энергию покоя всех атомов, которые есть в устройстве? Я скажу только о потере энергии, умноженной на время — на эту величину нет ограничений. Однако верно и то, что если вам надо выполнить вычисления с некоторой экстремально высокой скоростью, то вы должны снабдить машину быстро движущимися частями, обладающими энергией, но эта энергия не связана с потерями на каждом этапе вычислений; она проходит через прибор благодаря инерции.

Ответ ( обращаясь ко всем, а не только к автору вопроса):Коль скоро я затронул вопрос о бесполезности идей, мне хотелось бы кое-что добавить. Я ждал, спросите ли вы меня, но вы не задали этот вопрос. И все-таки я отвечу на него. Как построить машину с такими малыми размерами, чтобы нам пришлось разместить атомы на специальных местах? Сегодня у нас нет аппаратуры с движущимися деталями, размеры которых экстремально малы, в масштабах атомов или сотен атомов, но не существует никаких физических ограничений в каждом направлении. Когда мы укладываем кремний даже в сегодняшних условиях, нет причин, почему бы его маленькие кусочки нельзя было разложить в виде маленьких островков, так чтобы они были подвижными. Мы могли бы также разместить маленькие струйки так, чтобы можно было выдавливать различные химикалии в определенных местах. Мы можем сконструировать аппаратуру, которая исключительно мала, такую аппаратуру легко контролировать нашими компьютерными схемами. Разумеется, ради шутки и интеллектуального удовольствия вообразим машины в несколько микрон в поперечнике с колесиками и кабелями, соединенными внутри проводками, кремниевыми соединениями, так что все это вместе — очень большое устройство, движущееся не как неуклюжие тугоподвижные машины, а плавно, как лебединая шея. И вдобавок это устройство представляет целый набор маленьких машин, все клеточки которых взаимно соединены и все мягко контролируются. Почему бы нам самим не сделать этого?

3. Лос-Аламос — взгляд снизу

А теперь поговорим немного о другом — окунемся в россыпи воспоминаний шутника Фейнмана (даже не упоминая о взломе сейфов), о его приключениях и злоключениях в Лос-Аламосе: о получении отдельной комнаты с помощью нарушения непреложного правила: «никаких женщин на мужской половине общежития»; о его хитроумных проделках с местными цензорами; о его общении с великими учеными — Робертом Оппенгеймером, Нильсом Бором и Гансом Бете; и о необычайной популярности единственного человека, непосредственно наблюдавшего взрыв первой атомной бомбы без защитных очков; о приобретенном неоднозначном опыте, который навсегда изменил Фейнмана.

Лестное введение профессора Хирчфелдера совершенно не соответствует моему рассказу «Лос-Аламос — взгляд снизу». «Взгляд снизу» означает именно то, что означает — хотя в настоящее время я относительно известен, в те годы никто и не помышлял о моем существовании. Когда я начал работать над Манхэттенским проектом [9] , я даже не закончил свою докторскую диссертацию. Многие из тех, кто рассказывает вам о Лос-Аламосе, были знакомы с кем-нибудь из высших эшелонов власти или знали что-то о людях, принимающих судьбоносные решения. Меня не волновали великие решения. Я всегда барахтался где-то внизу. Правда, я не был на абсолютном дне. Как оказалось, я даже отчасти продвинул несколько исследовательских этапов, но я не был большим человеком. Итак, я хочу рассказать вам о несколько иных обстоятельствах — не тех, о которых говорилось во введении; представьте себе юного аспиранта, который еще не получил степени и работает над диссертацией. Сначала я расскажу, как я попал в проект, а потом — что со мной происходило, — только то, что происходило со мной во время работы в проекте.

9

Название, данное колоссальному проекту по созданию атомной бомбы, который начался в 1942 году и достиг кульминации при бомбежке Хиросимы и Нагасаки соответственно 6 и 9 августа 1945 года. Проект охватывал все Соединенные Штаты, с отделениями, например, в университетах Чикаго, Хэнфорда, Вашингтона; в Ок-Ридже, Теннесси. Лос-Аламос в штате Нью-Мексико, где бомба была изготовлена, являлся, по существу, штаб-квартирой всего проекта. — Примеч. ред. иностр. издания.

Как-то раз работаю я в своей комнате [10] , и вдруг ко мне вбегает Боб Уилсон [11] . Я работал как черт, но при этом был известный шутник — над чем вы смеетесь? — так вот, Боб Уилсон заглянул и сказал, что ему предложили участвовать в некоторой работе, которая, кстати, хорошо финансировалась, что это секрет, но он думает, что я никому не проговорюсь, а рассказывает мне об этом потому, что уверен, что как только я узнаю, чем он собирается заниматься, то непременно захочу к нему присоединиться. И он обрисовал мне задачу разделения различных изотопов урана. В конечном счете, как я понял, он должен был заниматься бомбой. Он собирался разработать процесс разделения изотопов урана. Правда, как оказалось в процессе дальнейшей работы, для разделения изотопов использовали другую методику. Все это он мне объяснил и сказал, что встреча состоится… Но я ответил, что не хочу этим заниматься. Он сказал, ладно, но встреча назначена на три часа, и там мы увидимся. Я тоже сказал, ладно, и он растолковал мне, почему я никому не должен проболтаться о секрете — но я и не собирался болтать. Итак, я вернулся к своей работе над диссертацией, высидел над ней примерно три минуты. И начал вышагивать из угла в угол и размышлять над этой задачей. У Германии был Гитлер и очевидная вероятность разработать атомную бомбу, разработать ее раньше нас — такая перспектива устрашала. Короче говоря, я решил сходить в три часа на встречу. А к четырем часам я уже обзавелся рабочим столом в кабинете и пытался вычислить, ограничен ли данный конкретный метод полным током, который можно получить в ионном пучке и прочими вещами. Не буду вдаваться в детали. У меня был рабочий стол, бумаги, я работал так энергично и быстро, как только мог. Справа от меня парни собирали аппаратуру, планируя соответствующие эксперименты. Все это напоминало кинофильм, в котором вы видите куски оборудования, изрыгающие бру-у-уп, бру-у-уп… Ежеминутно их чудо-установка становилась все больше и больше. Кончилось тем, что все ребята решили поработать на ней и приостановили свою исследовательскую работу. Во время войны вся наука остановилась, за исключением небольшой ее части в Лос-Аламосе. Там было тоже не так много науки, скорее много инженерии. Они беззастенчиво крали оборудование у ученых-исследователей, и все оборудование из различных исследовательских групп было свезено вместе для конструирования новой аппаратуры, необходимой для основного эксперимента — попытаться разделить изотопы урана. Я приостановил свою работу по той же причине. Через некоторое время мне пришлось взять шестимесячный отпуск и закончить диссертацию. Итак, я получил степень перед самым отъездом в Лос-Аламос и уже пребывал не на самой низкой ступени, как уверял вас до этого.

10

В Принстонском университете. — Примеч. ред. иностр. издания.

11

Роберт Уилсон (1914–2000), первый директор Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми, 1967–1978. — Примеч. ред. иностр. издания.

Здесь, работая в проекте еще в Принстоне, я получил свой первый опыт общения с великими учеными. Я никогда раньше не видел так много великих людей. Там существовал координационный совет, который был призван направлять нас, оказывать нам всяческое содействие и, разумеется, помочь нам найти способ разделения изотопов урана. В совет входили знаменитые ученые — Толмен и Смит, Юри, Раби и Оппенгеймер, и многие другие. Входил в совет, например, Комптон. Меня повергала в жуткий шок та неразбериха, которая царила на заседаниях совета. Я с удовольствием там присутствовал, поскольку понимал теорию процесса, который мы разрабатывали. Поэтому они задавали мне вопросы, и затем мы вместе все это обсуждали. Кто-нибудь высказывал свою точку зрения, и после этого, например, Комптон, высказывал другую точку зрения, казалось бы, он был совершенно прав, и идея выглядела разумно — в заключение он заявлял, что мы должны двигаться в таком-то направлении. Другой ученый непременно очень толково возражал, что, может быть, есть другая возможность, которую нам следует рассмотреть. Другая возможность, которую нужно рассмотреть, — я просто подскакиваю! Ему, Комптону, приходится отстаивать свою точку зрения заново! Итак, все противоречили друг другу, и вся картина за столом полностью повторялась! Наконец Толмен, который председательствует на этот раз, подводит итог: хорошо, мы слышали все аргументы, мне кажется, что аргументация Комптона наиболее убедительна, а теперь нам надо двигаться вперед. Я был совершенно потрясен — совет состоял из ученых, которые могли бы вместе высказать целый ворох блестящих идей, а вместо этого каждый по отдельности рассуждал о новоиспеченном аспекте задачи, вспоминал, что говорили другие, сосредотачивался на этом. И под конец совет принимал решение, чья идея лучше, суммировал ее со всеми остальными без должного троекратного обсуждения. Вы понимаете, что я хочу сказать? Для меня это казалось невероятным — ведь они были в самом деле великими людьми!

На проекте было окончательно решено отказаться от того способа разделения урана, который предполагался первоначально. Нам было приказано остановиться и начать работу в Лос-Аламосе, Нью-Мексико, уже над проектом, в котором действительно будут делать бомбу.

Все должны перебраться туда. Там будут проводиться необходимые эксперименты, будет и теоретическая работа. Я должен был заниматься теоретической работой, остальные ребята — экспериментальной. Мы теряли время, так как образовался вынужденный простой — нам было велено переезжать, а Лос-Аламос еще не был готов нас принять. Боб Уилсон не стал терять время даром и послал меня в Чикаго выудить в университете все, что смогу, о бомбе и сопутствующих задачах, так что мы смогли начать собирать оборудование еще в нашей лаборатории — всяческие счетчики и прочие штуковины. Это оказалось полезным, когда мы перебрались в Лос-Аламос. Итак, нельзя было терять время. Меня послали в Чикаго с инструкцией побывать в каждой группе, говорить, что я хотел бы устроиться к ним на работу, заставить их рассказывать о своей задаче в таком объеме, в котором я смогу понять детали. Так я действительно мог сесть и начать работать над задачей — постепенно перебираясь от одной группы к другой, я задавал свои вопросы по поводу задачи — и таким образом мог понять подробности целого. Идея была отличная, хотя меня немного мучила совесть. Но случайно так получилось (просто повезло!), что, когда один малый излагал мне задачу, я спросил, почему он думает решать ее таким-то способом, и за полчаса получил ее решение, а они бились над ней три месяца. Итак, я все-таки что-то сделал! По возвращении из Чикаго я описал ситуацию своим коллегам — сколько энергии высвобождается, на что должна быть похожа бомба и прочие детали. Помню, как мой друг, Поль Олум, математик, работающий со мной, потом подошел ко мне и сказал: «Когда об этом сделают кинофильм, они покажут парня, возвратившегося из Чикаго и рассказавшего Принстону все о бомбе, а он вырядится в костюм, будет носить портфель и прочие атрибуты — а тут ты, без пиджака, с грязными рукавами — и рассказываешь нам обо всем этом». Так или иначе, дело было серьезное — и он прекрасно понимал разницу между кино и реальностью.

Мы все еще задерживались, и Уилсон поехал в Лос-Аламос выяснять, почему мы застряли и есть ли какие-нибудь продвижения. Он обнаружил там, что строительная компания работает очень здорово и уже закончила строительство театра и нескольких других зданий. Но они не получили четких инструкций по поводу того, как возводить лаборатории — сколько труб необходимо для газа, сколько для воды, так что Уилсон просто ходил вокруг, прикидывал, какой будет объем воды, газа и тому подобное, и рассказывал им, как строить лаборатории. Он возвратился к нам — а мы уже были готовы к переезду, — но, видите ли, у Оппенгеймера возникли некоторые затруднения при обсуждении ряда проблем с Гровсом. Мы уже изнывали от нетерпения. Насколько я понимал положение, Уилсон позвонил в Чикаго Манли, они посовещались и решили, что мы все-таки отправимся туда, даже если там не все готово. Итак, все мы приехали в Лос-Аламос, когда строительство еще не было завершено. Между прочим, Оппенгеймер был очень терпелив со всеми, очень внимателен к проблемам каждого. Он беспокоился о моей жене, у которой был туберкулез, выяснял, есть ли здесь где-нибудь больница и многое другое — я впервые познакомился с ним лично — и он оказался удивительным человеком. Среди прочего нам рассказывали и о других вещах, например, о том, что следует быть осмотрительными. Не покупать билеты на поезд в Принстоне. Потому что Принстон был очень маленькой железнодорожной станцией. И если все купят билеты до Альбукерке, Нью-Мексико, возникнут подозрения, что здесь что-то не так. И поэтому все купили билеты где-то еще, все, кроме меня — я же посчитал, что если все купили билеты где-то еще… Короче говоря, когда я пришел на станцию и сказал, что мне нужен билет до Альбукерке, Нью-Мексико, железнодорожник воскликнул: «О! Наконец-то! Значит, весь этот груз ваш!» Мы неделями отправляли ящики со счетчиками и думали, что никто не заметит адреса — Альбукерке. Хорошо хоть, что по крайней мере я объяснил ему, почему мы отправляли туда ящики — я собираюсь перебраться на жительство в Альбукерке.

И все-таки приехали мы туда раньше времени, дома для общежитий и прочих нужд еще не были готовы. Лаборатории тоже были не совсем готовы. Мы давили на строителей, подгоняли, ругали, что теряем время. Они арендовали для нас все ранчо в округе. Мы разместились на этих ранчо и ездили по утрам на работу. В первое же утро поездка произвела на меня грандиозное впечатление — красота пейзажа для жителя восточных штатов, который почти никогда не путешествовал, была завораживающей. Огромные утесы, которые вы, вероятно, видели на картинках, я не буду вдаваться в детали. Они очень высоки на фоне плоских холмов, вы подходите к ним снизу и видите величественные утесы — поразительное зрелище. А наиболее впечатляющим для меня было то, что когда я поднимался, то говорил себе, что, может быть, здесь живут индейцы; шофер внезапно притормаживал, машина останавливалась, и я шел за угол, а там громоздились индейские пещеры, которые вы можете исследовать. Это в самом деле производило огромное впечатление во всех отношениях.