Если бы каждый инструмент, когда ему приказывают, или даже по собственной инициативе, мог бы делать работу, для которой он предназначен… тогда не имелась бы никакой необходимости в учениках для мастеров или в рабах для господ.

(АРИСТОТЕЛЬ)

Гремящие репликаторы

Молекулярные репликаторы

Молекулы и Небоскребы

27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали учёного, работающего в NASA, который сказал, что инженеры будут способны строить самовоспроизводящихся роботов в пределах двадцати лет, для использования в космосе или на Земле. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможности, только в том, когда они будут построены. Он был прав.

С 1951, когда Джон фон Нейман выделил принципы само-копирующихся машин, ученые в целом подтверждали их возможность. В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые руководят их постройкой. Биологи с тех пор узнавали всё больше деталей о том, как само-

Биологические репликаторы, такие как вирусы, бактерии, растения и люди, используют молекулярные машины. Искусственные репликаторы могут использовать вместо этого балк-технологию. Так как сегодня у нас есть балк-технологии, инженеры могут её использовать, чтобы строить репликаторы до того как появится молекулярная технология.

Древний миф о волшебной силе жизни (вместе с неправильным представлением, которое увеличение энтропии означает, что все во вселенной должно обязательно умереть) породил мим-высказывание, что репликаторы должны нарушить некоторый естественный закон. Это просто не так. Биохимики понимают, как клетки воспроизводятся и они не находят в них никакого волшебства. Вместо этого они находят машины, обеспечиваемые материалами, энергией и инструкциями, которые необходимы для выполнения работы. Клетки уже воспроизводятся; роботы могли бы воспроизводиться.

Успехи в автоматизации естественным образом приведут к механическим репликаторам, сделает ли кто-либо их особой целью или нет. В то время как давление конкуренции заставляет увеличиваться автоматизацию, потребность в человеческой рабочей силе на фабриках будет снижаться. На Fujitsu Fanuc уже работает машинная секция на производственном предприятии двадцать четыре часа в сутки только с девятнадцатью рабочими на этаже во время дневной смены и совсем без кого-либо во время ночной смены. Эта фабрика производит 250 машин в месяц, 100 из которых – роботы.

В конечном счете, роботы могли бы делать всю работу по сборке роботов, собирать другое оборудование, делать необходимые части, управлять шахтами и генераторами, которые снабжают различные фабрики материалами и энергией и т. д. Хотя такая сеть фабрик, развёрнутая по местности не напоминала бы беременного робота, она бы образовала саморасширяющуюся, самовоспроизводящуюся систему. Ассемблерная революция определённо произойдёт до того, как вся промышленность будет автоматизирована, однако сегодняшние шаги в этом направлении – шаги в направлении чего-то вроде гигантского гремящего репликатора.

Но как такую систему можно поддерживать и чинить без человеческого труда?

Представьте себе автоматическую фабрику, способную и проверить части и собирать оборудование. Плохие части не проходят испытаний и выбрасываются или перерабатываются. Если фабрика может также разбирать машины, производить ремонты нетрудно: нужно просто разобрать неработающие машины, проверите все их части, заменить все изношенные или сломавшиеся части и снова их собрать. Более эффективная система диагностировала бы проблемы без тестирования каждой части, но это не обязательно необходимо.

Распространяющаяся система фабрик, укомплектованных роботами, была бы осуществима, но громоздка. При умном конструировании и минимуме различных частей и материалов, инженеры могли бы уместить копирующуюся систему в один корпус, но такая – но такая коробка могла бы быть ещё огромна, потому что в ней должно содержаться оборудование, способное делать и собрать много различных частей. Сколько различных частей? Столько, сколько она сама содержит. Сколько различных частей и материалов было бы необходимо, чтобы построить машину, способную делать и собрать так много различного материалов и частей? Это трудно оценить, но системы, основанные на сегодняшней технологии использовали бы электронные чипы. Только их производство потребовало бы слишком много оборудования, которое нужно поместить внутрь маленького репликатора.

Кролики воспроизводятся, но они требуют уже готовых частей типа молекул витаминов. Получение этого из еды позволяет им выживать с меньшим количеством молекулярных машин, чем если бы им пришлось всё делать с нуля. Точно так же механический репликатор, используя изготовленные отдельно чипы, мог бы быть несколько проще, чем такой же, делающий сам всё, что необходимо. Эти специфические «диетические» требования также связали бы машины в более широкую «экологическую» систему, помогающую держать её на прочном поводке. Инженеры в спонсируемых НАСА исследованиях предложили использовать такие полурепликаторы в космосе, давая возможность космической промышленности расширяться только с небольшой поставкой сложных частей с Земли.

Однако, так как репликаторы, построенные по балк-технологии, должны производить и собирать свои части, они должны содержать машины и которые производят части и которые их собирают. Это подчеркивает преимущество молекулярных репликаторов: их части – атомы, а атомы приходят уже готовыми.

Клетки воспроизводятся. Их машины копируют свои ДНК, которые направляют их рибосомные механизмы на строительство других машин из более простых молекул. Эти машины и молекулы содержатся в заполненном жидкостью мешке. Мембрана впускает молекулы, снабжающие клетку энергией и части для дальнейшего производства наномашин, ДНК, мембран и т. д.; она выпускает отработанные молекулы, несущие энергию и остатки компонентов. Клетка воспроизводится путём копирования частей внутри своего мембранного мешка, сортируя их на две группы, и расщепляя мешок на два. Искусственные репликаторы могли бы строиться так, чтобы работать аналогичным образом, но используя ассемблеры вместо рибосом. Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.

Но инженеры более вероятно, что разработают другие подходы к воспроизводству. У эволюции не было никакого простого способа изменить фундаментальный принцип действия клетки, а этот принцип действия имеет недостатки. В синапсах, например, клетки мозгового передают сигналы своим соседям, высвобождая пузырьки химических молекул. Эти молекулы толкутся вокруг, пока не свяжутся с молекулами-датчиками соседней клетки, иногда вызывая нейронный импульс. Химические синапсы – медленные переключатели, а нейронные импульсы двигаются медленнее, чем звук. С ассемблерами молекулярные инженеры будут строить целые компьютеры меньшего размера чем синапсы и в миллионы раз быстрее.

Мутация и отбор могла переделать синапсы в механический нанокомпьютер не более чем селекционер мог бы переделать лошадь в автомобиль. Тем не менее инженеры построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее чем мозг человека и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем существующие клетки.

Некоторые из этих репликаторов вообще не будут похожи на клетки, но зато будут похожи на фабрики, уменьшенные до размера клетки. Они будут содержать наномашины, установленный на молекулярном каркасе и конвейерные ремни, чтобы перемещать части от машины к машине. Снаружи у них будет набор сборочных манипуляторов для постройки своих копий по атому или секции за раз.

Как быстро эти репликаторы смогут размножаться, будет зависеть от скорости их сборки и их размера. Представьте себе достаточно сложный ассемблер, содержащий миллион атомов: он вполне может иметь десять тысяч перемещающихся частей, каждая содержащая в среднем сотню атомов – т. е. достаточно деталей, чтобы сделать довольно сложную машину. В действительности сам ассемблер выглядит как коробка, служащая основой для манипуляторов, каждый длинной по сотне атомов. Коробка и манипулятор содержит устройства, которые перемещают руку из одного положения в другое, чтобы поместить, и другие, которые заменяют молекулярные инструменты на его конце.

Позади коробки находится устройство, которое читает ленту и обеспечивает механические сигналы, которые переключают движения манипулятора и смену инструментов. Перед рукой находится незаконченная структура. Конвейеры подносят молекулы к ассемблерной системе. Некоторые поставляют энергию для двигателей, которые передвигают считывающее устройство для ленты и манипуляторы, другие обеспечивают группы атомов, занимающиеся сборкой. Атом за атомом (группа за группой), манипулятор передвигает части каждую на своё место, как указывается лентой; химические реакции соединяют их в связанную структуру.

Эти ассемблеры будут работать быстро. Быстрый фермент, такой как углеродная ангидраза или кетостероидная изомераза, может обрабатывать почти миллион молекул в секунду, даже без конвейеров и механизмов, приводимых в движение энергией, чтобы быстро поставить новую молекулу на место как только освобождается предыдущая. Может показаться слишком сильным ожидать от ассемблера, что он будет захватывать молекулу, перемещать её и втискивать на место лишь за миллионную секунды. Но маленькие объекты могут двигаться туда-сюда очень быстро. Человек может поднять и опустить руку несколько раз в секунду, пальцы могут постукивать по чему-нибудь быстрее, муха способна махать своими крылышками достаточно быстро, чтобы жужжать, а комар создаёт невыносимый писк. Насекомые могут махать своими крыльями примерно в тысячу раз быстрее, чем люди своими руками, потому что крылья насекомого примерно в тысячу раз короче.

Манипулятор ассемблера будет приблизительно пятьдесят миллионов раз короче, чем человеческая рука, и поэтому (как это получается) будет способен двигаться туда-сюда приблизительно в пятьдесят миллионов раз быстрее. Для манипулятора ассемблера, двигаться всего лишь миллион раз в секунду было бы подобно человеческой руке двигаться около одного раз в минуту: очень медленно. Так что это выглядит очень разумной целью.

Скорость копирования будет зависеть также от общего размера системы, которая должна быть построена. Ассемблеры не будут копироваться сами по себе; им будут нужны материалы и энергия, а также инструкции о том, как их использовать. Поставлять материалы и энергию могут обычные химические вещества, но должны быть в наличии наномашины, чтобы их обрабатывать. Бугристые полимерные молекулы могут кодировать информацию подобно перфоленте, но должно иметься устройство чтения, чтобы переводить комбинацию бугорков в характер движения манипулятора. Вместе эти части образуют самое главное в репликаторе: лента поставляет инструкции для сборки копии ассемблера, устройства чтения и других наномашин, а также самой ленты.

Разумная конструкция этого вида репликаторов вероятно будет включать несколько ассемблерных манипуляторов и еще несколько манипуляторов для удержания и перемещения объектов работы. Каждый из этих манипуляторов – это по одному миллиону атомов или около того. Другие части – устройства чтения ленты, химические процессоры и т. д. – могут быть такие же сложные как ассемблеры. В конце концов гибкая система копирования вероятно будет включать простой компьютер; следуя механическому подходу, упомянутому в Главе 1, это добавит порядка 100 миллионов атомов. Все части вместе взятые будут составлять менее чем 150 миллионов атомов. Предположим даже что это будет один миллиард, чтобы оставить широкий допуск для ошибки. Не будем принимать во внимание дополнительные способности дополнительных манипуляторов ассемблера, оставляя ещё больший допуск. Работая со скоростью миллион атомов в секунду, система всё равно скопирует себя за тысячу секунд или немногим более чем за пятнадцать минут – это примерно то время, за которое бактерия воспроизводит себя при хороших условиях.

Представьте себе такой репликатор, плавающий в бутылке с химическими веществами, и производящий копии себя. Он строит одну копию за одну тысячу секунд, тридцать шесть за десять часов. Через неделю, он сделает достаточно копий, чтобы заполнить объем человеческой клетки. За столетие, он сделает достаточно, чтобы покрыть небольшое пятнышко. Если бы это было всё, что могли делать репликаторы, мы бы возможно спокойно могли бы на них не обращать внимания.

Однако каждая копия будет строить ещё большее количество копий. Значит первый репликатор соберёт копию за одну тысячу секунд, дальше два репликатора построят еще два за следующую тысячу секунд, четыре построят ещё четыре, а восемь построят ещё восемь. В конце десяти часов будет иметься не просто тридцать два новых репликатора, а более 68 миллиардов. Менее чем за день одни бы весили тонну; менее чем за два дня одни бы стали весить больше, чем Земля; ещё через четыре дня одни бы превысили по массе Солнце и все планеты вместе взятые – если бутылка с химическими веществами не опустеет до этого момента.

Постоянное удвоение означает экспоненциальный рост. Репликаторы умножаются по экспоненте если нет ограничений, таких как недостаток места или ресурсов. Бактерии это делают, и примерно с той же самой скоростью как репликаторы, описанные только что. Люди воспроизводятся намного более медленно, однако если им дать достаточно времени, они также могли бы превзойти любой конечный источник ресурсов. Беспокойство о росте населения никогда не потеряет своей важности. Забота о том, как контролировать новые быстрые репликаторы, скоро станет действительно важной.

Машины, способные схватить и куда-то поместить отдельные атомы будут способны строить почти всё что угодно, связывая нужные атомы вместе нужным образом, как я это описал в конце Главы 1. Безусловно, строительство больших объектов по одному атому будет медленным.

Чтобы быстро создавать большие объекты, должно сотрудничать большое число ассемблеров сотрудничать, но репликаторы будут производить ассемблеры тоннами. Действительно, при правильной конструкции различие между ассемблерной системой и репликатором будет заключаться целиком в программе ассемблера.

Если самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за тысячу секунд, то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь ещё своего размера с той же скоростью. Точно так же тонна репликаторов может быстро построить тонну чего-нибудь еще – и продукт будет иметь все свои миллиарды миллиардов миллиардов атомов в правильных местах, только с очень небольшой долей расположенных ошибочно.

Чтобы понять способности и ограничения этого метода сборки больших объектов, представьте себе плоский лист, покрытый маленькими сборочными манипуляторами – может быть армией репликаторов, запрограммированных для строительных работ и выстроившихся правильными рядами. Конвейеры и каналы связи за ними снабжают их молекулами для реакций, энергией и инструкциями по сборке. Если каждый манипулятор занимает площадь в 100 атомных диаметров, то позади каждого ассемблера будет место для конвейеров и каналов в сумме приблизительно в 10,000 атомов площади по диагонали поперечного сечения.

Похоже, этого места достаточно. Место в десять или двадцать атомов шириной может вмещать конвейер (возможно основанный на молекулярных поясах и шкивах). Канал в несколько атомов шириной может содержать молекулярный стержень, который, подобно стержням в механическом компьютере, упомянутым в главе 1, будет толкать и тянуть, чтобы передавать сигналы. Все манипуляторы будут работать вместе для построения широкого, твердую структуру слой за слоем. Каждый манипулятор будет ответственен за собственную область, работающую приблизительно с 10,000 атомами на слой. Лист ассемблеров, обрабатывающий 1,000,000 атомов в секунду на один манипулятор, закончит приблизительно одну сотню атомных слоев в секунду. Это может казаться слишком быстрым, но с этой скоростью, наращение толщины с бумажный лист будет занимать около часа, а создание плиты толщиной в метр займет в год.

Более быстрые манипуляторы могли бы ускорить сборку до более чем метра в день, но они выделят больше ненужного тепла. Если они могли бы строить слой толщиной в метр за день, высокая температура от одного квадратного метра могла бы поджаривать одновременно сотни бифштексов и могла бы поджарить молекулярные машины.

Представьте себе попытку построить дом путём склеивания отдельных зёрен песка. Добавление слоя зёрен могло бы занять у машин, склеивающих зёрна, так много времени, что выращивание стен дома будет занимать десятилетия. Теперь представьте себе, что машины на фабрике вначале склеивают зёрна в кирпичи. Фабрика может работать сразу с многими кирпичами. С достаточным количеством машин, склеивающих зёрна, кирпичи могли бы вырастать быстро; сборщики стен могли бы далее быстро строить стены, складывая уже собранные кирпичи. Аналогично молекулярные ассемблеры будут работать вместе с большими ассемблерами, которые будут быстро строить большие объекты: машины могут быть любого размера от молекулярного до гигантского. При таком подходе большая часть тепла, выделяемого при сборке будет рассеиваться далеко от места сборки, при производстве частей.

Строительство небоскрёба и архитектура живого предлагают аналогичный способ строить большие объекты. Большие растения и животные имеют сосудистые системы, сложные системы каналов, которые несут материалы к молекулярным машинам, работающим везде в их тканях. Подобным образом после того как сборщики закончат каркас небоскрёба, "сосудистая система" здания – эскалаторы и коридоры, с помощью кранов – будут переносить строительные материалы к рабочим по всему внутреннему объёму здания. Сборочные системы также могли бы использовать эту стратегию, вначале возводя леса и далее работая внутри по всему объёму, соединяя материалы, принесённые по каналам извне.

Представьте себе этот подход, используемый для «выращивания» большого двигателя ракеты, работающий внутри чана на промышленном предприятии. Чан – сделанный блестящей стали, со стеклянным окном для удобства посетителей возвышается выше человеческого роста, так как он должен содержать законченный двигатель. Трубы и насосы связывают его с другим оборудованием и к теплообменникам с водяным охлаждением. Это устройство позволяет оператору пропускать через чан различные жидкости.

Чтобы начать процесс, оператор откидывает крышку чана, и опускает в него опорную плиту, на которой будет строиться двигатель. Далее крышка опять плотно закрывается. По нажатию кнопки, насосы затопляют ёмкость густой молочной жидкостью, которая затопляет плиту и делает неясным видное в окошко. Эта жидкость течёт из другого чана, в котором воспроизводящиеся ассемблеры вырастили и перепрограммировали, заставив их скопировать и распространить новую ленту инструкций (немного похоже на заражение бактерии вирусом). Эти новые ассемблерные системы, меньшие чем бактерия, рассеивают свет и из-за этого жидкость выглядит молочной. То, что они в жидкости преобладают, делает её густой.

В центре опорной плиты, глубоко в кружащейся, загруженной ассемблерами жидкости, находится «семя». Оно содержит нанокомпьютер с хранящимися планами машины, а на его поверхности находятся места, к которым прикрепляются ассемблеры. Когда ассемблер прилипает к нему, они соединяются друг с другом и семя-компьютер передаёт инструкции компьютеру ассемблера. Это новое программирование сообщает ему, где он находится по отношению к семени, и даёт ему команду протянуть свои манипуляторы и зацепить другие ассемблеры. Далее они подключаются тоже и программируются подобным образом. Подчиняясь инструкциям, получаемым от семени (которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров) из хаоса жидкости растёт что-то вроде кристалла, состоящего из ассемблеров. Так как каждый ассемблер знает своё место в плане, он зацепляет другие ассемблеры только когда необходимо. Это образует структуру менее правильную и более сложную, чем естественный кристалл. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.

Тогда насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворённых веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащённые кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере того, как жидкость становится более прозрачной, форма двигателя ракеты становится видимой через окно, напоминая модель в полном масштабе, вылепленную в прозрачной белой пластмассе. Затем, сообщение, распространяющееся от семени, предписывает нужным ассемблерам освободить своих соседей и свернуть свои манипуляторы. Они вымываются из структуры быстрой белой лентой, оставляя прочную структуру связанных ассемблеров, оставляя теперь достаточно пространства для работы. Очертания двигателя в чане вырастают почти прозрачными, с небольшой радужностью.

Каждый остающийся ассемблер, хотя все еще связанный с соседями, теперь окружен крошечными заполненными жидкостью каналами. Специальные манипуляторы на ассемблерах работают подобно жгутам, подхлестывая жидкость и способствуя её распространению через каналы. Эти движения, подобно всем остальным, выполняемым ассемблерами, питаются энергией молекулярных машин, для которых топливо служат молекулы в жидкости. Также как растворённый сахар даёт энергию дрожжам, также эти растворённые химические вещества дают энергию ассемблерам. Эта текущая жидкость подносит свежее топливо и растворяет сырые строительные материалы; вытекая обратно, она уносит выработанное тепло. Сеть коммуникаций распространяет инструкции для каждого ассемблера.

Ассемблеры теперь готовы начать строить. Они должны построить двигатель ракеты, состоящий главным образом из труб и насосов. Это означает построить прочные, легкие структуры сложных форм, некоторые из которых способны выдерживать очень высокую температуру, некоторые содержат внутри трубки, по которым течёт охлаждающая жидкость. Там, где нужно очень большое усилие, ассемблеры начинают делать прутки из переплетающихся волокон углерода, в их алмазной форме. Из этого они строят структуру, приспособленную, чтобы выдерживать ожидаемый тип нагрузки. Там, где важно сопротивление температуре и коррозии (как на многих поверхностях), они строят аналогичные структуры из оксида алюминия в его сапфировой форме. В местах, где нагрузки будут низки, ассемблеры сберегают массу, оставляя более широкие пустые пространства в структуре. В местах, где нагрузка будет высокой, ассемблеры укрепляют структуру до тех пор, пока остающиеся пространства едва достаточны, чтобы сами ассемблеры могли двигаться. В других местах ассемблеры кладут другие материалы для того, чтобы образовать сенсоры, компьютеры, моторы, соленоиды и всё остальное, что необходимо.

Чтобы закончить свою работу, они строят стенки, разделяющие остающиеся пространства в каналах в почти запечатанные ячейки, затем отходят к последним открытым местам и выкачивают оставшуюся внутри жидкость. При запечатывании пустых ячеек, они полностью уходят из строящегося объекта и уплывают в циркулирующей жидкости. Наконец, чан опустевает, пульверизатор омывает двигатель, крышка открывается и внутри возвышается готовый двигатель, который сохнет. Его создание потребовало менее дня и почти никакого человеческого внимания.

На что похож этот двигатель? Это не массивный кусок сваренного и скреплённого болтами металла, он без швов, подобный драгоценному камню. Его пустые внутренние ячейки, построенные в ряды, находящиеся примерно на расстоянии длины волны света друг от друга, имеют побочный эффект: подобно углублениям на лазерном диске они преломляют свет, делая различную радужность подобно той, что делает огненный опал. Эти пустые пространства облегчают структуру, уже сделанную из самых лёгких и прочных известных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями, этот усовершенствованный двигатель будет иметь более чем на 90 процентов меньшую массу.

Ударьте слегка по нему, и он отзовётся как колокольчик удивительно высокого для своего размера тона. Установленный в космическом корабле, сделанном тем же способом, он легко поднимет его со взлетно-посадочной полосы в космос и вернёт снова назад. Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что прочные материалы позволили разработчикам включать большие запасы прочности. Поскольку ассемблеры позволили проектировщикам делать его материал таким, что он при приложении усилия течёт до того, как ломается (оплавляя трещины и останавливая их распространение), двигатель не только прочен, но и износостоек.

При всём своём превосходстве, этот двигатель по сути вполне обычен. В нём просто заменили плотный металл тщательно устроенными структурами из лёгких, прочно связанных атомов. В конечном продукте никаких наномашин нет.

Более продвинутые проекты будут использовать нанотехнологию более глубоко. Они могли бы оставлять в создаваемом объекте сосудистую систему для обеспечения ассемблерной и дизассемблерной систем; их можно запрограммировать на восстановление изношенных частей. Пока пользователи снабжают такой двигатель энергией и сырьём, он будет обновлять свою собственную структуру. Ещё более продвинутые двигатели также могут быть буквально гибкими. Ракетные двигатели работают наилучшим образом, если они могут принимать различную форму при различных режимах функционирования, но инженеры не могут сделать обычный металл прочным, лёгким и при этом гибким. С нанотехнологией, однако, структура более прочная чем сталь и более лёгкая чем дерево могла бы изменять свою форму, подобно мускулу (работая как мускул по принципу скользящих волокон). Двигатель мог бы тогда расширяться, сжиматься и изгибаться таким образом, чтобы обеспечивать требуемую силу тяги в требуемом направлении при различных условиях. С запрограммированными нужным образом ассемблерами и дизассемблерами, он мог бы даже глубоко изменять свою структуру через длительное время после того, как покинул чан, в котором рос.

Короче говоря, воспроизводящиеся ассемблеры будут копировать себя тоннами, потом делать другие продукты, такие как компьютеры, двигатели ракет, стулья и т. д. Они будут делать дизассемблеры, способные разрушить скалу, чтобы получить из неё сырьё. Они будут делать коллекторы солнечной энергии, чтобы обеспечивать энергией. Хотя сами они маленькие, строить они будут большое. Группы наномашин в природе строят китов, и рассеивают зёрна самовоспроизводящихся машин, и организуют атомы в огромные структуры целлюлозы, выстраивая такого гиганта, как калифорнийское мамонтовое дерево. Нет ничего удивительного в выращивании ракетного двигателя в специально подготовленном чане. Действительно, лесники, если им дать подходящие «семена» ассемблеров, могли бы выращивать космические корабли из земли, воздуха и солнечного света.

Ассемблеры будет способен делать практически всё что угодно из обычных материалов без использования человеческого труда, заменяя дымящие фабрики системами, чистыми как лес. Они в корне преобразуют технологию и экономику, открывая новый мир возможностей.

Мир стоит на пороге второго компьютерного века. Новая технология, выходящая сейчас из лаборатории, начинает превращать компьютер из фантастически быстрой вычислительной машины в устройство, которое подражает человеческому процессу мышления, давая машинам способность рассуждать, производить суждения, и даже учиться. Уже этот "искусственный интеллект" выполняет задачи, которые когда-то думали, что под силу только человеческому интеллекту…

(«БИЗНЕС УИК»)

Машинный интеллект

Цель Тьюринга

Проектирующие машины

Гонка искусственного интеллекта

Достаточно ли мы умные?

Ускорение гонки технологий

КОМПЬЮТЕРЫ появились из глубин лабораторий, чтобы помочь писать, считать и играть дома и в офисе. Эти машины выполняют простые, повторяющиеся задачи, но машины, которые пока еще в лабораториях, делают намного больше. Исследователи искусственного интеллекта говорят, что компьютеры могут быть умными и с этим не соглашается всё меньшее и меньшее количество людей. Чтобы понять наше будущее, мы должны понять, также ли невозможен искусственный интеллект, как полёт на Луну.

Думающие машины не обязаны походить на людей по форме, назначению, или умственным умениям. Действительно, некоторые системы искусственного интеллекта покажут немного черт умного дипломированного специалиста-гуманитария, но зато будут служить только как мощные машины для проектирования. Тем не менее понимание как человеческий разум эволюционировал из бессознательной материи прольёт свет на то, как можно заставить машины думать. Разум, подобно другим формам порядка, эволюционировал путём вариации и отбора.

Разум действует. Не нужно изучить скиннеровский бихевиоризм, чтобы понять важность поведения, включая внутреннее поведение, называемое мышлением. РНК, копирующееся в испытательных пробирках, показывает, как идея цели может применяться (как своего рода стенография) к молекулам, совершенно не имеющим разума. У них нет нервов и мускулов, но они развились, чтобы "вести себя" так, как это способствует их воспроизводству. Вариация и селекция сформировали простое поведение каждой молекулы, которое остается постоянным на протяжении всей её "жизни".

Отдельные молекулы РНК не приспосабливаются, но бактерии это делают. Конкуренция выделили бактерии, которые приспосабливаются к изменениям например, подстраивая свой набор пищеварительных ферментов под имеющуюся в наличии пищу. Однако сами эти механизмы адаптации постоянны: молекулы пищи переключают генетические переключатели также как холодный воздух переключает термостат.

Некоторые бактерии также используют примитивную форму управления поведением по методу проб и ошибок. Бактерии этого вида имеют тенденцию плавать по прямым линиям, и имеют ровно столько «памяти», чтобы знать, улучшаются ли окружающие условия или ухудшаются по направлению их движения. Если они ощущают, что условия улучшаются, они продолжают двигаться вперёд. Если они чувствуют, что условия становятся хуже, они останавливаются, переворачиваются и направляются в случайном, обычно ином, направлении. Они исследуют направления, и отдают предпочтение хорошим, отвергая плохие. И поскольку это заставляет их мигрировать в направлении больших концентраций молекул пищи, они выжили.

У плоских червей нет мозга, однако они показывают способность к настоящему обучению. Они могут учиться выбрать правильную дорожку в простом T-образном лабиринте. Они пробуют повернуть налево и направо, и постепенно выбирают поведение или формируют привычку, которая даёт лучший результат. Однако это выбор поведения по его последствиям, что психологи-бихевиористы называют "законом последствий". Эволюционирующие гены вида червя произвели отдельных червей с эволюционирующим поведением.

Однако черви, обученные ползать по лабиринту (даже голуби Скиннера, обученные клевать, когда загорается зеленый свет) не выявляют никакого признака рефлексивной мысли, которую мы ассоциируем с понятием разум. Организмы, приспосабливающиеся только через простой закон последствий, учатся только методом проб и ошибок, варьируя и выбирая действительное поведение – они не думают вперёд и не принимают решений. Однако естественный отбор часто поощрял организмы, которые могли думать, а мышление не содержит волшебства. Как отмечает Даниель Деннетт из Туфтского университета, гены в результате эволюции могут обеспечивать мозг животных внутренними моделями того, как устроен мир (нечто подобное моделям в автоматизированных системах проектирования). Эти животные могут «воображать» различные действия и последствия, избегая действий, которые «выглядят» опасными и выполняя действия, которые «выглядят» безопасными и выгодными. Испытывая идеи относительно этих внутренних моделей, они могут избегать усилий и риска проверки различных действий во внешнем мире.

Деннетт далее указывает, что закон последствий может изменять сами модели. Также как гены могут обеспечивать эволюционирующее поведение, также они могут предусматривать эволюционирующие умственные модели. Гибкие организмы могут изменить свои модели и уделять больше внимания версиям, которые показали, что они служат лучшим руководством к действию. Все мы знаем, что значит пробовать разные вещи, и выяснять, какие из них работают. Модели не обязательно должны быть инстинктивными; они могут развиваться в течение одной жизни.

Бессловесные животные, однако, редко передают своё новое понимание. Оно исчезает с мозгом, который вначале их произвел, потому что накопленные умственные модели не отпечатываются в гены. Однако даже безмолвные животные могут подражать друг другу, порождая мимы и культуры. Самка обезьяны в Японии изобрела способ использовать воду для отделения зёрен от песка; другие быстро научились делать то же самое. В человеческих культурах, с их языком и картинками, ценные новые модели того, как работает мир, могут переживать своих создателей и распространяться по всему миру.

Ещё на более высоком уровне, разум (а «разум» теперь уже подходящее слово) может содержать эволюционирующие стандарты для оценки, являются ли части модели – идеи, входящие в мировоззрение, достаточно надежными, чтобы направлять действие. Разум таким образом выбирает собственное содержание, включая правила отбора. Правила суждений, которые отфильтровывают содержание науки, развились именно таким образом.

Как эволюционируют поведение, модели, и стандарты для знания, также могут эволюционировать и цели. То, что приносит хорошее, как оно оценивается по каким-то более базовым стандартам, в конечном счете начинает казаться хорошим; тогда оно становится целью само по себе. Честность окупается, и поэтому становится ценным принципом поведения. По мере того как мысли и умственные модели направляют действие и дальнейшие мысли, мы приобретаем как цели сами по себе чёткость мышления и точность умственных моделей. Растёт любопытство и с ним любовь к знаниям сама по себе. Эволюция целей таким образом продвигает и науку, и этику. Как писал Чарльз Дарвин: "наивысшая возможная стадия в моральной культуре – это когда мы поймём, что мы должны контролировать свои мысли." Мы также достигаем этого путём вариации и селекции, сосредотачиваясь на ценных мыслях и позволяя остальным уходить из поля внимания.

Марвин Мински, лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, рассматривает разум как своего рода общество, развивающуюся систему сообщающихся, сотрудничающих и конкурирующих агентов, каждый из которых состоит из ещё более простых агентов. Он описывает размышление и действие в терминах деятельности этих агентов. Некоторые из них могут делать не многим более чем управлять рукой, чтобы схватить чашку; другие (намного более сложные) управляют речевой системой тогда, когда она подбирает слова в очень неприятной ситуации. Мы не осознаём управление нашими пальцами, когда они охватывают чашку именно так, а не иначе. Мы поручаем такие задания компетентным агентам и редко замечаем их, если они не ошибаются. Мы все чувствуем конфликтующие побуждения и делаем обмолвки; это – симптомы разногласия между различными агентами разума. Наше сознание этого – часть саморегулирующий процесс, посредством которого наши самые главные агенты управляют всеми остальными.

Мимы могут рассматриваться как агенты разума, которые сформированы научением и подражанием. Чтобы почувствовать что две идеи противоречат, вы должны внедрить обе в качестве агентов в ваш разум – хотя одна может быть старой, сильной и поддерживаться союзниками, а другая – новая идея-агент, которая может не выжить уже после первой своей битвы. Благодаря нашей сверхъестественной способности себя осознавать мы часто пытаемся понять, откуда появилась та или иная идея в нашей голове. Некоторые люди воображают, что эти мысли и ощущения приходят прямо из агентов, находящихся вне их умов; они склоняются к вере, что мысли могут плавать вне человеческого разума и временами в него входить.

В Древнем Риме люди верили в «гениев», в добрых и злых духов, посещающих человека от рождения до смерти, принося удачу и невезение. Они приписывали выдающийся успех специальному «гению». И даже теперь, люди, которые не в состоянии понять, как естественный процесс порождает новизну, считают «гений» формой волшебства. Но на самом деле эволюционирующие гены сделали разум, который расширяет своё знание, варьируя структуры идей и производя их селекцию. С быстрой вариацией и эффективной селекцией, ведомый знанием, полученным от других, почему такой ум не должен проявить то, что мы называем гением? Рассмотрение интеллекта как естественного процесса делает машины менее удивительными. Это также даёт представление, как они могли бы работать.

Одно из словарных определений «машины» – л" юбая система или устройство, такое как электронно-вычислительная машина, которая исполняет или помогает в выполнении человеческой задачи. "Но только вопрос – как много человеческих задач будут способны выполнять машины? вычисление было однажды интеллектуальной задачей, на которую машины были не способны – оно было только в компетенции умных и образованных. Сегодня никто не думает называть карманный калькулятор искусственным интеллектом; вычисление сейчас выглядит «просто» механической процедурой.

Однако, идея о создании обычных компьютеров когда-то была шокирующей. К середине 19 века тем не менее Чарльз Баббаг построил механические калькуляторы и часть программируемого механического компьютера; однако, он столкнулся с финансовыми трудностями и сложностями, связанными со строительством машины. Некий доктор Юнг тоже совсем не помог: он утверждал, что было бы дешевле инвестировать деньги и использовать процент, чтобы оплатить людей-калькуляторов. Также не помог и британский королевский астроном, сэр Джорж Эари – запись в его дневнике гласит, что "15 сентября мистер Гулберн… спросил моё мнение по поводу полезности вычислительной машины Баббага… Я ответил, хорошо вникнув в суть вопроса, что моё мнение – она бесполезна."

Машина Баббага была впереди своего времени – это значит, что строя её, её создатели были должны продвинуть искусство создания точных частей. И в действительности она не очень превзошла бы скорость тренированного человека-вычислителя – но она была бы более надёжна и легче поддавалась бы улучшениям.

История компьютеров и искусственного интеллекта (известного как ИИ) походит на историю полета в воздухе и полётов в космос. До недавнего времени люди отклоняли обе идеи как невозможные – обычно это значит, что они не могли понять, как их воплотить, или были бы расстроены, если могли ли бы. И пока что ИИ не имеет простой окончательной демонстрации, ничего подобного работающему аэроплану или приземлению на Луну. Он прошёл длинный путь, но люди продолжают изменять свои определения интеллекта.

Не считая сообщения в печати о ""гигантских электронных мозгах"", немного людей называли первые компьютеры интеллектуальными. Действительно, само название «компьютер» предполагает простую арифметическую машину. Однако в 1956 году, в Дартмаусе, в ходе первой всемирной конференции по искусственному интеллекту, исследователи Алан Ньюил и Герберт Симон представили Логического Теоретика, программу, которая доказывает теоремы в символической логике. В более поздние годы компьютерные программы играли в шахматы и помогали химикам определять молекулярные структуры. Две медицинские программы – CAS NET и MYCIN (первая работает с внутренними органами, вторая имеет дело с диагностикой и лечением инфекций), работали впечатляюще. Согласно "Руководству по искусственному интеллекту", качество их работы "расценивалось, по экспериментальным оценкам, на уровне человека-эксперта в соответствующей области". Программа, называемая «PROSPECTOR» ("Разведчик") обнаружила в штате Вашингтон залежи молибдена стоимостью в миллионы долларов.

Эти так называемые экспертные "эксперсистемы "преуспевают только в пределах строго ограниченных областей знаний, но они повергли бы в изумление программистов компьютеров начала 1950-ых. Сегодня, однако, немного людей полагают, что они будут реальным искусственным интеллектом: ИИ был движущейся целью. Отрывок из "Бизнес уик", процитированный выше, показывает только, что в компьютеры можно сейчас вложить достаточно знаний, и они могут выполнять достаточно причудливые трюки, что некоторые люди чувствуют удобным называть их интеллектуальными. Годы наблюдения на экране телевизоров вымышленных роботов и говорящих компьютеров сделали по крайней мере идею ИИ знакомой.

Главная причина для объявления ИИ невозможным всегда была мысль, что «машины» являются по сути своей глупыми, идея, которая теперь начинает угасать. Машины прошлого действительно были большими и неуклюжими, делающими простую грубую работу. Но компьютеры обращаются с информацией, следуют сложным инструкциям, и могут быть запрограммированы, чтобы изменить свои собственные инструкции. Они могут экспериментировать и учиться. Они содержат не зубчатые колёса и смазку, но рисунки проводов и недолговечные структуры электрической энергии. Как Дуглас Хофстадтер настаивает (хотя это и спорный вопрос насчёт ИИ), "Почему бы вам не дать слову «машина» вызывать образы структур из танцующего света, а не гигантские лопатки паровой турбины?"

Поверхностные критики, противостоящие идее искусственного интеллекта, часто указывают на глупость существующих компьютеров, как будто это что-то доказывает относительно будущего. (Будущая машина может задаваться вопросом, а были ли такие критики искренни.) Их возражение неуместно – паровой локомотив не летал, хотя он показал механические принципы, использованные позже в двигателях самолётов. Подобным образом ползающие черви предыдущей эпохи не выказывали никакого заметного интеллекта, однако наш мозг использует нейроны во много подобные их.

Случайные критики также избегают думать серьезно об ИИ, заявляя, что вероятно мы не можем построить машины более умные, чем мы сами. Они забывают, что показывает история. Наши отдаленные бессловесные предки сумели произвести существа с большим интеллектом путём эволюции генов, даже не думая об этом. Но мы думаем об этом, и мимы технологии эволюционируют намного быстрее, чем биологические гены. Несомненно, что мы можем построить машины со способностями учиться и организовывать знание более похожими на человеческие.

Кажется, есть только одна идея, которая могла бы служить доводом в пользу невозможности заставить структуры мысли двигаться в направлении новых форм материи. Это – идея ментального материализма, концепция, что разум – это особое вещество, волшебное мышление – вещество, которое некоторым образом находится выше возможности его воспроизвести, скопировать или технологически использовать.

Психологи не видят никакого доказательства существования такого вещества, и не находят никакой необходимости в ментальном материализме для объяснения разума. Поскольку сложность мозга пока выше полного его понимания, он кажется достаточно сложным для реализации разума. Действительно, если отдельный человек мог бы полностью понять мозг, это сделало бы мозг менее сложным, чем разум этого человека. Если бы миллиарды людей на Земле могли бы скооперироваться в простом наблюдении деятельности одного человеческого мозга, каждый человек был бы должен наблюдать десятки тысяч активных синапсов одновременно – явно невозможная задача. Для одного человека попробовать понять мерцающие рисунки мозга как целое было бы в миллиард раз более абсурдным. Однако механизм нашего мозга настолько превышает способность нашего разума его осознать, что механизм выглядит достаточно сложным, чтобы быть базой для самого разума.

В 1950 году в докладе по машинному интеллекту, британский математик Алан Тьюринг писал: «Я» полагаю, что к концу столетия использование слов и общественное мнение среди образованных людей изменятся настолько сильно, что каждый будет способен говорить о машинном мышлении, не ожидая того, что ему начнут противоречить." Но это будет зависеть от того, что мы называем мышлением. Некоторые говорят, что только люди могут думать, а компьютеры не могут быть людьми; на сём они, удовлетворённые собой, откидываются на спинку стула.

Но в своей бумаге, Тьюринг задался вопросом, как мы оцениваем человеческий интеллект, и предложил мысль, что мы обычно оцениваем людей по тому, как хорошо они говорят. Он тогда предложил то, что он назвал игрой-имитацией – которую теперь все называют испытанием Тьюринга. Представьте себе, что вы находитесь в комнате, и можете связаться через терминал с человеком и компьютером в двух других комнатах. вы печатаете сообщения; а человек и компьютер могут отвечать. Каждый из них пытается действовать умно и как человек. После длительной беседы с ними с помощью клавиатуры, возможно затрагивая литературу, искусство, погоду, и какой вкус во рту с утра, может так случиться, что вы не сможете сказать, кто из них человек, а кто – машина. Если машина могла бы разговаривать так на регулярной основе, то Тьюринг предлагает мысль, что мы могли бы её считать действительно интеллектуальной. Далее, мы должны были бы признать, что она знала достаточно много о человеческих существах.

Для большинства практических целей, нам не нужно задаваться вопросом, сможет ли машина осознавать себя, то есть иметь сознание. "Действительно, критики, которые заявляют, что машины не могут сознавать, похоже, никогда не способны определить вполне отчётливо, что они подразумевают подо этим термином. Осознание себя, появившееся в процессе эволюции для того, чтобы руководить мыслью и действием, не просто украшение нашей человеческой природы. Бы должны знать о других людях, о их способностях и склонностях, чтобы строить планы, которые их включают. Подобным образом мы должны знать себя, о наших способностях и склонностях, чтобы создавать планы, связанные с нами самими. В осознании себя нет никакой особой тайны. То, что мы называем собой, реагирует на впечатления, получаемые из всего остального разума, координируя некоторые из его видов деятельности; это делает его ничем не больше (и не меньше), как особой частью сложного рисунка мыслей. Идея, что Я – это структура в особом веществе разума (отличном от вещества разума мозга) ничего не объяснило бы насчёт самосознания.

Машина, пытающаяся преодолеть испытание Тьюринга, конечно, утверждала бы, что осознаёт себя. Убеждённые биошовинисты просто сказали бы, что она бы лгала или запуталась. Пока они отказываются сказать, что они подразумевают под сознанием, никогда нельзя будет доказать, что они не правы. Тем не менее, называть их сознательными или нет, интеллектуальные машины будут все равно действовать интеллектуально, и это – их действия, которые затронут нас. Возможно они будут однажды опозорят биошовинистов и заставят их замолчать страстной аргументацией, с помощью блестящей кампании по связям с общественностью.

Ни одна машина пока не может пройти тест Тьюринга, и ни одна, вероятно, это не сделает в ближайшее время. Кажется мудрым спросить, есть ли хорошее основание даже пробовать: мы можем извлекать больше пользы от исследований по ИИ, преследующих другие цели.

Разрешите различить два вида искусственного интеллекта, хотя некая конкретная система могла бы проявлять оба вида. Первый вид – это технический ИИ, приспособленный иметь дело с физическим миром. Усилия в этой области ведут к автоматизированному проектированию и научному исследованию. Второй вид – социальный ИИ, приспособленный иметь дело с человеческими умами. Усилия в этой сфере ведут к машинам, способным пройти тест Тьюринга.

Исследователи, работающие над системами социального ИИ, на пути к цели узнают много о человеческом разуме, и их системы будут несомненно иметь большую практическую ценность, так как все мы можем выиграть от умной помощи и совета. Но автоматизированное проектирование, основанное на техническом ИИ будет иметь большее влияние на гонку технологий, включая гонку по направлению к молекулярной технологии. И может быть легче разработать продвинутую систему автоматизированного проектирования, чем систему, способную пройти тест Тьюринга, которая должна не только владеть знаниями и интеллектом, но должна подражать человеческому знанию и человеческому интеллекту – особая, более сложная задача.

Как Тьюринг спросил, ""Разве машины не могут делать что-то, что должно быть описано как мышление, но которое очень отличается того, что делает человек?" "Хотя некоторые авторы и политические деятели могут отказываться признать машинный интеллект, пока они не столкнутся с говорящей машиной, способной пройти тест Тьюринга, многие инженеры признают интеллект в других формах.

Мы достаточно далеко продвинулись на пути к автоматизированной разработке. Разработчики экспертных систем продают системы, которые помогают людям решать практические проблемы. Программисты создали автоматизированные системы проектирования, которые воплощают знания о формах и видах движения, нагрузке и напряжении, электронных схемах, потоках тепла, а также о том, как машины придают форму металлу. Разработчики используют эти системы, чтобы обогатить свои умственные модели, ускоряя эволюцию ещё непостроенных конструкций. Вместе, разработчики и компьютеры создают интеллектуальные полуискусственные системы.

Инженеры могут использовать широкое разнообразие компьютерных систем для помощи в своей работе. На одном конце спектра, они используют экраны компьютера просто как доски для рисования. Намного далее по этому пути, они используют системы, способные описывать части в трех измерениях и вычислять их реакцию на тепло, нагрузку, электрический ток и т. д. Некоторые системы также знают о производственном оборудовании, управляемом компьютером, позволяя инженерам делать моделированные тесты инструкций, которые будут позже направлять контролируемые компьютером машины на производство реальных деталей. Но на самом конце этого спектра системы включают использование компьютеров не только для записи и тестирования различных конструкций, но и для их генерирования.

Программисты разработали свои наиболее впечатляющие инструменты для использования в самом компьютерном бизнесе. Пример – программное обеспечение для проектирования чипа. Чипы интегральной схемы сейчас содержат много тысяч транзисторов и соединений. Разработчики когда-то были вынуждены работать в течение многих месяцев, чтобы разработать схему для выполнения определённой работы, и расположить её многие части по поверхности чипа. Сегодня они могут часто поручить эту задачу так называемому "силиконовому компилятору". Имея спецификацию на функцию чипа, эти системы программ могут производить детализированную разработку схемы, готовой для производства, с небольшой или вообще без человеческой помощи.

Все эти системы основываются целиком на человеческом знании, тщательно собранном и закодированном. Наиболее гибкие автоматизированные системы проектирования сегодня могут варьировать предложенный проект для поиска усовершенствований, но они не узнают ничего применимого к следующему проекту. Но EURISKO отличается. Разработанная профессором Дугласом Ленатом и другими в Стэндфордском университете, EURISKO предназначена для исследования новых областей знания. Она управляется эвристиками – кусочками знания, которые подсказывают возможные действия, которым можно следовать, или те, которые нужно избегать; по сути, различные "правила большого пальца". Она использует эвристики, чтобы подсказывать темы, над которыми нужно работать, и другие эвристики, чтобы подсказывать, какие подходы попробовать и как оценить результаты. Ещё одни эвристики ищут устойчивые структуры в результатах, предлагая новые эвристики, и ранжируют ценность и новых, и старых эвристик. Таким образом EURISKO вырабатывает лучшее поведение, лучшие внутренние модели, и лучшие правила выбора между внутренними моделями. Сам Ленат описывает вариацию и отбор эвристик и принципов в системе терминов «мутация» и «селекция», и подсказывает социальные, культурные метафоры для понимания их взаимодействия.

Поскольку в EURISKO эвристики эволюционируют и конкурируют, имеет смысл ожидать, что появятся паразиты – как действительно многие появляются. Одна произведенная машиной эвристика, например, повысилась до самой высокой возможной оценки ценности, заявляя, что она помогла открыть каждую ценную новую догадку. Профессор Ленат работал близко с EURISKO, улучшая её умственную иммунную систему, давая ей эвристики для отсеивания паразитов и избежания глупых линий рассуждения.

EURISKO использовалась для исследования элементарной математики, программирования, биологической эволюции, игр, трехмерной конструкции интегральных схем, сбора нефтяных пятен, слесарного дела, и, конечно, самих эвристик. В некоторых областях она поразила своих проектировщиков новыми идеями, включая новые электронные устройства в возникающей технологии 3-мерных интегральных схем.

Результаты турнира иллюстрируют мощь команды, состоящей из людей и машин с ИИ. Traveller TCS – футуристическая игра в войну на море, включающая две сотни страниц правил, которые определяют конструкцию, стоимость и ограничения возможностей для флота ("TCS" расшифровывается как Trillion Credit Squadron – "Эскадра, стоящая триллион"). Профессор Ленат дал EURISKO эти правила, набор стартовых эвристик и программу для моделирования битвы между двумя флотами. Он сообщает, что "затем она разрабатывала флот за флотом, используя симулятор как механизм "естественного отбора" по мере того, как она разрабатывала всё лучшие и лучшие проекты флота." Программа работала всю ночь, разрабатывая, тестируя и извлекая уроки из результатов. Утром Ленат отбраковал плохие проекты и помог их улучшить. Он приписывает около 60 процентов результатов себе и около 40 процентов – EURISKO.

Ленат и EURISKO вступили в национальный турнир 1981 года по игре Traveller TCS турнир со флотом, выглядящим странно. Другие соперники над ним смеялись, но затем ему проиграли. Флот Ленат/EURISKO выиграл все раунды, став как национальным чемпионом. Как Ленат замечает, ""Эта победа делается более значительной тем фактом, что никто, кто делал эту программу никогда не играл в эту игру до турнира, не видел, как в неё играют, и не было ни одного тренировочного раунда."

В 1982 спонсоры соревнования изменили правила. Ленат и EURISKO пришли с очень отличающимся от предыдущего флотом. Другие соперники снова смеялись над ним, но затем проиграли. Ленат и EURISKO снова выиграли национальное первенство.

В 1983 спонсоры соревнования сказали Ленату, что, если он вступит и победит снова, соревнование будет отменено. Ленат откланялся.

EURISKO и другие программы ИИ показывают, что компьютеры обязаны ограничиваться скучной, повторяющейся работой, если им дают правильный вид программирования. Они могут исследовать возможности и открывать новые идеи, которые удивляют их создателей. EURISKO имеет недостатки, однако она указывает путь к чему-то вроде партнёрства, в котором и система ИИ, и человек-эксперт вкладывают знание и творчество в процесс разработки.

В следующие годы, подобные системы преобразят инжиниринг. Разработчики будут работать в творческом партнёрстве со своими машинами, используя программное обеспечение, выросшее из сегодняшних автоматизированных систем проектирования для выполнения моделирования, и используя эволюционирующие, EURISKO-подобные системы для генерации предложений, какие конструкции моделировать. Инженеры будут сидеть у экрана, чтобы вводить цели для процесса разработки и рисовать эскизы предлагаемых конструкций. Система будет отвечать тем, что детализировать конструкцию, тестировать её и отображать предлагаемые альтернативы с объяснениями, графиками и диаграммами. Потом инженер будет вносить дальнейшие предложения и изменения, или давать новое задание, до тех пор, пока вся система оборудования не будет разработана и смоделирована.

По мере того, как автоматизированные технические системы будут улучшаться, они будут делать все больше работы всё быстрее и быстрее. Все более часто, инженер просто предложит цели и затем выберет одно из хороших решений, предложенных машиной. Всё менее и менее часто инженеру придётся выбирать части, материалы и конфигурацию. Постепенно инженеры будут способны ставить более общие цели и ожидать хороших решений как само собой разумеющееся. Также, как EURISKO работал в течение часов, разрабатывая флоты для симулятора Traveller TCS, автоматизированные системы проектирования будут в один прекрасный день усердно работать над разработкой пассажирских реактивных самолётов, имеющих максимум безопасности и экономичности, или над разработкой военных самолётов и ракет, способных наилучшим образом контролировать воздушное пространство.

Также, как EURISKO изобрел электронные устройства, автоматизированные системы проектирования будущего будут изобретать молекулярные машины и молекулярные электронные устройства, с помощью программ для молекулярного моделирования. Такие успехи в автоматизированной разработке усилят явление проектирования вперёд, описанное ранее. Таким образом автоматизированная разработка не только ускорит ассемблерную революцию, она ускорит прыжок, который за ней последует.

В конечном счете системы программного обеспечения будут способны создавать смелые новые проекты без человеческой помощи. Будет ли большинство людей называть такие интеллектуальные системы? Это действительно не имеет значения.

Компании и правительства во всем мире поддерживают разработку ИИ, потому что он сулит коммерческие и военные преимущества. В Соединенных Штатах имеется много университетских лабораторий искусственного интеллекта и большое количество новых компаний с названиями, подобными такими как Machine Intelligence Corporation (корпорация "Машинный интеллект"), Thinking Machines Corporation (корпорация "Думающие машины"), Teknowledge ("Технознание") и Cognitive Systems Incorporated (корпорация "Познающие системы"). В октябре 1981 года министерство торговли и промышленности Японии объявило десятилетнюю программу на 850 миллионов долларов по разработке передовых аппаратных и программных средств искусственного интеллекта. С этой программой исследователи планируют разработать системы, способные выполнять миллиард логических выводов в секунду. Осенью 1984 года Московская Академия Наук объявила аналогичную 5-летнюю программу на 100 миллионов долларов. В октябре 1983 года департамент обороны США объявил 5-летнюю Программу по стратегическим вычислениям; они пытаются сделать машины, способные видеть, рассуждать, понимать речь и помогать управлять сражениями. Как сообщает Пол Валич в IEEE Spectrum, "Искусственный интеллект рассматривается большинством людей как краеугольный камень следующего поколения компьютерной технологии; все усилия в разных странах дают ему выдающееся место в своём списке целей."

Продвинутый ИИ появится шаг за шагом, и каждый шаг окупится знанием и возросшими способностями. Также как с молекулярной технологией (и многими другими технологиями), попытки остановить прогресс в одном городе, округе или стране самое большее – даст другим перехватить инициативу. Чудесный успех на ниве повсеместной остановки видимых работ над ИИ самое большее замедлил бы его появление и, по мере того как компьютеры становятся дешевле, позволил бы ему вызревать тайно, без ведома общества. Только единое во всём мире государство с огромной властью и стабильностью могло бы действительно остановить исследования по ИИ повсеместно и навсегда – решение неимоверной опасности, в свете прошлых злоупотреблений всего лишь государственной властью. Продвинутый ИИ, по-видимому, неизбежен. Если мы надеемся сформировать реалистичный взгляд на будущее, мы не можем это игнорировать.

В некотором смысле, искусственный интеллект будет окончательный инструмент, потому что он будет помогать нам строить любые другие возможные инструменты. Продвинутые ИИ системы могли бы прекратить существование людей, или они могли бы помочь нам построить новый и лучший мир. Агрессоры могли бы использовать их для завоевания, а прозорливые защитники могли бы использовать их, чтобы мир стабилизировать. Они могли бы даже помочь нам управлять самим ИИ. Рука, которая качает колыбель ИИ, вполне может начать управлять миром.

Как и с ассемблерами, нам будет нужно предвидение и тщательная выработка стратегии для использования этой новой технологии безопасно и во благо. Нерешённые проблемы сложны и взаимосвязаны со всем, от деталей молекулярной технологии до занятости и экономики, до философского обоснования, что есть человеческие права. Наиболее основные вопросы, тем не менее, включают то, что ИИ может делать.

Несмотря на пример эволюции людей, критики всё же могут доказывать, что наш ограниченный интеллект может некоторым образом препятствовать тому, чтобы мы смогли создать программы для по-настоящему интеллектуальных машин. Этот аргумент кажется слабым, сводясь немного более чем к заявлению, что поскольку критики не видят, как достичь успеха, значит вряд ли кто-нибудь когда-нибудь увидит. Однако мало кто отрицал бы, что программирование компьютеров для их соответствия человеческим способностям действительно потребует свежих идей в понимании человеческой психологии. Хотя путь к программированию ИИ кажется открытым, наши знания не соответствуют той основательной уверенности, которую имели вдумчивые инженеры (за десятилетия до первого спутника) в том, что можно достичь луны с помощью ракет, или которая у нас сегодня есть в том, что можно построить ассемблеры с помощью проектирования белка. Программирование настоящего искусственного интеллекта, хотя это и форма инжиниринга, потребует новой науки. Это ставит ИИ вне возможности надёжных прогнозов.

Тем не менее нам нужно точное предвидение. Похоже, что люди, цепляющиеся за успокоительные сомнения относительно ИИ, страдают принципиально ошибочными образами будущего. К счастью, автоматизированная разработка спасает некоторых от бремени биошовинистского предрассудка. Большинство людей меньше расстроено идеей о машинах, разрабатывающих машины, чем идеей об истинных системах ИИ общего назначения. Кроме того, уже доказано, что автоматизированная разработка работает; то, что остается сделать – это расширить её. Однако, если вероятно, что возникнут более общие системы, было бы глупо выпустить их из наших расчётов. Имеется ли способ обойти вопрос, способны ли мы разработать интеллектуальные программы?

В 1950-ых, многие исследователи ИИ сосредотачивались на моделировании мозговых функций, моделируя нейроны. Но исследователи, работающие на программах, основанных на словах и символах сделали более быстрый прогресс, и фокус работ по ИИ соответственно переместился. Тем не менее, базовая идея нейронного моделирования остаётся правильной, а молекулярная технология сделает её более практической. Что более важно, этот подход, по-видимому, гарантирует, что будет работоспособен, потому что он не требует никаких новых фундаментальных открытий в области природы мысли.

В конечном счете, нейробиологи будут использовать молекулярные машины размера с вирус для изучения структуры и функционирования мозга, клетка за клеткой и молекула за молекулой, где это необходимо. Хотя исследователи ИИ могут получать новое полезное понимание организации мысли из успехов науки о мозге, которые появятся как результат молекулярной технологии, нейронное моделирование может преуспеть и без такого понимания. Компиляторы переводят программы компьютера от одного языка до другого без понимания, как они работают. Фотокопировальные устройства отображают рисунки из слов, не читая их. Аналогичным образом, исследователи будут способны скопировать структуры нейронов в мозгу на другой носитель не понимая их высокоуровневой организации.

После изучения, как нейроны работают, инженеры будут способны разрабатывать и строить аналогичные устройства, базой которых будет продвинутая наноэлектроника и наномашины. Они будут взаимодействовать подобно нейронам, но работать быстрее. Нейроны, хотя и сложны, но кажутся достаточно простыми для понимания разумом, и чтобы инженеры смогли сделать имитацию. Действительно, нейробиологи узнали многое о их структуре и функции, даже без машин молекулярного масштаба, с помощью которых бы можно было исследовать их объекты изучения.

С этим знанием, инженеры будут способны строить быстрые системы ИИ с большими возможностями, даже без понимания мозга и умного программирования. Им нужно только изучить нейронную структуру мозга и соединить искусственные нейроны так, чтобы образовалась та же самая функциональная структура. Если они делают все части правильно, включая то, как они соединяют части, чтобы образовать целое, то целое также окажется каким надо. «Нейронная» деятельность будет течь в структурах, которые мы называем мыслью, но быстрее, потому что все части будут работать быстрее.

Системы продвинутого ИИ кажутся возможными и неизбежными, но что будет в результате их появления? Никто не может ответить на это полностью, что это полностью, но одно следствие автоматизированной разработки очевидно: она ускорит наше продвижение к пределам возможного.

Чтобы понять наши перспективы, нам нужно некоторое представление о том, насколько быстро продвинутые системы ИИ будут думать. Современные компьютеры имеют только крошечную долю сложности мозга, и все же на них уже могут работать программы, имитирующие существенные аспекты человеческого поведения. Они совершенно отличаются от мозга по своему принципу действия, хотя такое прямое физическое сравнение почти бесполезно. Мозг делает огромное количество вещей одновременно, но довольно медленно; большинство современных компьютеров делают за раз только одно, но с умопомрачительной скоростью.

Однако, можно представить себе аппаратные средства ИИ, построенные, чтобы подражать мозгу не только в функции, но и в структуре. Это могло бы следовать из подхода нейронного моделирования, или из развития программ ИИ, чтобы они могли работать на аппаратных средствах со стилем организации, подобным тому, который существует в мозгу. Так или иначе мы можем использовать аналогии с человеческим мозгом, чтобы оценить минимальную скорость для продвинутых систем ИИ, построенных с помощью ассемблеров.

Синапсы нейронов реагируют на сигналы за тысячные доли секунды; экспериментальные электронные переключатели реагируют в сто миллионов раз быстрее (а наноэлектронные переключатели будут ещё быстрее). Нейронные сигналы движутся со скоростью сто метров в секунду; электронные – в миллион раз быстрее. Это грубое сравнение скоростей даёт представление, что электронные устройства, подобные мозгу будут работать примерно в миллион раз быстрее чем мозг, состоящий из нейронов (со скоростью, ограниченной скоростью электронных сигналов).

Это, конечно, грубая оценка. Синапс нейрона сложнее переключателя; он может изменять реакцию на сигналы, изменяя структуру. При прошествии какого-то времени могут даже появляться новые синапсы и исчезать старые. Эти изменения в волокнах и связях мозга являются материальной основой долговременных изменений ума, которые мы называем обучением. Они подтолкнули профессора Роберта Джастроу из Дартмауса описать мозг как заколдованный станок, ткущий, распускающий и ткущий заново свои нейронные структуры на протяжении всей жизни.

Чтобы представить себе подобное мозгу устройство с сопоставимой гибкостью, изобразите его электронные схемы как окруженные механическими нанокомпьютерами и ассемблерами, с «переключателями», по одному на эквивалент синапса. Также, как молекулярные машины синапса отвечают на схемы нейронной активности изменяя структуру синапса, также нанокомпьютеры будут реагировать на схемы активности давая команду наномашинам изменить структуру переключателей. С правильным программированием и с коммуникациями между нанокомпьютерами для моделирования химических сигналов, такое устройство должно вести себя во многом подобно мозгу.

Несмотря на сложность, устройство будет очень небольшим. Нанокомпьютеры будут меньше чем синапсы, а соединения, построенные ассемблерами, будут тоньше, чем аксоны и дендриты мозга. Тонкие провода и маленькие переключатели будут делать для компактных схем, а плотно упакованные схемы ускорят потоки электронных сигналов, сокращая расстояния, которые сигналы должны проходить. Похоже, что структура, подобная мозгу будет умещаться меньше, чем в кубический сантиметр (как это обсуждается в Примечаниях). Более короткие пути для сигналов тогда соединятся с более быстрой передачей, и в результате этого получится устройство более чем в десять миллионов раз быстрее человеческого мозга.

Только проблема охлаждения могла бы ограничивать такие машины и замедлять средние скорости работы. Представьте себе консервативную конструкцию, которая в миллион раз быстрее чем мозга и рассеивает в миллион раз больше тепла. Система представляет собой блок, построенный ассемблерами из сапфира, размером с кружку кофе, изрешечённый системой каналов охлаждения. Труба равного диаметра, по которой поступает под высоким давлением вода, прикручивается к его вершине, проталкивая охлаждающую воду через каналы к подобной трубе слива, выходящей через низ. Мощные кабели питания и пучки оптоволокна для каналов данных тянутся с его боков.

Кабели обеспечивают пятнадцать мегаватт электроэнергии. Труба с водой отводит появляющееся в результате тепло вовне потоком в "три тонны в минуту "кипящей воды. Оптические волокна передают не много не мало, сразу миллион телевизионных каналов. Они обеспечивают коммуникации с другими системами ИИ, с симуляторами для конструирования и с ассемблерными системами, которые строят структуры для окончательного тестирования. Каждые десять секунд система сжирает почти два киловатта-дня электрической энергии (что сейчас стоит около доллара). Каждые десять секунд система выполняет столько же работы, сколько человек-инженер за восемь часов в день в течение года (что сейчас стоит десятки тысяч долларов). За час она выполняет работу столетий. Для всей своей деятельности система работает в тишине, которая нарушается только потоком охлаждающей воды.

Мы затронули вопрос чистой скорости мысли, но что можно сказать о её сложности? Кажется маловероятным, что разработка ИИ остановится на сложности единственного человеческого разума. Как отмечает Джон Маккарти, лаборатория ИИ Стэнфорда, если мы можем разместить эквивалент одного человеческого разума в металлический череп, мы можем разместить в здании эквивалент десяти тысяч работающих в кооперации умов. (А большая современная электростанция могла бы обеспечивать достаточно энергии для каждого, чтобы он думал в десять тысяч раз быстрее, чем человек.) К идее быстродействующего инженерного интеллекта добавьте идею быстродействующих команд.

Разработка систем ИИ будет замедлена в своей работе необходимостью выполнять эксперименты, но не настолько, насколько можно было бы ожидать. Инженеры сегодня должны выполнять много экспериментов, потому что балк-технология трудноуправляема. Кто может заранее точно сказать, как новый сплав будет себя вести когда его будут ковать, а потом изогнут миллион раз? Маленькие трещины ослабляют металл, но детали обработки определяют их природу и последствия.

Поскольку ассемблеры будут создавать объекты по точным спецификациям, непредсказуемости оптовой технологии можно будет избежать. Разработчики (будь то человеческий разум или ИИ) далее будут экспериментировать только тогда, когда проведение эксперимента быстрее или дешевле чем вычисление, или (более редкий случай), когда отсутствует базовое знание.

Системы ИИ с доступом к наномашинам многие эксперименты будут выполнять стремительно. Они разработают устройство за секунды, а воспроизводящиеся ассемблеры его построят без многих задержек (заказ специальных частей, их отгрузка и т. п.), которые являются бедой проектов сегодня. Построить экспериментальное устройство масштаба ассемблера, нанокомпьютера или живой клетки будет занимать лишь минуты, а наноманипуляторы будут делать миллион движений в секунду. выполнение миллиона обычных экспериментов одновременно будет легко. Таким образом, вопреки задержкам с экспериментированием, системы автоматизированного проектирования будут продвигать технологию вперёд с ошеломительной скоростью.

От прошлого к будущему, тогда, вероятный рисунок приближающейся способности выглядит примерно так. На протяжение целых временных эпох, жизнь продвигалась вперёд растянутым во времени, медленным темпом, который определялся эволюцией генов. Разум с языком подхватили темп, ускоренный гибкостью мимов. Изобретение методов науки и технологии ещё ускорило продвижение, заставив мимы эволюционировать быстрее. Рост богатства, образования и населения – лучшие физические и интеллектуальные инструменты, продолжили эту тенденцию ускорения на протяжение нашего века.

Автоматизация разработки ускорит темп еще больше. Автоматизированное проектирование улучшится, помогая людям-инженерам генерировать и проверять идеи быстрее, чем когда-либо. Преемники EURISKO сократят сроки проектирования, предлагая проекты и заполняя детали инноваций, вносимых человеком. С какого-то момента полностью автоматизированные системы проектирования станут двигаться вперёд сами по себе.

Параллельно, молекулярная технология разовьется и вызреет, чему будут помогать продвижения в автоматизированном проектировании. Тогда системы ИИ, построенные ассемблерами, дадут еще более стремительное автоматизированную разработку, развивая технологические идеи в темпе, устанавливаемом системами в миллион раз более быстрыми, чем человеческий мозг. Скорость продвижения технологии вперёд тогда ускорится огромнейшим скачком вперёд: за короткое время многие области технологии пододвинутся к своим ограничениям, установленным законом природы. Тогда продвижение в этих областях остановится на очень высоком уровне достижений.

Эта трансформация – головокружительная перспектива. За ней, если мы выживем, лежит мир воспроизводящихся ассемблеров, способных делать всё, что им говорят делать, без необходимости в человеческом труде. За ней, если мы выживем, лежит мир с системами автоматизированного проектирования, способными направить ассемблеры создавать устройства, на пределе возможного, близко к конечным границам технического совершенства.

В конечном счете, некоторые ИИ системы будут иметь и большие технические способности и социальные способности, необходимые, чтобы понимать человеческую речь и желания. Если ей дать достаточно энергии, материалов и ассемблеров, такая система могла бы вероятно называться «машиной-джином» Она произведёт всё, что вы просите, арабская сказка и "О чем вы просите, это произведет, Аравийская легенда и универсальный здравый смысл подсказывают, чтобы мы воспринимали опасности таких машин создания действительно очень серьезно.

Появление решающих крупных достижений в техническом и социальном ИИ займёт годы. Как сказал Марвин Мински, "умеренно "умеренноинтеллектуальные машины ближайшего будущего обещают только давать нам богатство и комфорт неустанных, послушных и недорогих слуг." Большинство систем, называемых ИИ, не думают и не учатся, они являются только грубой выжимкой из знаний и умений экспертов, сохраненных, упакованных и распространяемых для консультаций.

Но прибудет и подлинный ИИ. Удерживать его вне наших ожиданий означало бы жить в мире фантазии. Ожидать ИИ – ни оптимистично, ни пессимистично: как всегда, оптимизм исследователей – пессимизм технофоба. Если мы не готовимся к их прибытию, системы социального ИИ могли бы поставить серьёзную угрозу: подумайте об ущербе, причиняемом всего лишь человеческим интеллектом террористов и демагогов. Подобным образом системы технического ИИ могли бы дестабилизировать мировой баланс в военной сфере, давая одной стороне неожиданное и огромное преимущество. С надлежащей подготовкой, однако, искусственный интеллект мог бы помочь нам строить будущее, которое работает – для Земли, для людей, и для продвижения интеллекта во вселенную. Глава 12 подсказывает подход как часть более общего вопроса управления трансформацией, которую принесут ассемблеры и ИИ.

Зачем нужно обсуждать опасности сегодня? Потому что уже не слишком рано начать разрабатывать институты, способные иметь дело с такими вопросами. Технический ИИ появляется сегодня и каждое его продвижение вперёд ускорит гонку технологий. Искусственный интеллект – всего лишь одна из многих мощных технологий, которыми мы должны научиться управлять, каждая из которых добавляет что-то к сложной смеси угроз и возможностей.

Ту перевернутую чашу мы зовём Небом; под ним, в кишащем курятнике мы бы жили и умирали.

(Омар Каям)

Новая космическая программа

Космос и усовершенствованная технология

Изобилие

Общество с положительной суммой

ЗЕМЛЯ – лишь маленькая часть мира, а остальная часть мира будет важна для нашего будущего. В терминах энергии, материалов и пространства для роста космос – это почти всё. В прошлом инженерные проекты как правило завершались завоеванием нового пространства. В будущем открытые границы космоса расширят человеческий мир. Успехи в ИИ и нанотехнологии будут играть решающую роль.

Чтобы понять космос как границу, для людей это заняло века. Наши предки когда-то видели ночное небо, как черный купол с крошечными искорками, светом, который посылают боги. Они не могли себе представить космическое путешествие, потому что они даже не знали, что космос существует.

Мы теперь знаем, что космос существует, но немного людей уже понимают его ценность. Едва ли это удивительно. Наши умы и культуры развивались на этой планете, и мы только начали воспринимать идею границы дальше неба.

Только в этом столетии такие мечтательные конструкторы как Герман Оберт и Роберт Годдард показали, что ракеты могли бы достичь космоса. Они были в этом уверены, потому что имели достаточно знаний о топливе, двигателях, емкостях и конструкциях, чтобы вычислить, что могли бы делать многоступенчатые ракеты. Однако в 1921 году в Нью-Йорк Таймз журналист в передовой статье упрекал Годдарда за идею, что ракеты могли бы летать через пространство без воздуха, от которого они бы отталкивались, и не далее как в 1956 году британский Королевский астроном фыркал, что "Космические путешествия – полная чепуха." Это лишь показало, что журналисты, пишущие передовицы и астрономы не теми экспертами, которых надо было спрашивать о космических аппаратах. В 1957 году первый спутник вышел на орбиту Земли, за которым последовал Юрий Гагарин. В 1969 году мир стал свидетелем высадки на Луну.

Однако мы заплатили цену за невежество. Так как пионеры космической технологии испытали недостаток в том, чтобы каким-то образом публично выставить свои доказательства, они были вынуждены утверждать отправные пункты снова и снова ("Да, ракеты будут работать в вакууме … Да, они действительно достигнут орбиты…"). Занятые защитой самых основ полётов в космос, у них было мало времени обсудить их последствия. Таким образом, когда Спутник поразил мир и привёл в замешательство Соединённые Штаты, люди были неподготовлены: на тот момент не было широких дебатов, чтобы сформировать стратегию для космического пространства.

Некоторые из пионеров понимали, что делать: построить космическую станцию и космический корабль многократного использования, затем оттуда отправиться на Луну или на астероиды за ресурсами. Но шум взволнованных политических деятелей быстро потопил их предложения, а американские политические деятели требовали большой, легкой для понимания цели. Таким образом был рожден проект Аполлон, гонка, чтобы высадить американского гражданина в самом близком месте, где можно воткнуть флаг. Проект Аполлон обошел построение космической станции и космического челнока, вместо этого создавая гигантские ракеты, способные достичь Луну одним большим прыжком. Проект был великолепен, он дал ученым некоторую информацию, и он принёс большую отдачу благодаря продвижениям в технологии, но по сути, это был выстрел в холостую. Налогоплательщики это видели, конгрессмены это видели, и космическую программу свернули.

Когда проект Аполлон реализовывался, старые мечты господствовали в общественном мнении, и это были простые, романтичные мечты о заселении других планет. Тогда инструменты робота рассеяли мечту об одетой в джунгли Венере, в действительности оказавшейся духовкой во всю планету яда высокого давления. Они стёрли линии, которые начертили на Марсе земные астрономы, и с ними ушли и каналы, и марсиане. Вместо них оказался Марс кратеров и каньонов и сухой летающей пыли. По направлению к Солнцу от Венеры лежит испеченную скала Меркурия; дальше к звёздам от Марса лежат булыжники и лёд. Планеты варьируются от мёртвых к смертельно опасным, и мечта о новых Землях отступила к удалённым звёздам. Космос казался мёртвой целью.

Новая космическая программа возникла из руин старых. Новое поколение защитников темы космоса, инженеров и предпринимателей, теперь стремится сделать космос границей, которой он должен был быть с самого начала – местом для развития и использования, не для пустых политических жестов. они уверены в успехе, потому что развитие космического пространства не требует прорывов в науке или технологии. Зато человеческая раса могла бы завоёвывать космос, применяя технологии двадцатилетней давности, а избегая пустых полётов, мы могли бы вероятно делать это с прибылью. Различная деятельность в космосе не обязательно должна быть дорогой.

Рассмотрите высокую стоимость выхода на орбиту сегодня – тысячами долларов за килограмм. Откуда она происходит? Наблюдателю запуска челнока, потрясённому рёвом и напуганному пламенем, ответ кажется очевидным: топливо должно стоить кучу денег. Даже авиалинии платят примерно половину своих операционных издержек за топливо. Ракета напоминает лайнер – она сделана из алюминия и начинена двигателями, системами управления и электроникой – но топливо составляет почти всю её массу, когда она стоит на взлётном поле. Таким образом можно ожидать, что на топливо приходится порядком более половины операционных издержек ракеты. Но это ожидание ошибочно. В полёте на Луну на стоимость топлива, которое было необходимо, чтобы достичь орбиты, приходилось менее чем миллион долларов – несколько долларов за килограмм, отправленный на орбиту, лишь малая доля процента всех затрат. Даже сегодня топливо остаётся незначительной частью стоимости космического полёта.

Почему полёт в космос стоит настолько дороже, чем авиарейс? Отчасти, потому что космический корабль не делается серийно; это вынуждает изготовителей покрывать их затраты на разработку из продаж только нескольких единиц, и делать те немногие единицы вручную по высокой стоимости. Далее, большинство космических кораблей выбрасывается после одного использования, и даже челноки летают только несколько раз в год – их стоимость не может быть распространена на несколько рейсов в день в течение многих лет, в то время как стоимость воздушных лайнеров может. Наконец, затраты космопорта сейчас распределяются только на несколько полётов в месяц, тогда как большие аэропорты могут распределять свои издержки на многие тысячи. Всё это сходится воедино, чтобы сделать полёт в космос обескураживающе дорогим.

Но исследования аэрокосмической компании Боинг (это – люди, которые обеспечили большую часть мира недорогими реактивными транспортными средствами) показывают, что флот, состоящий из челноков действительно многократного использования, на которых летают и которые поддерживаются подобно воздушным лайнерам, снизил бы стоимость выхода на орбиту в 50 раз и более.

Космос предлагает обширные возможности для промышленности. Хорошо известны преимущества спутников связи и наблюдений с орбиты за космическими и земными объектами. Будущие спутники связи будут достаточно мощны, чтобы связываться с ручными станциями на земле, принеся окончательную мобильность в телефонных услугах. Компании уже предпринимают усилия, чтобы извлечь преимущество нулевой гравитации для выполнения тонких процессов сепарации, чтобы делать улучшенные фармацевтические препараты; другие компании планируют выращивать улучшенные электронные кристаллы. За годы до того как ассемблеры вступят в производство материалов, инженеры будут использовать космическую среду, чтобы расширить возможности балк-технологии. Космическая промышленность будет обеспечивать растущий рынок для услуг запуска кораблей, снижая издержки по запуску. Падение издержек по запуску в свою очередь будет стимулировать рост космической промышленности. Ракетный транспорт на земную орбиту наконец станет экономически оправданным.

Космические проектировщики и предприниматели уже смотрят далее земной орбиты на ресурсы солнечной системы. Однако в дальнем космосе ракеты быстро станут слишком дорогим средством транспортировки – они будут сжирать топливо, которое само должно было транспортироваться ракетой в космос. Ракеты на сжигаемом топливе стары как китайские фейерверки, намного старше "флага, усыпанного звёздочками". Они развились по естественным причинам: компактные, мощные и полезные для военных, они могут пробиваться сквозь воздух и противодействовать сильной гравитации. Однако космическим инженерам известны альтернативы.

Транспортным средствам не требуется огромных взрывов энергии, чтобы двигаться через свободный от трения вакуум космоса. Маленькие силы могут медленно и устойчиво разгонять транспортное средство до огромных скоростей. Поскольку энергия имеет массу, солнечный свет, попадающий в тонкое зеркало – солнечный парус, обеспечивает такую силу. Притяжение гравитации Солнца обеспечивает другую силу. Вместе давление света и гравитация могут носить космические корабли в любое место Солнечной системы и обратно. Только жар вблизи Солнца и сопротивление атмосфер планет будут ограничивать путешествия, заставляя паруса избегать эти места.

НАСА изучило солнечные паруса, разработанные, чтобы их везти в космос в ракетах, но они должны быть довольно тяжелы и прочны, чтобы выдержать нагрузку запуска и разворачивания. В конце концов инженеры будут изготавливать паруса в космосе, используя структуры с высоким отношением прочности к массе для поддержки зеркал из тонкой металлической плёнки. Результатом будет "световой парус", высокоэффективный тип солнечного паруса. После ускорения в течение года световой парус может достичь скорости сто километров в секунду, оставляя самые быстрые сегодняшние ракеты далеко позади.

Если вы вообразите сеть графито-волокных нитей, сплетаемую паучью сеть шириной в километры, с промежутками между нитями размером с футбольное поле, вы будете на правильном пути, чтобы представить себе структуру светового паруса. Если вы изобразите промежутки, соединенные тонкими светоотражающими плоскостями из алюминиевой фольги тоньше чем мыльный пузырь, вы будете иметь неплохое представление, как он выглядит: большое количество отражающих поверхностей, прочно связанных друг с другом и образующих обширную слегка колеблющуюся мозаику зеркал. Теперь изобразите груз, висящий на сети как парашютист с парашюта, в то время как центробежные силы держат подвешенные на сети зеркала натянутыми и плоскими в вакууме, и вы получите почти достоверную картину.

Чтобы построить световой парус с помощью балк-технологии, мы должны научиться делать их в космосе; их обширные отражатели будут слишком тонки, чтобы пережить запуск корабля в космос и разворачивание. Нам придётся строить структур каркаса, производить тонкую плёнку отражателей, и использовать удалённо управляемые манипуляторы в космосе. Но проектировщики космических программ уже намереваются овладеть созданием конструкций, производством и робототехникой для других космических приложений. Если мы построим световой парус в начале космического развития, в этом начинании будут использоваться эти умения и при этом не будет требоваться запуск в космос большого количества материала. Хотя каркас и будет занимать огромную площадь, он (вместе с материалами для большого количества парусов) будет достаточно лёгок, чтобы вывести его на орбиту за один или два полёта космического челнока.

Средства производства паруса произведут паруса дешево. Паруса, если их один раз построить, использовать будет дёшево: у них будет немного критических движущихся частей, небольшая масса, и нулевое потребление топлива. Они будут крайне сильно отличаться от ракет по форме, функции и стоимости эксплуатации. На самом деле вычисления подсказывают, что издержки будут отличаться в пользу световых парусов приблизительно в тысячу раз.

Сегодня большая часть людей рассматривает остальную часть солнечной системы как огромную и недоступную. Она и правда обширна; также как и Земле, будут требоваться месяцы, чтобы сплавать с парусом туда и обратно. Однако её очевидная недоступность меньше относится к расстоянию, чем к стоимости перемещения с помощью ракет.

Световые паруса смогут преодолеть барьер стоимости, открывая дверь в Солнечную систему. Световые паруса будет делать другие планеты более достижимыми, но это не сделает планеты намного более полезными: они останутся смертоносными пустынями. Гравитация планет будет препятствовать световым парусам спускаться на их поверхность и будет препятствовать развитию промышленности на их поверхности. Вращающиеся космические станции могут имитировать гравитацию, если это необходимо, но привязанная к планете станция избежать её не способна. Что ещё хуже, атмосферы планет блокируют солнечную энергию, распространяют пыль, подвергают металл коррозии, нагревают холодильники, охлаждают печи и сдувают все вещи. Даже безвоздушный Марс вращается, создавая препятствие для солнечного света в течение половины времени, и имеет достаточно гравитации, чтобы почти полностью задерживать солнечный свет. Световые паруса быстры и могут работать без устали, но не прочны.

Огромная и непреходящая ценность космоса находится в его запасах вещества, энергии и пространства. Планеты занимают место и задерживают энергию. Материальные ресурсы, которые они располагают, размещены неудобно. Астероиды, напротив, – это летающие горы ресурсов, которые имеют орбиты, проходящие через всю солнечную систему. Некоторые пересекаются с орбитой Земли; некоторые даже столкнулись с Землей, оставив на ней кратеры. Разработка астероидов на полезные ископаемые выглядит реальной. Нам могут понадобиться ревущие ракеты, чтобы выводить что-то в космос, но метеориты доказывают, что целые горы могут сваливаться из космоса, и, подобно космическим челнокам, объекты, падающие из космоса, не обязательно сгорают по пути вниз. Отправка посылок с материалами с астероидов на Землю с приземлением на соляных отмелях будет стоить немного.

Даже маленькие астероиды велики в человеческих понятиях: они содержат миллиарды тонн ресурсов. Некоторые астероиды содержат воду и вещество, похожее на нефтяной сланец. Некоторые состоят просто из обычного камня. Некоторые содержат металл, содержащий редкоземельные элементы, элементы, которые погрузились так глубоко, что их трудно достать, очень давно, в период формирования металлического ядра Земли: эта сталь из метеоритов – прочный, стойкий сплав железа, никеля и кобальта, обладает значительным содержанием металлов платиновой группы и золота. Кусок шириной в километр этого материала (а их много), содержит драгоценных металлов стоимостью на несколько триллионов долларов, вперемешку с таким количеством никеля и кобальта, чтобы обеспечить земную промышленность на много лет.

Солнце заливает космос легко собираемой энергией. Каркас размером в квадратный километр, содержащий отражатели из металлической плёнки, соберет более чем миллиард ватт солнечного света, там нет ни облаков, ни ночи. В невозмутимости космоса, где не бывает погодных явлений, тончайший коллектор будет прочен как дамба гидроэлектростанции. Так как Солнце выделяет столько же энергии за микросекунду, сколько всё человечество сейчас использует за год, энергия ещё на протяжении некоторого времени не будет ограниченным ресурсом.

Наконец, сам космос предлагает пространство для жизни. Когда-то люди понимали жизнь в космосе как жизнь на планетах. Они воображали куполообразные города, построенные на планетах, мертвые планеты, медленно преобразуемые в планеты, подобные Земле, и планеты, похожие на Землю, до которых долетают за годы звёздных полётов. Но планета – это как покупка комплекта товаров – обычно они предлагают не ту гравитацию, атмосферу, продолжительность дня и местоположение.

Свободное космическое пространство предлагает лучшее место для строительства. Профессор Джерард О'Нейлл Принсетонского университета привлёк к этой идеи общественное внимание, помогая восстановить интерес к космосу после неудачи с Аполлоном. Он показал, что обычные строительные материалы – сталь и стекло, могли бы использоваться для строительства обитаемых цилиндров в космосе, километрами длиной и в окружности. По его проекту прослойка грязи под ногами защищает его жителей от естественного излучения космоса, также как жителей Земли защищает воздух над их головами. Вращение создаёт ускорение, равняющееся земной гравитации, а широкие зеркала и оконные панели заливают солнечным светом всё внутри. Добавьте почву, ручьи, растительность и воображение, и земли внутри могли бы посоперничать с лучшими долинами на Земле, если их рассматривать как места для жизни. Только с ресурсами астероидов, мы будем способны построить практически эквивалент тысяч новых планет Земля.

Приспосабливая существующую технологию, мы могли бы открыть космические просторы. Перспектива ободряющая. Оно показывает нам понятный способ обойти земные ограничения роста, уменьшая одно из опасений, которое омрачало наше взгляд в будущее. Таким образом перспектива космических просторов может мобилизовать надежду людей – ресурс, которого нам потребуется очень много, если мы собираемся иметь дело с остальными проблемами.

Приспосабливая имеющуюся технологию, мы могли бы действительно открыть космические просторы – но мы этого делать не будем. По пути, который просматривается из сегодняшнего космического движения, человеческой цивилизации потребовалось бы десятки лет, чтобы прочно обосноваться в космосе. До этого момента прорывы в технологии откроют новые пути.

В настоящее время группам инженеров обычно требуется от пяти до десяти лет для разработки новой космической системы, при этом тратится от десятков до тысяч миллионов долларов. Эти задержки на разработку и затраты делают прогресс болезненно медленным. В грядущие годы, однако, автоматизированные системы разработки разовьются в полностью автоматические проектировочные системы. Как только это произойдёт, задержки на разработку и затраты уменьшатся, а затем резко упадут; производственные системы, управляемые компьютерами сократят общие затраты ещё больше. Придёт день, когда автоматизированная разработка и производство сделают разработку космических систем более чем в десять раз более быстрыми и дешёвыми. Наше продвижение в космос резко ускорится.

Будут ли к тому времени осваивающие космос смотреть в прошлое на наши существующие космические программы как на ключ к космическому развитию? Не исключено, что нет. Они увидят больше технического прогресса, произошедшего за несколько лет, чем космические инженерам раньше удавалось за несколько десятилетий. Они вполне могут придти к заключению, что ИИ и робототехника сделали больше для космического развития, чем сделала целая армия инженеров НАСА.

Ассемблерная революция и автоматическая разработка объединятся, чтобы произвести прогресс, который заставит наши сегодняшние усилия по освоению космоса казаться старинной диковинкой. В главе 4 я описал, как самовоспроизводящиеся ассемблеры будут способны строить лёгкий и прочный двигатель ракеты с использованием минимум человеческого труда. Используя подобные методы, мы будем строить весь космический флот с малыми издержками и необычайной производительностью. При равном весе их материалы, построенные по алмазной структуре, примерно в пятьдесят раз более прочные (и в четырнадцать раз более жёсткие), чем алюминий, используемый в сегодняшних космический челноках; космические корабли, построенные из этих материалов, можно сделать на 90 процентов более лёгкими, чем аналогичные корабли сегодня. Выйдя в космос, космический корабль развернёт солнечные коллекторы для сбора энергии, которая там в изобилии. Используя эту энергию для питания ассемблеров и дизассемблеров, они будут перестраивать себя в полёте так, чтобы соответствовать изменяющимся условиям или прихотям своих пассажиров. Сегодня космическое путешествие – это сложная задача. Завтра оно будет лёгким и удобным.

С момента, когда нанотехнология обоснуется в производстве маленьких объектов, подумайте о самом маленьком космическом корабле, несущего человека: скафандр. Вынужденные использовать непрочные, тяжелые и пассивные материалы, инженеры сейчас делают большие неуклюжие скафандры. Взгляд на усовершенствованный скафандр проиллюстрирует некоторые возможности нанотехнологии.

Представьте себе, что вы – на борту космической станции, вращающейся, чтобы симулировать нормальную гравитацию Земли. После инструктажа, вам дают примерить костюм: он висит на стене, серый, похожий на резину, с прозрачным шлемом. Вы снимаете его, поднимаете его ощутимый вес, раздеваетесь и входите в него через открытый шов с передней стороны.

Костюм ощущается мягче самого мягкого каучука, но имеет гладкую внутреннюю поверхность. Он легко надевается на вас и шов запечатывается в одно прикосновение. Он плотно облегает вашу кожу, подобно тонкой кожаной перчатке вокруг ваших пальцев, утончаясь на ваших руках и становясь толстым как ладонь в районе поясницы. За вашими плечами едва заметный, находится маленький ранец. Вокруг вашей головы – почти невидимый шлем. Под вашей шеей внутренняя поверхность костюма облегает вашу кожу лёгким одинаковым прикосновением, которое вскоре становится почти неощутимым.

Вы встаете и проходитесь, экспериментируя. Вы подпрыгиваете на носках и не чувствуете никакого дополнительного веса костюма. Вы наклоняетесь и выпрямляетесь и не чувствуете никакого стеснения, никаких складок, никаких мест, где давит. Когда вы трёте пальцы друг о друга, это ощущается, как будто на них ничего нет, но как будто они слегка толще. Как вы дышите, воздух ощущается чистым и свежим. Фактически вы чувствуете, что вы могли бы забыть, что вообще на вас есть костюм. Что более важно, вы чувствуете себя также удобно, когда выходите в космический вакуум.

Костюм умеет делать это все и более того посредством сложных процессов в структуре его материала, текстура которого почти столь же сложна, как у живой ткани. Палец перчатки толщиной в миллиметр имеет место для тысячи слоев толщиной в микрон активных наномашин и наноэлектроники. На участке размером с кончик пальца достаточно места для миллиарда механических нанокомпьютеров, при этом 99.9 процентов места останется для других компонентов.

В частности останется место для активной структуры. Средний слой материала костюма содержит трехмерную ткань из волокон на алмазной основе, действующих во многом подобно искусственному мускулу, но способных как толкать, так и тянуть (это обсуждается в Примечаниях). Эти волокна занимают много места и делают материал костюма прочным как сталь. Приводимые в движение микроскопическими электромоторами и управляемые нанокомпьютерами, они придают материалу костюма его гибкую прочность, давая ему возможность растягиваться, сжиматься и сгибаться как необходимо. Когда костюм ощущался мягким, это было благодаря тому, что он запрограммирован быть мягким. Костюму совсем не сложно сохранять свою форму в вакууме; он имеет достаточно прочности, чтобы не раздуваться как воздушный шар. Аналогично, ему совершенно не сложно поддерживать свой собственный вес и двигаться так, чтобы соответствовать вашим движениям, быстро, гладко и без сопротивления. Это – одна причина, почему почти не чувствуется, что он вообще одет.

Кажется, что на пальцах ничего не надето, потому что вы чувствуете, текстуру того, к чему прикасаетесь. Это происходит, потому что датчики давления покрывают поверхность костюма, а активная структура покрывает его внутреннюю поверхность: перчатка чувствует форму всего, к чему бы вы ни прикоснулись, и передаёт подробный рисунок давления, который предмет производит, и передаёт такую же образец текстуры на вашу кожу. Также она делает обратный процесс, передавая во вне подробный рисунок давления, который оказывает ваша кожа на внутреннюю поверхность перчатки. Таким образом перчатка делает вид, что её нет, и ваша кожа ощущается, как будто на ней почти ничего нет.

Костюм имеет прочность стали и гибкость вашего собственного тела. Если вы измените настройки костюма, он будет продолжать соответствовать вашим движениям, но иначе. Вместо того, чтобы просто передавать силу, которую вы прикладываете, он усиливает её в десять раз. Аналогично, когда что-то касается вас, костюм передаст внутрь только одну десятую силы. Теперь вы готовы для схватки с гориллой.

В свежем воздухе, который вы вдыхаете, уже нет ничего удивительного; рюкзак содержит в себе обеспечение воздухом и остальным, что вы потребляете. Однако после нескольких дней, проведённых вне корабля на солнечном свете, воздух у вас не будет заканчиваться: подобно растению, костюм поглощает солнечный свет и углекислый газ, который вы выдыхаете, производя свежий кислород. Также, подобно растению (или целой экосистеме), он расщепляет остальные отходы жизнедеятельности на простые молекулы и вновь собирает их в молекулярные структуры свежей, цельной еды. В действительности костюм будет обеспечивать ваш комфорт, дыхание и хорошее питание почти где угодно в пределах Солнечной системы.

Что более важно, костюм долговечен. Он может выдержать отказ многочисленных наномашин, потому в нём есть очень большое количество других, которые возьмут ответственность на себя. Пространство между активными волокнами оставляет достаточно места для ассемблеров и дизассемблеров, чтобы везде перемещаться и восстанавливать поврежденные устройства. Костюм ремонтирует себя с той же скоростью, с которой изнашивается.

В пределах границ возможного, костюм мог бы иметь множество других полезных возможностей. Пятнышко материала меньше булавочной головки, могло бы содержать текст всех когда-либо изданных книг и показываться на складном экране". Другое пятнышко могло бы быть «зёрнышком», содержащим информацию об огромном количестве устройств, большем чем всё человечество построило до сегодняшнего дня, вместе с самовоспроизводящимися ассемблерами, способными произвести любое из них.

Что более важно, быстрые системы технического ИИ, такие как описанные в предыдущей главе, могли бы спроектировать костюм за утро и иметь построить его к полудню.

Все, что мы делаем в космосе с помощью современной балк-технологии, будет стремительно и намного превзойдено вскоре после того как прибудут молекулярная технология и автоматическая разработка. В частности мы будем строить самовоспроизводящиеся ассемблеры, которые будут работать в космосе. Эти репликаторы будут использовать солнечную энергию, как это делают растения, и с её помощью они превратят камни астероидов в свои копии и продукты для использования людьми. С ними мы получим все ресурсы солнечной системы.

К настоящему моменту большинство читателей заметило, что это, подобно некоторым более ранним обсуждениям, звучит как научная фантастика. Некоторые могут радоваться, иные будут встревожены, что будущие возможности действительно будут этого рода. Некоторым, однако, может казаться, что если что-либо "звучит как научная фантастика", то это – основание, чтобы об этом не думать и не принимать во внимание. Это ощущение общераспространённое и заслуживает более подробного рассмотрения.

Технология и научная фантастика уже длительное время находятся в любопытных отношениях. Воображая будущие технологии, авторы научной фантастики руководствовались отчасти наукой, отчасти глубокими человеческими устремлениями и желаниями, а частично требованием рынка на причудливые истории. Что-то из того, что они себе воображали, позже становилось реальным, потому что идеи, которые кажутся возможными и интересными в фантастике, однажды оказываются возможными и привлекательными в реальности. Что более важно, когда учёные и инженеры предвидят разительную возможность, такую как полёт в космос с помощью ракеты, писатели научной фантастики обычно вцепляются в эту идею и её популяризируют.

Позже, когда продвижение технологии делает эти возможности ближе к реализации, другие авторы исследуют факты и описывают перспективы. Эти описания, если они не слишком абстрактны, далее звучат как научная фантастика. Будущие возможности будут часто напоминать сегодняшнюю фантастику, также как роботы, космические корабли и компьютеры напоминают вчерашнюю фантастику. Может ли быть иначе? Впечатляющие новые технологии выглядят как научная фантастика, потому что авторы научной фантастики, вопреки своим многочисленным вымыслам, не слепы и имеют профессиональный интерес к этой области.

Авторы научной фантастики часто заменяют вымыслом научную сторону своих историй, чтобы «объяснить» впечатляющие технологии. Тогда некоторые не очень чётко мыслящие люди берут все описания впечатляющих технических успехов, сваливают их в одну кучу с этой вымышленной, поддельной наукой, и игнорируют всё вместе. Это к сожалению. Когда инженеры проектируют будущие возможности, они проверяют свои идеи, изменяя их так, чтобы они соответствовали наилучшим образом тому, как мы понимаем законы природы. Получающиеся в результате концепции необходимо отличать от идей, развитых, чтобы удовлетворять спросу на макулатурную фантастику. От этого зависят наши жизни.

Многое останется невозможным, даже с молекулярной технологией. Никакой скафандр, хотя и изумительный, не будет способен летать туда сюда с бесконечно огромными скоростями, или выдерживать большие взрывы, или проходить через стены, или даже бесконечно сохранять прохладу в горячем изолированном месте. Мы должны проделать длинный путь прежде достигнем пределы возможного, однако пределы существуют. Но эта тема обсуждается ниже.

Ресурсы космоса объединяются с ассемблерами и автоматическими системами проектирования, чтобы создать картину великого будущего материального изобилия. Что это означает, можно лучше всего понять, исследуя затраты.

Затраты отражают пределы наших ресурсов и способностей; высокие затраты указывают на ограниченные ресурсы и трудные цели. Пророки дефицита в сущности предсказали резко повышающуюся стоимость ресурсов, и вместе с ней определённый сорт будущего. Стоимость ресурсов, однако, всегда зависит от технологии. К сожалению инженеры, пытаясь предсказать стоимость будущих технологий обычно сталкиваются с клубком деталей и неопределённости, который оказывается невозможно распутать. Эта проблема затрудняет наше понимание будущего.

Перспектива самовоспроизводящихся ассемблеров, автоматического проектирования и космических ресурсов разрубает этот Гордиев узел предсказания затрат. Сегодня стоимость изделий включает затраты рабочей силы, капитала, сырья, энергии, земли, утилизации отходов, организации, распределения, налогов и разработки. Чтобы понять, как изменяться общие издержки, рассмотрим эти элементы один за другим.

Рабочая сила. Самовоспроизводящиеся ассемблеры не будут требовать какой-либо рабочей силы, которая бы их строила, как только существует первый ассемблер. Разве могут помочь человеческие руки работе ассемблера? Далее, с роботами и устройствами различных размеров для сборки частей в большие системы, полный производственный процесс от сборки молекул до сборки небоскребов мог бы не включать трудовые затраты.

Капитал. Системы, основанные на ассемблерах, если их должным образом запрограммировать, будут сами производительным капиталом. Вместе с большими роботизированными) машинами, они будут способны строить практически всё что угодно, включая копии себя. Поскольку этот самовоспроизводящийся капитал будет способен удваиваться много раз за день, только спрос и доступные ресурсы будут ограничивать его количество. Капитал как таковой практически издержек не требует.

Сырье. Так как молекулярные машины будут располагать атомы наилучшим образом, небольшое количество материала может использоваться очень долго. Обычные элементы, такие как водород, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний окажутся лучшими для постройки основной массы большинства структур, средств транспорта, компьютеров, одежды и т. д.: они лёгкие и образуют прочные связи. Поскольку грязь и воздух содержат эти элементы в изобилии, сырьё будет также дёшево как грязь.

Энергия. Ассемблеры будут способны работать от химической, либо электрической энергии. Построенные ассемблерами системы будут преобразовывать солнечную энергию в химическую, подобно растениям, или солнечную в электрическую, подобно солнечным батареям. Существующие солнечные батареи уже более эффективны чем растения. С самовоспроизводящимися ассемблерами для постройки коллекторов солнечной энергии, топливо и электрическая энергия будут стоить очень мало.

Земля. Системы производства, основанные на ассемблерах, будут занимать мало места. Большинство могли бы уместиться в шкафу (или в наперстке, или в булавочной головке); системы большего размера могли бы быть размещены под землёй или в космосе, если кому кто-то захочет что-то, что требует такого ужасного количества места. Производственные системы, основанные на ассемблерах будут дёшево производить и землеройные машины, и космические корабли.

Утилизация отходов. Ассемблерные системы будут способны контролировать атомы, которые они используют, делая производство таким же чистым как растущая яблоня, или даже чище. Если же этот сад всё равно окажется слишком грязным или неприятным взору, мы сможем полностью перенести его с Земли в космос.

Организация. Сегодня, фабричное производство требует организации для координации усилий большого числа рабочих и менеджеров. В производственных машинах на базе ассемблеров не будет никаких людей, они просто будут сидеть и делать вещи на заказ. Их начальное программирование обеспечит всю организацию и информацию, необходимые, чтобы делать целый спектр продуктов.

Распределение. С автоматическими транспортными средствами, передвигающимися по туннелям, созданных дешевыми землеройными машинами, для распределения нет нужды ни использовать рабочую силу, ни губить пейзаж. С ассемблерами в доме и в населённом пункте, прежде всего будет меньшее необходимости в самом распределении.

Налогообложение. Большинство налогов забирают установленный процент с цены, и таким образом добавляет установленный процент к стоимости. Если стоимость пренебрежимо мала, налог будет незначителен. Далее, правительства со своими собственными репликаторами и сырьем будут иметь меньшее причин обкладывать налогами людей.

Разработка. Если сложить упомянутые выше пункты, то затраты производства получают низкими. Системы технического ИИ, избегая стоимости труда по разработки, фактически устранят затраты на проектирование. Сами эти системы ИИ будут недороги в производстве и эксплуатации, построенные с помощью ассемблеров и не имея никаких склонностей кроме как к проектированию.

Короче говоря, в конце длинной линии прибыльных достижений в компьютерных и молекулярных технологиях, стоимость проектирования и создания вещей понизится разительно. Я упомянул выше "сырье, дешёвое как грязь, и действительно, ассемблеры будут способны делать почти всё что угодно из грязи и солнечного света. Космические ресурсы, однако, изменят "дешёвое как «грязь» в "дешевле дешёвой грязи": верхний слой почвы имеет ценность в экосистеме Земли, но камни из астероидов прибудут из мертвой и тоскливой пустыни. Таким же самым образом, ассемблеры в космосе будут сцеживать дешёвый солнечный свет.

Космические ресурсы огромны. Один астероид мог бы похоронить все континенты Земли под километровым слоем сырья. Космос поглощает 99.999999955 процентов света Солнца, который не падает на Землю, и большая часть уходит в межзвездную пустоту.

Космос содержит материю, энергию и пространство, достаточные для проектов громадного размера, включая обширные космические поселения. Системы на базе репликаторов будут способны строить миры размера континентов, походящие на цилиндры доктора О'Нейлла, но сделанные из прочного материала на базе углерода. Со всеми этими материалами и водой из ледяных лун других солнечных систем, мы будем способны создавать не только земли в космосе, но целые моря, шире и глубже, чем Средиземное. Построенные с помощью энергии и из материалов космоса, эти широкие новые земли и моря будут стоить Земле и её людям почти ничего в терминах ресурсов. Главное требование будет запрограммировать первый репликатор, но системы ИИ с этим помогут. Самой большой проблемой будет решить, чего же мы хотим.

Как Константин Циолковский писал в начале двадцатого века, "Человек не всегда будет оставаться на Земле; поиски света и пространства будут вести его к проникновению за границы атмосферы, сначала робко, но в конце, чтобы завоевать всё солнечное пространство." В мёртвый космос мы принесём жизнь.

А репликаторы дадут нам ресурсы, чтобы достичь звезд. Световой парус, подталкиваемый к звёздам лишь солнечным светом, скоро оказался бы дрейфующим в темноте – быстрее любой современной ракеты, но все же настолько медленно, что будет потребуются тысячелетия, чтобы пересечь межзвёздное пространство. Однако мы можем построить огромное количество лазеров, вращающихся вокруг Солнца, и с их помощью запускать лучи намного дальше нашей солнечной системы, разгоняя парус вплоть до скорости света. В этом случае перелёт займёт лишь годы.

Проблему представляет торможение. Фриман Дисон из Принстона предлагает тормозить корабль с помощью магнитных полей в тонком ионизированном межзвёздном газе. Роберт Форвард из "Хьюджез рисёрч лабораториз" предлагает отражать свет лазера от паруса, направляя свет по направлению движения паруса, чтобы тормозить меньший парус, следующий позади. Этот способ или другой (а есть ещё много других), звёзды находятся в пределах нашей досягаемости.

На долгое время вперед, однако, солнечная система может обеспечивать достаточно места. Околоземный космос содержит места для земли с площадью миллион площадей земной поверхности. Нет ничего, что могло бы препятствовать эмиграции или визитам обратно в старую страну. У нас не будет проблем с обеспечением энергией транспортной системы, солнечный свет, падающий на Землю, обеспечивает за десять минут достаточно энергии, чтобы всё население Земли вывести на орбиту. И космические путешествия, и космические поселения станут дешёвыми. Если мы мудро распорядимся молекулярной технологией, наши потомки будут удивляться, что нас так долго удерживало на Земле, и в такой бедности.

Могло бы показаться, что стоимость всего – даже земли, если каждому не захочется тысяч километров камня под ногами – понизится до нуля. В некотором смысле, это почти правильно; в другом смысле, это достаточно ошибочно. Люди всегда будут ценить материю, энергию, информацию и подлинно человеческое обслуживание, поэтому все еще будет иметь свою стоимость. И в конечном счете, мы встанем перед реальными пределами росту, так что стоимость ресурсов не может быть сброшена со счетов.

Тем не менее, если мы выживем, репликаторы и космические ресурсы принесут долгую эру, в которой настоящие пределы ресурсам еще не будут нас стеснять – эра, когда по нашим сегодняшним стандартам даже огромное богатство будет казаться практически бесплатным. Это может показаться слишком хорошим, чтобы быть правдой, но природа (как обычно) не устанавливает свои границы в зависимости от человеческих ощущений. Наши предки когда-то думали, что разговаривать с кем-то за морем (многомесячный морской переход на парусном корабле) было бы слишком хорошо, чтобы быть правдой, но кабели, проложенный под морем, и спутники, летающие над ним тем не менее работают.

Но имеется другой, менее приятный ответ для тех, кто думает, что ассемблеры – слишком хорошо, чтобы быть правдой: ассемблеры также угрожают принести опасности и оружие, более опасные, чем всё виденное до сих пор. Если нанотехнологии можно было бы избежать, но не контролировать, то здравомыслящие люди бы её избегали. Однако гонка технологий породит ассемблеры из биотехнологии также наверняка как она родила космические корабли из ракет. Только военные преимущества сами по себе будут достаточны, чтобы сделать прогресс почти неизбежным. Ассемблеры неизбежны, но возможно могут контролироваться.

Наша серьёзная задача – избежать опасностей, но это потребует сотрудничества, и более вероятно, что мы будем сотрудничать, если поймём, как мы сможем извлечь из этого пользу. Перспектива космоса и самовоспроизводящихся ассемблеров может помочь нам прояснить один древний и опасный мим.

Человеческая жизнь когда-то была подобна игре с нулевой суммой. Человечество жило близко к своему экологическому пределу, и племена боролись друг с другом за жизненное пространство. Где дело касалось пастбищ, земли для возделывания и территорий, где можно охотиться, больше для одной группы означало меньше для другой. Поскольку выигрыш одного примерно равнялся проигрышу другого, чистая общая выгода равнялась нулю. Однако люди, которые сотрудничали по другим вопросам, преуспевали, и таким образом наши предки научились не только захватывать, но и кооперировать и строить.

Где дело касается налогов, трансфертных платежей и сражений в суде, больше для одного все еще значит меньше для другого. Мы увеличиваем общее богатство медленно, а перераспределяем его стремительно. В любой данный день наши ресурсы кажутся постоянными, и это вызывает иллюзию, что жизнь – это жизнь с нулевой суммой. Эта иллюзия подсказывает, что широкая кооперация бессмысленна, потому что наш выигрыш должен следовать из проигрыша какого-либо противника.

История прогресса человечества доказывает, что мировая игра может быть с положительной суммой. Ускорение экономического роста за последние века показывает, что богатый может стать богаче, в то время как бедный становится тоже более богатым. Несмотря на прирост населения (и идее относительно деления постоянного пирога), среднее богатство на человека по всему миру, включая страны третьего мира, устойчиво становится больше. Экономические колебания, повороты вспять местного значения, и естественная тенденция средств массовой информации фокусироваться на плохих новостях – всё это объединяется, чтобы затемнить факт экономического роста, но общедоступные данные показывают это с достаточной очевидностью. Космические ресурсы и самовоспроизводящиеся ассемблеры ускорят эту историческую тенденцию выше мечтаний экономистов, запуская человечество в новый мир.

Одна из того, что отличает наше от всех предыдущих поколений – это то, что мы видели атомы, из которых состоим.

(КАРЛ К. ДАРРОУ, Ренессанс Физики)

Жизнь, разум и машины

От лекарств к машинам ремонта клеток

Машины ремонта клеток

Некоторые примеры излечения

Анестезия плюс

От Функции к структуре

От лечения болезни к установлению здоровья

Болезнь по имени «старение»

МЫ БУДЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ молекулярную технологию, чтобы принести здоровье, потому что человеческое тело сделано из молекул. Больные, старые и раненные – все страдают того, что атомы устроены в неправильные структуры, которые появились будь то из-за вторжения вирусов, прошествия времени или свернувших с дороги автомобилей. Устройства, способные переупорядочить атомы будут способны устанавливать их в правильное положение. Нанотехнология принесёт фундаментальный прорыв в медицине.

Сейчас врачи полагаются в основном на хирургию и лекарства для лечения болезни. Хирурги продвинулись от зашивания ран и ампутации конечностей к восстановлению сердца и пришиванию конечностей. С использованием микроскопов и точных инструментов, они соединяют тонкие сосуды крови и нервы. Однако даже самый лучший микрохирург не может разрезать и сшить более тонкие структуры ткани. Современные скальпели и нити для сшивания ран просто слишком грубы для починки капилляров, клеток и молекул. Рассмотрите «тонкую» хирургию с клеточной перспективы: вонзается огромное лезвие, разрубая вслепую мимо и через молекулярные механизмы огромного количества клеток, убивая при этом тысячи. Затем огромный обелиск ныряет сквозь разделённые толпы клеток, протаскивая за собой кабель, широкий как товарный поезд, чтобы связать эти толпы клеток снова. С клеточной перспективы, даже самая тонкая хирургия, выполняемая самыми тонкими скальпелями и с величайшим мастерством, всё же ещё работа мясника. Только способность клеток изолировать мёртвые, перегруппировываться и размножаться делает лечение возможным.

Однако как слишком хорошо знают многие парализованные жертвы несчастных случаев, не все ткани заживают.

В отличие от хирургии, лекарственная терапия имеет дело с самыми тонкими структурами в клетках. Молекулы лекарств – простые молекулярные устройства. Многие воздействуют на специфические молекулы в клетках. Молекулы морфия, например, связываются с определёнными рецепторными молекулами в мозговых клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнализируют о боли. Инсулин, бета-блокираторы и другие лекарства соответствуют другим рецепторам. Но молекулы лекарств действуют без направления. Будучи один раз введёнными в тело, они толкаются и ударяются везде в растворе случайным образом до тех пор, пока они не ударятся в целевую молекулу, окажутся соответствующими и прилипнут, воздействуя на её функцию.

Хирурги могут видеть проблемы и планировать действия, но у них имеются грубые инструменты; молекулы лекарств воздействуют на ткани на молекулярном уровне, но они слишком просты, чтобы ощущать, планировать и действовать. Но молекулярные машины, управляемые нанокомпьютерами предложат врачам иную альтернативу. Они объединят датчики, программы и молекулярные инструменты, чтобы образовывать системы, способные исследовать и восстанавливать элементарные компоненты отдельных клеток. Они дадут хирургический контроль в молекулярную область.

Эти продвинутые молекулярные устройства появятся лишь через годы, но исследователи, мотивируемые потребностями медицины, уже изучают молекулярные машины и молекулярный инжиниринг. Лучшие лекарства воздействуют на определенные молекулярные машины определенными способами. Пенициллин, например, убивает некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин, которые бактерии используют для постройки стенок своей клетки, и при этом он почти не воздействует на человеческие клетки.

Биохимики изучают молекулярные машины, чтобы и научиться, как их строить, и научиться как их разрушать. Во всем мире (и особенно в странах третьего мира) отвратительное разнообразие вирусов, бактерий, простейших, грибов, и червей паразитируют на человеческой плоти. Подобные пенициллину, безопасные эффективные лекарства от этих болезней нейтрализовали бы молекулярные машины, оставляя молекулярные машины человека нетронутыми. Доктор Сеймур Соген, профессор фармакологических наук из SUNY (Стони Брук, Нью-Йорк) утверждает, что биохимики должны систематически изучать молекулярные машины этих паразитов. Как только биохимики определили форму и функцию жизненно важной белковой машины, в большом числе случаев они могут разработать молекулу, сделанную так, чтобы блокировать её действие и разрушать её. Такие лекарства могли бы освободить человечество от таких древних ужасов как schistosomiasis и проказа, и от таких новых как СПИД.

Фармацевтические компании уже переделывают молекулы, основываясь на знании того, как они работают. Исследователи компании Апджон разработали и сделали измененные молекулы вазопрессина – гормона, который состоит из короткой цепи аминокислот. Вазопрессин усиливает работу сердца и снижает скорость, с которой почки вырабатывают мочу; это увеличивает кровяное давление. Исследовании разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые воздействуют на молекулы-рецепторы в почках в большей степени, чем на молекулы-рецепторы в сердце, придавая им более специфический и контролируемый медицинский эффект. Ещё более недавно, они разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые присоединяются к рецепторным молекулам почек, не оказывая прямого эффекта, таким образом блокируя и подавляя действие естественного вазопрессина.

Потребности медицины будут двигать эту работу вперед, мотивируя исследователей предпринимать дальнейшие шаги по проектированию белка и молекулярному инжинирингу. Давление и медицинских, и военных, и экономических факторов толкают нас в одном и том же направлении. Ещё даже до ассемблерной революции молекулярная технология будет давать нам впечатляющие успехи в медицине; тенденции в биотехнологии это гарантируют. Однако, эти успехи будут в целом постепенными и труднопредсказуемыми, и каждое будет использовать своё небольшое поле в биохимии. Далее, когда мы применим ассемблеры и системы технического ИИ к медицине, мы получим широкие способности, которые легче предвидеть.

Чтобы понять эти способности, рассмотрим клетки и их механизмы самовосстановления. В клетках вашего тела, естественные радиация и вредные химические вещества расщепляют молекулы, производя химически активные молекулярные фрагменты. Они могут ошибочно присоединяться к другим молекулам в процессе, называемом перекрёстным связыванием. Также как шарики и капельки клея повредили бы машину, так же радиация и химически активные фрагменты повреждают клетку, и разрушая молекулярные машины и склеивая их.

Если ваши клетки не могли бы восстанавливать себя, повреждение быстро убило бы их или сделало бы их неконтролируемыми, повреждая их системы управления. Но эволюция благоприятствовала организмам с машинами, способными что-то делать с этой проблемой. Самовоспроизводящаяся производственная система, описанная в главе 4, чинила себя путём замены повреждённых частей; клетки делают то же самое. До тех пор, пока клеточная ДНК сохраняется неповреждённой, она может производить безошибочные ленты, которые направляют рибосомы на сборку новых белковых машин.

К нашему сожалению, сама ДНК повреждается, что ведёт к мутациям. Ремонтирующие ферменты до некоторой степени компенсируют повреждения ДНК, обнаруживая и восстанавливая некоторые их виды. Такой ремонт помогает клеткам выживать, но существующие механизмы ремонта слишком просты, чтобы исправлять все проблемы, будь то в ДНК или где-то ещё. Ошибки накапливаются, внося свой вклад в старение и смерть клеток, а также самих людей.

Имеет ли смысл описывать клетки как «машины», будь то самовосстанавливающиеся, или нет? Так как мы сделаны из клеток, могло бы казаться унизительным сводить людей к ""просто машинам", что противоречит холистическому пониманию жизни.

Но словарное определение «холизма» – ""теория, что действительность составлена из органичных или объединенных целых, которые есть больше, чем простая сумма их частей." "Это, конечно, применяется к людям: просто сумма наших частей, без разума и жизни, походила бы на гамбургер.

Человеческое тело включает приблизительно 10 22

белковых частей, и ни одна машина такой сложности не заслуживает ярлыка «просто». "Любое краткое описание такой сложной система не может не быть весьма неполным, однако на клеточном уровне описание в терминах машин смысл имеет. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из которых действуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как целое, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным описать их в терминах молекулярных машин.

Биохимики раскрыли то, что когда-то было главными тайнами жизни, и начали заполнять детали. Они проследили, как молекулярные машины расщепляют молекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части, чтобы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих клеток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов. Биохимические лаборатории часто вешают на стену огромную диаграмму, показывающую, как основные молекулярные строительные блоки плавают внутри бактерии. Биохимики понимают в деталях многое из жизненных процессов, а то, что они не понимают по-видимому действует по тем же самым принципам. Тайна наследственности превратилась в индустрию генной инженерии. Даже эмбриональное развитие и память сейчас объясняются в терминах изменения в биохимии и клеточной структуре.

В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изменилось. Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Как это может быть?" "Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда они изучают специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из многих способов, как это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случаях их исследования сузили конкурирующие объяснения в какой-либо области до одного. Определённые биологические процессы – координация клеток для образования растущего эмбриона, обучающегося мозга и реагирующей иммунной системы – всё ещё представляют серьёзную задачу для воображения. Однако это не потому, что есть какая-то глубокая тайна в том, как работают их части, но из-за громадной сложности того, как их многие части взаимодействуют друг с другом, чтобы образовывать целое.

Клетки подчиняются тем же самым естественным законам, которые описывают и остальную часть мира. Белковые машины в правильном молекулярном окружении будут работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта клетка была ли размолота и размыта многие дни назад. Молекулярные машины ничего не знают о «жизни» и "смерти".

Биологи, когда им нужно, иногда определяют жизнь как способность расти, воспроизводиться и реагировать на раздражители. Но по этому стандарту, глупая система самовоспроизводящихся фабрик могла бы квалифицироваться как жизнь, в то время как сознательный искусственный интеллект, смоделированный на человеческом мозге мог бы так не квалифицироваться. Являются ли вирусы живыми или они «просто» очень совершенные молекулярные машины? Никакой эксперимент не может об этом сказать, потому что природа не проводит никакой линии между живым и неживым. Биологи, которые работают с вирусами, вместо этого задают вопрос о жизнеспособности: "Будет ли этот вирус функционировать, если ему дать возможность?" Ярлыки «жизнь» и «смерть» в медицине зависят от медицинских возможностей: врачи спрашивают: "Будет ли пациент функционировать, если мы приложим все усилия?" Когда-то врачи объявляли пациентов мёртвыми как только останавливалось сердце; теперь они объявляют пациентов мёртвыми, когда они теряют надежду на восстановление мозговой деятельности. Успехи в кардиологии когда-то изменили определение; успехи в медицине мозга изменят его ещё раз.

Также некоторые люди чувствуют себя некомфортно с идеей, что машины лежат в основе нашего мышления. Слово «машина» снова, кажется, вызывает неправильный образ – картину чего-то большого, гремящего металлом, а не мерцание сигналов вдоль бегущей волны или нейронным волокнам, по живой ткани, более сложной чем способен полностью понять разум, который она воплощает. Действительно подобные машинам машины мозга имеют размер молекул – меньше, чем самые тонкие волокна.

Целое не обязательно должно походить на свои части. Твёрдый кусок чего-нибудь едва ли походит на танцующий фонтан, однако совокупность твердых, бугристых молекул образует текучую воду. Подобным образом миллиарды молекулярных машин образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и синапсов образуют нервную клетку, миллиарды нервных клеток образуют мозг, а сам мозг воплощает текучесть мысли.

Сказать, что разум – это "всего лишь "молекулярные машины" " – подобно высказыванию, что Мона Лиза является "только мазками краски. "Такие утверждения путают части с целым, и путают материю со структурой, которую материя воплощает. Мы нисколько не менее человечны из-за того, что сделаны из молекул.

Будучи сделанными из молекул, и имея человеческое беспокойство о нашем здоровье, мы применим молекулярные машины к биомедицинской технологии. Биологи уже используют антитела, чтобы помечать белки, ферменты – чтобы разрезать и соединять ДНК, а шприцы вирусов (такие как у вируса-фага T4) – чтобы впрыскивать отредактированную ДНК в бактерию. В будущем они будут использовать построенные ассемблерами наномашины, чтобы исследовать и модифицировать клетки.

С инструментами, подобными дизассемблерам, биологи будут способны изучить структуры клетки до конца, до молекулярных деталей. Далее они занесут в каталог сотни тысяч видов молекул тела и построят карту структуры сотен видов клеток. Во многом также как инженеры могли составлять перечень частей и создавать инженерные чертежи автомобиля, также биологи опишут части и структуры здоровой ткани. К тому времени им будут помогать сложные системы технического ИИ.

Врачи стремятся сделать ткани здоровыми, но с помощью лекарств и хирургии, они могут только стимулировать ткани себя восстанавливать. Молекулярные машины дадут возможность более непосредственного ремонта, начиная новую эру в медицине.

Чтобы починить автомобиль, механик сначала добирается до дефектного узла, затем опознает и удаляет плохие части, и наконец их восстанавливает или заменяет. Ремонт клетки будет включать те же самые основные задачи – задачи, которые живые системы уже доказали, что они возможны.

Доступ. Белые клетки крови покидают кровяное русло и движутся через ткань, а вирусы входят в клетки. Биологи даже втыкают в клетки иглы, и это их не убивает. Эти примеры показывают, что молекулярные машины могут добираться и входить в клетки.

Распознавание. Антитела и волокна хвоста фага T4, а на самом деле все специфические биохимические взаимодействия, показывают, что молекулярные системы, входя в контакт с другими молекулами, могут их распознавать.

Разборка. Пищеварительные ферменты (и другие, более жестокие химические вещества) показывают, что молекулярные системы могут разбирать поврежденные молекулы.

Восстановление. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут строить или восстанавливать любую молекулу, обнаруживаемую в клетке.

Повторная сборка. Природа также показывает, что отделенные молекулы могут быть собраны вместе снова. Например, механизмы фага T4 собирают сами себя из раствора, чему, очевидно, помогает единственный фермент. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут собирать любую из систем, обнаруживаемых в клетке.

Таким образом, природа демонстрирует все основные операции, необходимые, чтобы выполнять ремонт клеток на молекулярном уровне. Что более важно, как я описал в главе 1, системы, основанные на наномашинах, будут большей частью более компактны и обладать большими возможностями, чем обнаруживаемые в природе. Естественные системы показывают только нижние границы возможного в ремонте клеток, также как и во всём остальном.

Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем делать полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строить машины, способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.

Машины ремонта клеток будут сопоставимы по размеру с бактериями и вирусами, но их более компактные части ""позволят им быть более сложными. Они будут проходить через ткань, как это делают белые клетки крови, и входят в клетки, как это делают вирусы, или они могли бы открывать и закрывать клеточные мембраны с хирургической аккуратностью. Внутри клетки машина ремонта первым делом составит представление о ситуации, исследуя содержимое клетки и её функционирование, а далее будет предпринимать действия. Первые машины ремонта клеток будут высоко специализированными, способными распознавать и исправлять только один тип молекулярных нарушений, таких как дефицит ферментов или форма повреждения ДНК. В дальнейшем (но не намного позже, так как продвинутые системы технического ИИ будут выполнять работы по разработке) машины будут программироваться более общими способностями.

Для сложных машин ремонта будут нужны нанокомпьютеры, чтобы ими управлять. Механический компьютер шириной в микрон, такой как описан в главе 1, будет умещаться в 1/1000 объема средней клетки, однако будет вмещать больше информации, чем клеточная ДНК. В системе ремонта, такие компьютеры будут управлять более маленькими и простыми компьютерами, которые в свою очередь будут управлять машинами, направляя их на исследование, разборку и перестройку повреждённых молекулярных структур.

Отрабатывая молекулу за молекулой и структуру за структурой, машины ремонта будут способны восстанавливать целые клетки. Отрабатывая клетку за клеткой и ткань за тканью, они (с помощью больших устройств, там, где это необходимо) будут способны восстанавливать целые органы. Отрабатывая орган за органом по всему телу, они восстановят здоровье. Так как молекулярные машины будут способны строить молекулы и клетки с нуля, они будут способны исправлять даже клетки, повреждённые до степени полной неработоспособности. Таким образом с машинами ремонта клеток произойдёт фундаментальный прорыв: они освободят медицину от необходимости полагаться на самовосстановление как единственный способ лечения.

Чтобы представить себе продвинутую машину ремонта клеток, представьте себе её и клетку увеличенными так, что атомы станут размером с маленький мраморный шарик. В этом масштабе самые маленькие инструменты машин ремонта будут примерно с кончики ваших пальцев; белок среднего размера, такой как гемоглобин, будет размером с печатающую машинку; а рибосома будет размером со стиральную машину. Устройство ремонта содержит простой компьютер размером с небольшой трактор, и условия для хранения информации и приводящей в движение энергии. Объём в десять метров в диагонали – размер 3-этажного дома, содержит все эти части и более этого. С частями размером с мраморные шарики, умещённые в этот объём, машины ремонта смогут делать сложные вещи.

Но такое ремонтное устройство не работает в одиночестве. Оно, также как многие его братья и сёстры, связано с большим компьютером посредством механических связей для передачи данных, диаметром как ваша рука. В этом масштабе, компьютер размером в кубический микрон с большой памятью заполнит объем в тридцать этажей в высоту и шириной как футбольное поле. Ремонтные устройства передают ему информацию, а он предаёт обратно общие инструкции. Объекты такие большие и сложные тем не менее достаточно маленькие: в этом масштабе сама клетка будет длинной в километр, вмещая в себе тысячи объёмов компьютеров размером в один кубический микрон, и миллионы раз вмещая в себе объём отдельного ремонтного устройства. В клетках много места!

Будут ли такие машины способны делать все необходимое для восстановления клеток? Существующие молекулярные машины демонстрируют способность проходить через ткани, входить в клетки, распознавать молекулярные структуры, и т. д., но остальные требования также важны. Будут ли машины ремонта работать достаточно быстро? Если они будут, будут ли они расходовать настолько много энергии, что изжарят пациента?

Самый обширный ремонт не может требовать значительно большего количества работы чем создание клетки с нуля. Однако молекулярные машины, работающие в пределах объёма клетки всё время делают именно это, строя новую клетку за время от десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для млекопитающих). Это показывает, что машины ремонта, занимающие несколько процентов от объёма клетки будут способны выполнить обширный ремонт за разумное время – дни или, самое большее, недели. Клетки могут выделить необходимое пространство. Даже клетки мозга всё ещё функционируют, когда мёртвый продукт жизнедеятельности, называемый липофускином (очевидно, продукт молекулярного повреждения клеток) заполняет более десяти процентов от их объёма.

Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естественным образом содержат химические вещества, которые дают энергию наномашинам. Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом. Чтобы распорядиться теплом от подобного уровня активности ремонтных машин, потеть не придётся, а если даже и придётся, то не слишком сильно, если неделя потения – это цена здоровья.

Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механизмами поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшить нашу природу. Ремонт ДНК даёт ясную иллюстрацию.

Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут распознавать и восстанавливать разрывы и перекрёстное связывание в ДНК. Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы способности читать. В природе не существует таких машин ремонта, но их будет легко построить. Представьте себе три идентичные молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну и ту же последовательность нуклеотидов. Теперь представьте себе что в каждой нити произведены мутации так, что случайным образом изменен порядок нескольких нуклеотидов. Каждая нить всё ещё кажется нормальной, если её взять саму по себе. Тем не менее машина ремонта могла бы сравнить каждую нить с другой, один сегмент за другим, и могла бы заметить, когда нуклеотид не соответствует своей паре. Заменяя неправильные нуклеотиды так, чтобы они соответствовали двум остальным таким образом исправит повреждение.

Этот метод не будет работать, если две нити мутируют в одном и том же месте. Представьте, что ДНК трех человеческих клеток были тяжело повреждены – после тысяч мутаций в каждой клетке один нуклеотид на миллион был изменён. Шанс, что наша трёх-ниточная процедура коррекции не сможет помочь делу в любой данной точке примерно один из миллиона миллионов. Но сравните пять ниток сразу и шансы станут один на миллион миллионов миллионов и т. д. Устройство, которое сравнивание множество нитей сделает возможность существования неисправимых ошибок практически нулевой.

В реальности машины ремонта сравнят молекулы ДНК из нескольких клеток, сделают исправленные копии, и будут их использовать как образцы для проверки ошибок и восстановления ДНК по всей ткани. Сравнивая несколько нитей, машины ремонта разительно улучшат наши природные ремонтные ферменты.

Другие виды ремонта потребуют различной информации о здоровых клетках и о том, как конкретная поврежденная клетка отличается от нормы. Антитела идентифицируют белки при соприкосновении, и должным образом выбранные антитела могут в общем случае отличать любые два белка по их отличающимся формам и поверхностным свойствам. Машины ремонта будут идентифицировать молекулы аналогичным образом. С подходящим компьютером и базой данных, они будут способны идентифицировать белки, читая их аминокислотные последовательности.

Рассмотрим сложную и многофункциональную систему ремонта. Объем двух кубических микрон – примерно 2/1000 объема средней клетки – будет достаточно, чтобы содержать центральную базу данных системы способной:

1. Быстро идентифицировать любой из сотни тысяч или около того различных человеческих белков, исследуя короткую аминокислотную последовательность.

2. Идентифицировать все остальные сложные молекулы, обычно находимые в клетках.

3. Делать запись типа и положения каждой большой молекулы в клетке.

Каждое из меньших устройств ремонта (возможно тысяч в одной клетке) будет включать компьютер с меньшими возможностями. Каждый из этих компьютеров будет способен выполнять более чем тысяча вычислительных шагов за время, которое потребуется среднему ферменту чтобы заменить всего одну молекулярную связь, так что скорость вычислений возможно кажется более чем адекватной. Так как каждый компьютер будет на связи с большим компьютером и центральной базой данных, наличная память также кажется адекватной. Машины ремонта клеток будут иметь и молекулярные инструменты, которые им необходимы, и «мозги» в достаточном количестве, чтобы решить, как эти инструменты использовать.

Такая сложность будет даже слишком сильным средством для многих проблем здоровья. Устройств, которые просто распознают и уничтожают определенный вид клетки, например, будет достаточно, чтобы вылечить рак. Размещение сети компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркулярной пилой, но наличие циркулярной пилы даёт уверенность, что даже очень твёрдое масло будет порезано. Кажется лучше показать слишком много, чем слишком мало, если кто-то стремится описать пределы возможного в медицине.

Самые простые медицинские применения наномашин будут включать не ремонт, а выборочное разрушение. Раковые образования – один из примеров; инфекционные болезни – ещё один. Цель проста: необходимо лишь распознать и уничтожить опасные репликаторы, будь то бактерии, раковые клетки, вирусы или черви. Аналогично ненормальные наросты и отложения на стенках артерий вызывают большинство сердечных заболеваний; машины их распознают, разрушат и избавление от них освободит артерии для более нормального кровотока. Выборочное разрушение также излечит заболевания, такие как герпес, при котором вирус встраивает свои гены в ДНК клетки-хозяина. Ремонтное устройство войдёт в клетку, прочитает её ДНК и удалит вставки, которые читаются как "герпес".

Восстановление молекул, поврежденных перекрёстным связыванием, будет также довольно непосредственное. Столкнувшись с белком, поврежденным перекрёстным связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифицирует, исследовав короткие аминокислотные последовательности, затем посмотрит правильную структура в базе данных. Далее машина сравнит белок с тем, каким он должен быть, одну аминокислоту за другой. Также как корректор в типографии находит ошибки и опечатки (опеч#тки), она найдет любые измененные аминокислоты или неправильное перекрёстное связывание. Исправляя эти дефекты, она оставит обычным белкам только выполнять нормальную работу клетки.

Машины ремонта также помогут излечению. После сердечного приступа, мертвый мускул заменяется тканью шрама. Машины ремонта стимулируют сердце вырастить новый мускул, переустановив клеточные механизмы управления. Удалив ткань шрама и управляя новым ростом, они направят сердце на исцеление.

Этот список мог бы продолжаться и продолжаться от одной проблеме к другой (Отравление тяжёлыми металлами? – Найти и удалить атомы металла), но легко сделать вывод. Физические расстройства происходят от того, что атомы расположены неправильно; машины ремонта будут способны вернуть их в рабочий порядок, возвращая тело в здоровое состояние. Вместо того, чтобы составлять бесконечный список излечиваемых болезней (от артрита, бурсита, рака и тропической лихорадки до жёлтой лихорадки и цинковой простуды и обратно), имеет смысл посмотреть на пределы того, что машины ремонта клеток могут делать. А пределы существуют.

Рассмотрим инсульт, как пример проблемы, повреждающей мозг. Предотвратить можно будет непосредственно: Является ли кровеносный сосуд в мозгу ослабленным, расширившимся и готовым лопнуть? Тогда верните ему нужную форму, и запустите рост укрепляющих волокон. Ненормальные сгустки угрожают заблокировать циркуляцию крови? Значит, растворите тромбы и нормализуйте кровь и внутренний слой кровяных сосудов, чтобы предотвратить повторение. Умеренное повреждение нейронов из-за инсульта также можно будет исправить: если сниженная циркуляция имеет ослабленную функцию, но оставляет структуру клеток неповреждённой, то восстановите циркуляцию и почините клетки, используя их структуры как руководство в восстановлении ткани в её предыдущее состояние. Это не только восстановит функцию каждой клетки, но сохранит память и способности, хранящиеся в нейронных структурах в этой части мозга.

Машины ремонта будут способны регенерировать новую мозговую ткань даже там, где повреждение разрушило эти структуры. Но пациент терял бы старые воспоминания и навыки до той степени, до которой они располагались в этой части мозга. Если уникальные нейронные структуры действительно разрушены, то машины ремонта клеток могут их восстановить не более, чем реставратор мог бы восстановить гобелен из перемешанной золы. Потеря информации вследствие разрушения структур представляет собой самое важное, фундаментальное ограничение для восстановления тканей.

Другие задачи находятся вне возможностей машин ремонта клетки по различным причинам – например, поддержание умственного здоровья. Конечно, машины ремонта клеток будут способны исправить некоторые проблемы. Расстроенное мышление иногда имеет биохимические причины, как будто мозг вводил бы себе наркотики или отравлял себя, а другие проблемы возникают из-за разрушения ткани. Но многие проблемы имеют мало общего со здоровьем нервных клеток, а зато целиком связано со здоровьем разума.

Разум и ткань мозга подобны роману и бумаге, из которой сделана эта книга. Пролитые чернила или повреждения, причинённые наводнением, могут повредить книге, делая роман, трудным для чтения. Машины ремонта книг могли бы тем не менее восстановить "физическое здоровье", удаляя инородные чернила или высушивая и восстанавливая повреждённые волокна бумаги. Однако такое лечение не имело бы ничего общего с содержимым книги, реальный смысл которого на самом деле имеет нематериален. Если книга была бы дешёвым романом с шаблонным сюжетом и пустыми словами, ремонт требовался бы не для чернил и бумаги, а для самого романа. Это бы называлось не физическим ремонтом, а больше работой для автора, может быть с некоторыми советами.

Точно так же удаление ядов из мозга и восстановление нервных волокон разрядит некоторые туманы в уме, но не переделает содержание разума. Оно может быть изменено пациентом, с усилием; все мы – авторы своих умов. Но поскольку умы изменяют сами себя, изменяя мозг, наличие здорового мозга поможет здоровому мышлению больше, чем качественная бумага способствует здоровому письму.

Читатели, знакомые с компьютерами могут предпочитать думать в терминах аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Машина могла бы восстанавливать аппаратные средства ЭВМ компьютера, не понимая и не изменяя его программное обеспечение.

Такие машины могли бы останавливать деятельность компьютера, но оставлять структуры в памяти неповрежденными и готовыми работать снова. В компьютерах с нужным видом памяти (называемой "энергонезависимой"), пользователи это делают, просто выключая питание. Работа мозга кажется более сложной, однако могли бы найтись преимущества с медицинской точки зрения в том, чтобы вызывать подобные состояния.

Врачи уже останавливают перезапускают сознание, вмешиваясь в химические процессы, которые лежат в основе разума. На всём протяжении активной жизни молекулярные машины в мозгу обрабатывают молекулы. Некоторые разбирают на составные части сахар, комбинируют их с кислородом, и забирают энергию, которая при этом высвобождается. Некоторые перекачивают ионы соли через клеточные мембраны; иные строят маленькие молекулы и высвобождают их, чтобы давать сигналы другим клеткам. Такие процессы образуют обмен веществ мозга, итог всей его химической деятельности. Вместе со своими электрическими эффектами, этот обмен веществ лежит в основе изменяющихся структур мысли.

Хирурги оперируют людей скальпелями. В середине 1800-ых, они научились использовать химические вещества, которые вмешиваются в обмен веществ мозга, блокируя сознательную мысль и предотвращая слишком энергичное сопротивление пациентов тому, чтобы их резали. Эти химические вещества – обезболивающие. Их молекулы свободно входят и покидают мозг, позволяя анестезиологам прерывать и восстанавливать человеческое сознание.

Люди давно мечтают об открытии препарата, который бы вмешивался в метаболизм всего тела, препарат, способный прерывать метаболизм полностью в течение часов, дней или лет. Результатом было бы состояние биостаза (от био-, что значит «жизнь», и – стаз, что значит «остановка» или "стабильное состояние"). Метод продуцирования обратимого биостаза мог бы помочь космонавтам в долгих космических путешествиях, чтобы сэкономить еду и избежать скуки, или он мог бы служить чем-то вроде однонаправленной машины времени. В медицине биостаз обеспечил бы длительную анестезию, давая врачам больше времени, чтобы работать. Когда случаются несчастные случаи вдали от медицинской помощи, хорошая процедура биостаза обеспечила бы универсальный способ первой помощи: она бы стабилизировала состояние пациента и предотвратила бы безумную работу молекулярных машин и повреждение тканей.

Но никто не нашел препарата, способного полностью остановить метаболизм так, как обезболивающие останавливают сознание – то есть так, чтобы можно было полностью всё вернуть обратно, лишь вымыв препарат из тканей пациента. Тем не менее, обратимый биостаз будет возможным когда появятся машины ремонта.

Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьте, что кровяной поток несёт простые молекулярные устройства к тканям, где они входят в клетки. Там они блокируют молекулярные машины обмена веществ, в мозгу и в других местах, и связывают структуры стабилизирующими перекрёстными связями. Другие молекулярные устройства далее входят, замещая воду и упаковывая себя плотно вокруг молекул клетки. Эти шаги остановят метаболизм и сохранят клеточные структуры. Так как машины ремонта клеток будут использоваться для обращения этого процесса вспять, это может нанести умеренные молекулярные повреждения, но никакого продолжительного вреда. При остановленном метаболизме и клеточных структурах, жёстко удерживаемых на своих местах, пациент будет спокойно отдыхать, без сновидений и неизменённым, до тех пор пока машины ремонта не вернут ему активную жизнь.

Если пациент в этом состоянии был бы передан современному врачу, неосведомленному о способностях машин ремонта клетки, последствия были бы, вероятно, мрачны. Не наблюдая никаких признаков жизни, врач вероятно заключил бы, что пациент мертв, и далее воплотил бы это суждение в реальность «предписав» вскрытие, за которым последует похороны или кремация.

Но наш воображаемый пациент живет в эпоху, когда биостаз, как известно, является только приостановкой жизни, а не её концом. Когда контракт пациента говорит "Разбудите "Разубраменя!" "(Или ремонт окончен, или полет к звезды завершён), врач, ухаживающий за пациентом начинает оживление. Машины ремонта входят в ткани пациента, удаляя упаковку вокруг молекул пациента и заменяя их водой. Далее они удалят перекрёстные связи, починяя все повреждённые молекулы и структуры, и восстанавливая нормальные концентрации соли, сахара в крови, аденинтрифосфорной кислоты и т. д. Наконец, они разблокируют механизмы обмена веществ. Приостановленный процесс метаболизма продолжится, пациент зевнёт, потянется, сядет, поблагодарит доктора, узнает, какое сегодня число, выйдет за дверь и отправится восвояси.

Обратимость биостаза и необратимость серьезного повреждения из-за инсульта помогает показать, как машины ремонта клеток изменят медицину. Сегодня врачи могут только помочь тканям себя излечивать. Соответственно они должны пытаться сохранить функцию ткани. Если ткань не может функционировать, они не могут излечить. Что хуже, если ткани не сохраняются, за этим следует их порча, и в конце концов разрушение структуры. Это также, как если бы механические инструменты были бы способны работать только на работающей машине.

Машины ремонта клеток изменяют центральное требование сохранить функцию на требование сохранить структуру. Как я отметил, обсуждая инсульт, машины ремонта будут способны восстановить мозговую функцию с памятью и навыками, неповрежденными только если отличительная структура участка нейронной ткани сохраняется неповреждённой. Биостаз включает сохранение нейронной структуры в то время как тщательно блокирует функцию.

Все это – прямое следствие молекулярной природы ремонта. Врачи, использующие скальпели и лекарства могут чинить клетки не больше, чем кто-либо с киркой и банкой машинного масла, может восстановить высокоточные часы. Напротив, наличие машин ремонта и обычных питательных веществ будет подобно наличию инструментов часовщика и неограниченной поставке запасных частей. Машины ремонта клетки изменят медицину в её основе.

Медицинские исследователи сейчас изучают болезни, часто ища способы предотвратить их или полностью обратить вспять, блокируя ключевой шаг в процессе развития болезни. Получающееся в результате знание очень помогло врачам: они теперь выписывают инсулин для компенсации диабета, противогипертонические препараты для предотвращения инсульта, пенициллин, чтобы лечить инфекционные заболевания, и так далее, весь список впечатляет. Молекулярные машины помогут в изучении болезней, однако делают понимание болезни намного менее важным. Машины ремонта сделают более важным понимание здоровья.

Тело может болеть большим числом способов, чем быть здоровым. Здоровая ткань мускула, например, различается достаточно малым количеством способов: она может быть сильнее или слабее, быстрее или медленнее, иметь тот или иной антиген и т. д. Поврежденная ткань мускула может различаться всеми этими способами, однако также страдает от любой комбинации из деформаций, разрывов, вирусных инфекций, паразитических червей, синяков, проколов, ядовитых веществ, сарком, изнуряющих болезней и врождённых уродств. Аналогично, хотя нейроны переплетаются таким же количеством способов, сколько существует человеческих мозгов, отдельные синапсы и дендриты существуют в умеренном спектре форм, если они здоровы.

Как только биологи опишут нормальные молекулы, клетки и ткани, должным образом запрограммированные машины ремонта будут способны вылечить даже неизвестные болезни. Как только исследователи опишут диапазон структур, которые (например) может иметь здоровая печень, машины ремонта, исследуя плохо работающую печень будут нуждаться только в обнаружении различий и их исправлении. Машины, не знающие какой-либо новый яд и его эффекты будут распознавать его как инородный и удалять его. Вместо того, чтобы бороться с миллионом странных болезней, продвинутые машины ремонта будут устанавливать состояние здоровья.

Разработка и программирование машин ремонта клеток потребует больших усилий, знаний и навыков. По-видимому, будет более легко построить машины ремонта с широкими способностями, чем их запрограммировать. Их программы должны содержать детальную информацию о сотнях видов клеток и сотнях тысяч видов молекул человеческого тела. Они должны быть способны наносить на карту повреждённые клеточные структуры и решать, как их исправить. Как много времени займёт разработка таких машин и программ? На вскидку, состояние биохимии и её сегодняшний темп продвижения вперёд мог бы сказать, что сбор самого основного знания займёт века. Но мы должны принимать во внимание существование иллюзии, что продвижения будут приходить в одиночку.

Машины ремонта ворвутся с волной других технологий. Ассемблеры для их постройки будут сначала использоваться, чтобы строить инструменты для анализа структур клетки. Даже пессимист согласился бы, что люди-биологи и инженеры, вооружённые этими инструментами могли бы построить и запрограммировать продвинутые машины ремонта клеток за сотню лет непрерывной работы. Самоуверенный, дальновидный пессимист мог бы сказать о тысяче лет. Действительно убеждённый противник мог бы объявить, что работа заняла бы для людей миллион лет. Очень хорошо: в миллион раз более быстрая система технического ИИ в миллион раз более быстрая, чем учёные и инженеры, значит она разработает продвинутые машины ремонта клеток за один календарный год.

Старение естественно, но также была естественна оспа и наши усилия, чтобы её предотвратить. Мы победили оспу, и, кажется, победим старение.

Средняя продолжительность жизни возросла увеличилась за последнее столетие, но в основном, потому что лучшая санитарная профилактика и лекарства сократили заболевания бактериальной природы. Непосредственно продолжительность жизни увеличилась немного.

Однако, исследователи продвинулись в направлении понимания и замедления процесса старения. Они идентифицировали некоторые из причин, такие как неконтролируемое перекрёстное связывание. Они разработали частичные решения проблемы, такие как антиоксиданты и ингибиторы свободных радикалов. Они предположили и изучили другие механизмы старения, такие как "клеточные часы" и изменения в гормональном балансе организма. В лабораторных экспериментах специальные препараты и диеты увеличивали продолжительность жизни мышей на 25–45 процентов.

Такая работа будет продолжаться; по мере того как поколение 50-х стареет, ожидайте бума в исследовании старения. Одна компания в сфере биотехнологии, Сенетек Дания, специализируется в исследовании старения. В апреле 1985, Истман Кодак и Ай-Си-Эн Фармасьютикал, как сообщали, присоединились к проекту на 45 миллионов долларов по производству изоприсина и других препаратов, имеющих возможность по продлению продолжительности жизни. Результаты обычных исследований против старения на протяжении следующих десяти-двадцати лет могут значительно продлить человеческую продолжительность жизни и улучшить здоровье пожилых людей. Насколько сильно лекарства, хирургия, упражнения и диета могут продлить продолжительность жизни? На сегодняшний день оценки всё ещё вынужденно остаются догадками. Только новое научное знание может вывести такие предсказания из царства умозрительных заключений, поскольку они опираются на новую науку, а не просто на новую технологию.

С машинами ремонта клетки, однако, возможности продления жизни становятся ясными. Они будут способны восстанавливать клетки, пока их специфические структуры остаются неповрежденными, и будут способны заменить клетки, которые были разрушены. Так или иначе, они будут восстанавливать здоровье. Старение по сути ничем не отличается от любого другого физического расстройства; в нём нет никакого волшебного влияния календарных дат на мистическую жизненную силу. Хрупкие кости, морщинистая кожа, низкая ферментная активность, медленное заживление ран, плохая память и всё остальное – всё происходит из повреждения молекулярных машин, химических дисбалансов и нарушения порядка в структурах. Восстанавливая структуру всех клеток и тканей тела до такой, как в молодости, машины ремонта восстановят и здоровье, как в молодости.

Люди, кто доживёт невредимыми до времён машин ремонта клетки, будут иметь возможность восстановить здоровье юности и поддерживать его почти столько, сколько они этого желают. Конечно, ничто не может дать человеку (или чему-нибудь еще) продолжаться вечно, но предотвращая серьезные несчастные случаи, те, кто этого хотят, смогут жить долгое, долгое время.

По мере того, как технология развивается, приходит время, когда её принципы становятся понятными, а с ними многие из их следствий. Принципы ракетной техники были ясны в 1930-ых, а с ними и следствие – космический полёт. Заполнение деталей включало разработку и тестирование баков, двигателей, приборов и т. д. К началу 1950-х годов многие детали были известны. Древняя мечта полёта на Луну стала целью, которую можно было ставить в планы.

Принципы молекулярных машин уже ясны, и с ними следствие – машины ремонта клетки. Заполнение деталей будет включать разработку молекулярных инструментов, ассемблеров, компьютеров и т. д., но многие детали существующих молекулярных машин известны сегодня. Древняя мечта достижения здоровья и долгой жизни стала целью, которую можно ставить в планы.

Медицинские исследования ведет нас, шаг за шагом, по дороге к молекулярным машинам. Глобальная конкуренция, чтобы сделать лучшие материалы, электронику и биохимические инструменты подталкивает нас в том же самом направлении. Разработать машины ремонта клеток займёт годы, но путь прямой и они ждут нас в его конце.

Они принесут много возможностей, и для доброго и для злого. Достаточно лишь подумать о репликаторах военного назначения со способностями, такими как у машин ремонта клетки, чтобы взгляду открылись кошмарные возможности. Позже я буду описывать, как мы могли бы избежать таких ужасов, но прежде кажется разумным рассмотреть предполагаемые выгоды от машин ремонта клеток. Так ли уж хорошо то благо, которое они несут? Как может долгая жизнь повлиять на мир?

Длительная привычка жить не располагает нас умирать.

(Сэр Томас БРОУН)

Почему не быть машинам ремонта клеток?

Вылечить и защитить Землю

Долгая жизнь и проблема роста населения

Последствия предвидения

Прогресс в продлении жизни

МАШИНЫ РЕМОНТА КЛЕТОК поднимают различные вопросы, включая ценность продления человеческой жизни. Это – не вопросы сегодняшней медицинской этики, которые обычно включают дилеммы, возникающие из-за редких, дорогостоящих и имеющих половинчатый эффект видов лечения. Это – вопросы, включающие ценность длительной, здоровой жизни, достигаемой недорогими средствами.

Для людей, кто ценит человеческую жизнь и любит жить, такие вопросы могут не нуждаться в ответе. Но после десятилетия, отмеченного заботой о росте населения, загрязнения и истощении ресурсов, многие люди могут подвергать сомнению желательность продления жизни; беспокойство об этих вещах благоприятствует распространению мима, что смерть – это хорошо. Эти мимы должны быть рассмотрены заново, поскольку многие имеют корни в устаревшем мировоззрении. Нанотехнология изменит намного больше, чем только продолжительность человеческой жизни.

Мы получим средства не только, чтобы излечить себя, но и излечить Землю от ран, которые мы ей причинили. Поскольку спасения жизней увеличит число живущих, продление жизни ставит вопросы о последствиях большего количества людей. Наша способность излечить Землю уменьшит одну из причин для споров.

Однако и сами машины ремонта клеток вносят противоречие. Они нарушают традиционные предположения относительно наших тел и нашего будущего: поэтому сомнение здесь успокаивает. Они потребуют нескольких принципиальных научно-технологических прорывов: поэтому сомневаться здесь легко. Поскольку возможность или невозможность машин ремонта клеток поднимает важные вопросы, имеет смысл рассмотреть, какие возражения могут выдвигаться.

Какой вид аргументов мог бы говорить о том, что машины ремонта клеток были невозможны? Успешный аргумент должен включать некоторые странные искажения. Он должен так или иначе подразумевать, что молекулярные машины не могут строить и восстанавливать клетки, при этом соглашаясь, что молекулярный машины в нашем теле в действительности строят и восстанавливают каждый день. Мучительная проблема для убеждённых скептиков! Да, искусственные машины должны делать то, что естественные машины не делают, но им не нужно делать ничего качественно нового. И естественные, и искусственные устройства ремонта должны входить, идентифицировать и перестраивать молекулярные структуры. Мы будем способны улучшить существующие ферменты ремонта ДНК, просто сравнивая несколько нитей ДНК одновременно, так что очевидно, что природа не нашла всех хитростей. Так как этот пример уничтожает любой общий аргумент, что машины ремонта не могут сделать лучше, чем в природе, сильный довод против машин ремонта клеток изобрести кажется трудно.

Однако же, два общих вопроса заслуживают прямых ответов. Во-первых, почему мы должны ожидать, что долгая жизнь будет достигнут в ближайшие десятилетия, когда люди пытались её достичь и терпели неудачу на протяжении тысячелетий? Во-вторых, если мы можем действительно использовать машины ремонта клеток, чтобы продлить жизни, тогда почему природа (которая занимается ремонтом клеток на протяжении миллиардов лет) ещё не довела их до совершенства?

Люди пытались и потерпели неудачу.

На протяжении столетий люди страстно желали спастись от необходимости жить так мало. Время от времени какой-нибудь Понс де Леон или знахарь говорил, что нашёл средство, но оно никогда не работало. Эта статистика неудач убедила некоторых людей, что, так как все попытки провалились, то это и впредь будет так. Они говорят "старение естественно", и для них это кажется достаточным аргументом. Успехи медицины может быть отчасти изменили их воззрения, но успехи в основном сократили раннюю смерть, а не увеличили максимальную продолжительность жизни.

Но теперь биохимики работают на исследованием машин, которые строят, восстанавливают и управляют клетками. Они научились собирать вирусы и перепрограммировать бактерии. Впервые в истории, люди исследуют свои молекулы и раскрывают молекулярные секреты жизни. Кажется, что молекулярные инженеры в конце концов объединят улучшенное биохимическое знание с улучшенными молекулярными машинами, и будут учиться исправлять повреждённые структуры тканей и таким образом их омолаживать. В этом нет ничего странного – было однако странно, скорее если бы такие мощные знания и способности не принесли бы впечатляющих результатов. Большая статистика прошлых неудач здесь просто неуместна, потому что мы никогда прежде не пробовали строить машины ремонта клеток.

Природа пробовала и потерпела неудачу.

Природа строила и строит машины ремонта клеток. Эволюция билась над многоклеточными животными сотни миллионов лет, однако все высокоразвитые животные стареют и умирают, потому что наномашины природы ремонтируют клетки не наилучшим образом. Почему усовершенствования должны быть возможны?

Крысы взрослеют в течение месяцев, а затем стареют и умирают приблизительно за два года – однако людям эволюция дала более чем в тридцать раз более длинный срок. Если больший срок жизни был бы главной целью развития, то крысы также бы жили дольше. Но долгий срок жизни имеет издержки: восстановление клеток требует вложений энергии, материалов и машин ремонта. Гены крысы процветали, пользуясь телами крыс, как дешёвым материалом одноразового использования. Также и гены человека не считаются с человеческими существами, хотя и отпуская им срок в несколько десятков раз длиннее, чем крысам.

Но дрянной ремонт – не единственная причина старения. Гены превращают яйцеклетку во взрослого индивида через схему развития, которая разворачивается с довольно постоянной скоростью. Эта схема довольно последовательна, потому что эволюция редко изменяет основополагающую конструкцию. Также, как базовая схема – система ДНК-РНК-белок замёрзла несколько миллиардов лет назад, также базовая схема химической сигнализации и ответа тканей, которые управляют развитием млекопитающих, установилась многие миллионы лет назад. Этот процесс очевидно включает часы, установленные работать с разной скоростью для разных биологических видов, и программу, которая в какой-то момент заканчивает работать.

Какими бы ни были причины старения, у эволюции было мало причины устранить их. Если гены строили бы индивидуумов, способных оставаться здоровыми на протяжении тысячелетий, они не получили бы большого преимущества в своих «усилиях» по размножению. Большинство индивидуумов все равно умерло бы молодыми от голода, хищников, несчастных случаев или болезней. Как отмечает сэр Питер Медавар, ген, который помогает молодым (которых много), но вредит старым (которых мало), будет хорошо воспроизводиться, и поэтому распространяться по популяции. Если накопится достаточно таких генов, животные станут запрограммированными умирать.

Эксперименты доктора Леонардом Хейфликом говорят о том, что клетки содержат «часы», которые считают деления клетки и останавливают процесс разделения, когда количество делений превышает какое-то число. Механизм этого вида может помогать молодым животным: если рако-подобные изменения заставляют клетку делиться слишком быстро, но не в состоянии разрушить её часы, то она вырастет до опухоли ограниченного размера. Таким образом часы бы предотвращали неограниченный рост злокачественных опухолей. Такие часы могли бы вредить животным более старшего возраста, останавливая деление нормальных клеток, прекращая обновление ткани. Таким образом животные бы выигрывали от меньшего количества раковых опухолей в молодом возрасте, однако имели бы поводы жаловаться, если доживут до старости. Но гены не будут слушать их жалобы – они заблаговременно спрыгнули с этого корабля, как копии, переданные следующему поколению. С машинами ремонта клеток мы будем способны переустановить такие часы. Ничего не говорит о том, что эволюция довела наши тела до совершенства даже по грубым стандартам выживания и размножения. Инженеры не связывают компьютеры медленными волокнами, такими как нервы, и не строят машины из мягких белков, и имеют на это достаточные причины. Генетическая эволюция (в отличии от эволюции мимов) не была способна прыгнуть к новым материалам или новым системам, а вместо этого оттачивала и расширяла старые.

Машины ремонта клеток находятся далеко от пределов возможного – они не даже имеют компьютеров, чтобы ими управлять. Отсутствие нанокомпьютеров в клетках, конечно, показывает только, что компьютеры не могли (или просто этого не сделали) развиться постепенно из других молекулярных машин. Природа не смогла построить наилучшие возможные машины ремонта клеток, но на это были достаточные причины.

Также легко понять неспособность биологических систем Земли приспособиться к индустриальной революции. От уничтожения лесов до диоксинов, мы причиняли ущерб быстрее, чем эволюция могла на это отреагировать. Так как мы пытались получить большее количество продовольствия, товаров и услуг, наше использование балк-технологии заставляло нас причинять этот ущерб. С будущей технологией, однако, мы будем способны производить больше товаров для себя, однако с меньшим вредом для Земли. В добавок, мы будем способны построить машины для ремонта планеты, чтобы исправить уже нанесённый ущерб. Клетки – это не всё, что мы хотим починить.

Рассмотрите проблему токсичных отходов. Будь то в нашем воздухе, почве или воде, отходы затрагивают нас, потому что они способны наносить вред живым системам. Но на любые материалы, которые соприкасаются с молекулярными машинами жизни, можно влиять другими формами молекулярных машин. Это значит, что мы будем способны разработать чистящие машины, чтобы удалить эти яды отовсюду, где они могут повредить жизни.

Некоторые отходы, такие как диоксин, состоят из опасных молекул, но сами которые состоят из безвредных атомов. Чистящие машины превратят их в безопасные вещества, перестраивая их атомы. Другие отходы, такие как свинцовые и радиоактивные изотопы, содержат опасные атомы. Чистящие машины соберут их, чтобы далее распорядиться ими одним из нескольких способов. Свинец происходит из земных гор; ассемблеры могли бы вернуть их обратно в горные месторождения, откуда их добывали. Радиоактивные изотопы могли бы также быть изолированы от живых существ, либо возвращая их обратно в подходящие места внутри гор, либо более решительными способами. Используя дешёвые и надёжные космические транспортные системы, мы могли бы похоронить в мёртвых, безводных горных породах Луны. Используя наномашины, мы могли бы запечатать их в саморемонтирующиеся, самозапечатывающиеся контейнеры размером с холм и питаемый от солнечного света в пустыне. Это было бы более безопасно, чем просто пассивные горы или бочонки.

С самовоспроизводящимися ассемблерами, мы будем даже способны удалить миллиарды тонн углеродистого диоксида, который наша сжигающая топливо цивилизация выбросила в атмосферу. Климатологи предсказывают, что увеличивающиеся количества углекислого газа, поглощая солнечную энергию, частично растопят полярные шапки, увеличивая уровень морей и затопляя побережья где-то в середине следующего века. Однако самовоспроизводящиеся ассемблеры сделают солнечную энергию достаточно дешёвой, чтобы исключить необходимость в ископаемых видах топлива. Также как деревья, питаемые солнечной энергией наномашины будут способны извлекать диоксид углерода и воздуха и расщеплять кислород. В отличие от деревьев, они будут способны вырастить глубокие корни для сохранения и поместить уголь обратно в угольные и нефтяные слои, из которых они произошли.

Будущие машины исцеления планеты также помогут нам исправить испорченные пейзажи и восстановить поврежденные экосистемы. Горная промышленность изрешетила Землю ямами; небрежность её покрыла мусором. Борьба с лесными пожарами позволила подлеску бурно развиваться, заменяя подобную собору открытость древних лесов ростом кустарника, который является пищей для ещё более опасных пожаров. Мы будем использовать недорогих, сложноустроенных роботов, чтобы повернуть вспять эти и другие эффекты. Способные передвигать горы и почвы, они вернут прежние очертания истерзанным землям. Способные пропалывать и переваривать, они стимулируют очистительные эффекты естественных лесных пожаров без опасности или опустошений. Способные поднимать и передвигать деревья, они проредят густые лесные насаждения и заново покроют лесом голые холмы. У нас будут устройства размером с белку, которые будут питаться старой трухой. Мы сделаем устройства, подобные деревьям, с корнями, которые распространяются глубоко в землю и очищают почву от пестицидов и избыточной закисленности. Мы сделаем очистителей от лишайников величиной с насекомых и грызунов величиной с капельку аэрозоля. Мы сделаем любые устройства, которые нам нужны, чтобы очистить тот беспорядок, который оставила цивилизация двадцатого века.

После такой уборки, мы переработаем большинство этих машин, сохраняя только те, которые нам будут еще нужны, чтобы защищать окружающую среду от более чистой цивилизации, основанной на молекулярной технологии. Эти более долгоживущие устройства дополнят естественные экосистемы везде, где это необходимо, чтобы сбалансировать и исправить влияние людей. Сделать их эффективными, безопасными и незаметными будет делом, требующим не только автоматического инжиниринга, но знания природы и чувства прекрасного.

С технологией восстановления клеток, мы даже будем способны вернуть некоторые исчезнувшие виды из полного небытия. Африканский кага – животное, похожее на зебру – исчезло более чем столетие назад, но просоленная кожа этого животного, хранится в музее Германии. Алан Вильсон из калифорнийского университета в Берли и его сотрудники использовали ферменты, чтобы извлечь фрагменты ДНК из ткани мускула, присоединённого к этой коже. Они клонировали фрагменты в бактериях, сравнили их с ДНК зебры, и обнаружили (как предполагается), что гены показали близкое эволюционное родство. Им также удалось извлечь и скопировать ДНК из ремня из бизоньей кожи, сделанного сто лет назад и из мамонтов, сохранившихся в вечной мерзлоте, возраст которых миллионы лет. Этот успех – отдалённый отголосок клонирования целой клетки или организма – клонировав один ген, остаётся неклонированными ещё около 100 тысяч, а клонирование каждого гена ещё не восстановит целую клетку – но это всё же это показывает, что наследственный материал этих видов всё ещё жив.

Как я описал в предыдущей главе, машины, которые сравнивают несколько поврежденных копий молекулы ДНК, будут способны восстановить неповрежденный оригинал, а миллиарды клеток в высушенной коже содержат миллиарды копий. Из них мы будем способны реконструировать неповреждённую ДНК, а вокруг ДНК мы будем в состоянии восстановить неповреждённую клетку любого типа которого мы захотим. Некоторые виды насекомых переживают зиму в виде клеток-яиц и оживают при весеннем тепле. Эти «исчезнувшие» виды переживут двадцатый век в виде клеток шкур и мускулов, чтобы вернуться в оплодотворённые яйца и ожить с помощью машин ремонта клеток.

Доктор Барбара Дуррант, репродуктивный физиолог зоопарка в Сан-Диего, сохраняет образцы ткани подвергнутых опасности видов в криогенном морозильнике. Вознаграждение может быть значительней, чем большинство людей сейчас предполагают. Сохранение лишь образцов тканей не сохраняет саму жизнь животного или экосистему, но однако оно сохраняет генетическую наследственность данного вида. Мы были бы опрометчивы, если бы не предприняли бы эту политику страхования против безвозвратной потери видов. Перспективы машин ремонта клеток, таким образом, влияют на наши сегодняшние решения.

Исчезновение – не новая проблема. Приблизительно 65 миллионов лет назад, большинство тогда существовавших видов исчезло, включая весь вид динозавра. В каменной книге Земли, история динозавров заканчивается на странице, состоящей из тонкого слоя глины. Глина богата иридием, элементом, часто встречающимся в астероидах и кометах. Лучшая сегодняшняя теория указывает, что взрыв с неба смял биосферу Земли. С энергией сотни миллиона мегатонн тротилового эквивалента, он распространил пыль и ""астероидную зиму" по всей "планете.

За всё время, начиная от живых клеток, которые первые объединились, чтобы образовать червей, Земля перенесла пять больших исчезновений видов. Лишь 34 миллиона лет назад – около 30 миллионов лет после гибели динозавров, находится слой стекловидных бусинок, осевших на морском дне. Выше этого слоя следы многих видов исчезают. Эти бусинки – затвердевшие расплавленные брызги какого-то взрыва.

Кратер Метеора, в штате Аризона, несёт свидетельство меньшего, более недавнему взрыву, эквивалентному взрыву бомбы мощностью четыре мегатонны. Не далее как 30 июня 1908 года шар огня раскалывает небо Сибири и валит массив леса на площади шириной в сотни километров.

Как люди давно подозревали, динозавры умерли, потому что были глупы. Не то, чтобы они были слишком глупы, чтобы кормиться, ходить, или охранять свои яйца – они продолжали существовать в течение 140 миллионов лет, просто они были просто слишком глупы, чтобы строить телескопы, способные обнаруживать астероиды и космические корабли, чтобы отклонять их от столкновения с Землёй. У космоса есть много гигантских камней, чтобы ими в нас кидаться, но мы проявляем признаки достаточного интеллекта, чтобы с ними иметь дело. Когда нанотехнология и автоматический инжиниринг даст нам более мощные космические технологии, мы найдём несложным отслеживать и отклонять астероиды; в действительности, мы могли бы это делать даже при помощи технологии, имеющейся сегодня. Мы можем и вылечить Землю, и защитить её.

Люди обычно желают долгой и здоровой жизни, однако перспектива резкого успеха в этом направлении вызывает тревогу. Не повредит ли большая продолжительность жизни качеству жизни? Как перспектива долгой жизни повлияет на наши близкие сегодняшние проблемы? Хотя большинство влияний нельзя предсказать, некоторые всё же можно.

Например, по мере того, как машины ремонта клеток продлят жизнь, население увеличится. При прочих равных условиях большее количество людей будет означать большую тесноту, загрязнение и дефицит – но прочие условия не будут равны: сам прогресс в автоматизированной разработке и нанотехнология, которая даст машины ремонта клеток, также помогут нам излечить Землю, защитить её и жить на ней более легко. Мы будем способны производить наши предметы необходимости и роскоши, не загрязняя воздух, землю и воду. Мы будем способны получать ресурсы и производить вещи, не портя ландшафт шахтами или загромождая его фабриками. С ассемблерами, эффективно производящими долговечные продукты, мы будем производить вещи большей ценности с меньшими отходами. Больше людей будут способны жить на Земле, однако причиняя ей и друг другу меньше вреда, если мы как-то сможем использовать наши новые способности на благие цели.

Если кто-то считает ночное небо черной стеной и ожидает, что гонка технологий вежливо нажмёт на тормоза, для него было бы естественно бояться, что долгоживущие люди будут бременем в "бедном, переполненном мире наших детей. "Это опасение происходит из иллюзии, что жизнь является игрой с нулевой суммой, что большее количество людей всегда означает нарезку маленького пирога на меньшие кусочки. Но когда будем способны восстанавливать клетки, мы будем также способны строить самовоспроизводящиеся ассемблеры и превосходные космические корабли. Наши «бедные» потомки будут делить мир размером с Солнечную систему, с материей, энергией и потенциальным жизненным пространством таким огромным, что вся наша планета кажется пылинкой.

Это откроет достаточно пространства для эры роста и процветания, далеко за пределами всего, что когда-либо было прежде. Однако сама солнечная система конечна, а звезды далеки. На Земле, даже самая чистая индустрия, построенная на ассемблерах, будет выделять много избыточного тепла. Беспокойство относительно населения и ресурсов остаётся важным, поскольку экспоненциальный рост репликаторов (таких как людей) может в конце концов обогнать любую конечную базу ресурсов.

Но значит ли это, что мы должны жертвовать жизнями людей, чтобы задержать конец? Отдельные люди могут стать добровольцами, но они этим сделают мало добра. По правде говоря, продление жизни будет иметь небольшое влияние на фундаментальную проблему: экспоненциальный рост останется экспоненциальным, умирают ли люди молодыми или живут неопределенно долго. Мученик, умирая рано, мог бы задержать кризис на доли секунды, но в меньшей степени преданный делу человек мог бы помочь больше, присоединившись к движению долгоживущих людей, работающих над решением этой долгосрочной проблемы. В конце концов многие люди не замечали пределов росту на Земле. Кто кроме тех, кто будет жить долго, подготовится к более жёстким, но более отдалённым пределам росту в мире за пределами Земли? Те, кто озабочен долгосрочными пределами будет служить человечеству наилучшим образом, оставаясь живым, чтобы сохранять живой свою озабоченность.

Долгая жизнь также поднимает вопрос об угрозе культурного застоя. Если это было бы неизбежной проблемой долгой жизни, неясно, что можно было делать с ней сделать – расстрелять из пулемётов всех стариков в целях сохранения хороших нравов? К счастью, два фактора несколько уменьшат проблему. Во-первых, в мире с открытой границей молодёжь сможет улетать, строить новые миры, проверять новые идеи, а затем или убеждать своих старших измениться или оставлять их позади. Во-вторых, люди, старые годами, будут молоды телом и мозгом. Старение замедляет и обучение и мыль, как оно замедляет остальные физические процессы; омоложение ускорит их вновь. Поскольку молодые мускулы и сухожилия делают молодые тела более гибкими, возможно, молодые мозговые ткани будут поддерживать умы несколько более гибкими, даже умудрённые многими годами.

Долгая жизнь не будет самой большой из проблем будущего. Она даже могла бы помогать их решать.

Рассмотрите её влияние на готовность народов вступать в войны. Старение и смерть сделало резню в бою более приемлемым: как Гомер сказал устами Сарпедона, героя Трои: ""O, мой друг, если мы, покинув эту войну, могли бы избежать старости и смерти, я не должен был бы биться здесь в авангарде; но теперь, так как всё что есть – это разные способы смерти, нависшие над нами, и ни один человек не может надеяться их избегнуть, давай поспешим и отдадим славу другим людям, или выиграем её для нас самих."

Однако, если надежда избежать старения и смерти отвращает людей от сражения, будет ли это хорошо? Это могло бы препятствовать маленьким войнам, которые могли бы перерасти в ядерное тотальное уничтожение. Но так же, это могло бы ослабить наше решение защищать себя от пожизненного притеснения – если у нас не будет нужды считать, сколько еще нашей жизни мы должны защитить. Поможет нежелание людей умирать за власть своих правителей.

Ожидания всегда формируют действия. И наши учреждения, и личные планы отражают наше ожидание того, что все ныне живущие взрослые умрут в ближайшие десятилетия. Посмотрите, как эта вера воспламеняет стремление приобретать и игнорировать будущее в преследовании мгновенного удовольствия. Посмотрите, как это ослепляет нас относительно будущего, и закрывает от нашего взора долгосрочные выгоды от сотрудничества. Эрик Фромм пишет: ""Если индивидуум жил бы пятьсот или тысячу лет, это столкновение (его интересов с интересами общества) могли бы существенно уменьшиться. Он далее мог бы жить и с радостью пожинать то, что посеял в печали; страдание одного исторического периода, которые принесёт плоды в следующем, могло бы принести плод и для него тоже." Будет ли большинство людей жить для настоящего – это не вопрос: вопрос в том, может ли быть значительное изменение к лучшему?

Ожидание долгой жизни в лучшем будущем вполне может сделать некоторые политические болезни менее беспощадными. Человеческие конфликты слишком глубоки и сильны, чтобы быть искорененными любым простым изменением, однако перспектива обширного богатства завтра может по крайней мере уменьшить стремление бороться за крохи сегодня. Проблема конфликта большая, и нам нужна вся помощь, которую мы можем получить.

Перспектива личного старения и смерти всегда делала мысли о будущем менее приятными. Перспективы загрязнения, бедности и ядерного уничтожения, появившиеся недавно, сделали мысли о будущем во многом слишком ужасными, чтобы перенести. Однако с по крайней мере с надеждой на лучшее будущее и время, чтобы им насладиться, мы можем более охотно ожидать будущего. Заглядывая вперёд, мы будем видеть больше. Имея собственную ставку в игре, мы будем больше в ней заинтересованы. Большая надежда и предвидение будет благоприятствовать и настоящему, и будущим поколениям; у них будет даже больше чем у нас шансов выжить.

Увеличенная продолжительность жизни будет означать большее количество людей, но без серьёзного усложнения завтрашней проблемы населения. Ожидание более долгой жизни в лучшем мире принесет реальные выгоды, поощряя людей больше думать о будущем. В целом, долгая жизнь и его ожидание кажется хорошим для общества, также, как сокращение продолжительности жизни до тридцать лет было бы плохо. Многие люди хотят для себя долгую и здоровую жизнь. Каковы перспективы для сегодняшнего поколения?

Послушайте Гильгамеша, король Урик:

"Я просмотрел за стену, и я вижу тела, плывущие по реке, и это будет моим уделом тоже. Я это точно знаю, ибо самый высокий среди людей не достанет небес, а самый великий не вместит землю."

Прошло четыре тысячелетия с тех пор, когда сумерианские писцы наносили знаки на глиняные таблички, чтобы записать поэмы Гильдамеша, но времена изменились. Люди не выше среднего теперь достигли небес и летали вокруг Земли. Мы, дети космического века, века биотехнологии, века революций – нужно ли нам все еще чувствовать отчаяние перед барьером лет? Или мы изучим искусство продления жизни достаточно скоро, чтобы спасти от разложения себя и тех, кого мы любим?

Скорость биомедицинского прогресса рисует дразнящую перспективу. Главные болезни возраста – сердечная болезнь, инсульт и рак – начали уступать лечению. Исследования механизмов старения начали приносить плоды, и исследователи продлили продолжительность жизни животных. Так как знания основываются на предыдущих знаниях, а инструменты приводят к новым инструментам, кажется очевидным, что прогресс будет ускоряться. Даже без машин ремонта клеток, мы имеем причины ожидать значительного прогресса по направлению к замедлению старения и его частичному обращению вспять.

Хотя люди всех возрастов извлекут выгоду из этого прогресса, молодые извлекут большую выгоду. Те, кто будет жить ещё достаточно долго, доживёт до времени, когда старение станет полностью обратимым: самое позднее время появления машин ремонта клеток. Тогда, если не раньше, люди будут становиться здоровее по мере того, как они становится старше, становясь лучше как вино, вместо того, чтобы портиться как молоко. Они вновь получат, если захотят, отличное здоровье и будут жить долгое, долгое время.

В то время, с его репликаторами и дешёвыми космическими полётами, люди будут иметь и долгую жизнь и достаточно места и ресурсов, чтобы ими наслаждаться. Вопрос, который так и вертится на языке: "Когда?… Какое поколение будет последним, которое будет стареть и умирать, а какое будет первым, которое пробьётся в новую жизнь?" Многие люди сейчас разделяют спокойную надежду, что старение однажды будет побеждено. Но обречены ли те, которые живут сейчас, из-за несчастья родиться преждевременно? Ответ окажется и очевидным и удивительным.

Очевидный путь к долгой жизни включает жить достаточно долго, чтобы омолодиться с помощью машин ремонта клеток. Успехи в биохимии и молекулярной технологии продлят жизнь, и за выигранное время они продлят её ещё больше. Для начала мы будем использовать препараты, диеты и упражнения, чтобы продлить здоровую жизнь. В течение нескольких десятилетий успехи в нанотехнологии вероятно принесут первые машины ремонта, а с помощью автоматизированного инжиниринга, за первыми машинами могут быстро последовать продвинутые. Даты всё же остаются в области предположений, но предположение послужит лучше, чем просто вопросительный знак.

Представьте кого-то, кому сейчас тридцать лет. За следующие тридцать лет биотехнология очень сильно продвинется, однако этому тридцатилетнему будет всего шестьдесят. Статистические таблицы, которые не предполагают никаких успехов в медицине, говорят, что тридцатилетний житель США может сейчас ожидать прожить почти ещё пятьдесят лет, т. е. вплоть до 2030-х годов. Довольно обычные успехи (вроде тех, что продемонстрированы на животных) вероятно добавят годы, возможно, десятилетия, к жизни до 2030-ых годов. Самое начало технологии ремонта клеток могло бы продлить жизнь на несколько десятилетий. Короче говоря, медицина 2010, 2020 и 2030-ых по-видимому продлит жизнь наших тридцатилетних до 2040-х и 2050-х годов. К тому времени, если не раньше, продвижения в медицине могут позволить настоящее омоложение. Таким образом, те, кому под тридцать (и, возможно, те, кто существенно старше) могут ожидать, по крайней мере предварительно, что медицина перехватит процесс их старения и переправит их целыми и невредимыми в эру восстановления клеток, энергичности и неограниченной продолжительности жизни.

Если бы это было всё, то разделение между последними на пути к ранней смерти и первыми на дороге к долгой жизни было бы возможно самой существенной брешью между поколениями. Что более важно, гнетущая неопределённость о своей собственной судьбе дала бы повод затолкнуть все эти материи в темницу подсознания расстраивающих размышлений.

Но действительно ли мы находимся в такой ситуации? По-видимому, существует другой путь сохранить жизни, путь, основанный на машинах ремонта клеток, уже применяемых сегодня. Как описывалось в предыдущей главе, машины ремонта будут способны излечивать ткани настолько, насколько существенная структура сохранена. Способность тканей обеспечивать обмен веществ и восстанавливать себя становится неважной; обсуждение биостаза это иллюстрирует. Биостаз, как описано, будет использовать молекулярные устройства, чтобы остановить функцию и сохранить структуру, привязывая молекулярные машинами клетки перекрёстными связями одну к другой. Наномашины обратят биостаз, восстанавливая молекулярные повреждения, удаляя перекрёстные связи и помогая клеткам (а значит и тканям, органам и целому организму) возвращаться в нормальное состояние.

Достижение эры продвинутых машин ремонта клеток кажется ключом к долгой жизни и здоровью, поскольку большинство физических проблем будет излечиваемо. Можно было бы ухитриться прибыть в ту эру, сохраняя себя живым и активным в течение всех лет между сегодняшним днём и тем моментом в будущем, но это просто более очевидный путь, путь, который требует минимум предвидения. Пациенты сегодня часто страдают от остановки сердечной деятельности, в то время как мозговые структуры, которые воплощают память и личность, сохраняются невредимыми. В таких случаях, не могла бы сегодняшняя медицинская технология остановить биологические процессы так, чтобы завтрашняя медицинская технология была способна всё вернуть назад? Если так, то большинство смертей сейчас диагностируется преждевременно, и без на то необходимости.

Лондон, апрель 1773 года.

Жаку Дюбургу.

Ваши наблюдения о причинах смерти и эксперименты, которые Вы предложили для возвращения к жизни тех, кто кажется убитым молнией, демонстрирует и Вашу проницательность и Вашу гуманность. Представляется, что сама доктрина о жизни и смерти в целом пока понимается лишь очень слабо…

Я хотел бы, чтобы было возможно… изобрести метод бальзамирования утонувших людей, таким образом, что они могли бы быть возвращены к жизни в любой момент, сколь угодно отдалённый; из-за огромного желания видеть и наблюдать государство Америки сто лет спустя, я бы предпочёл обычной смерти быть погружённым с несколькими друзьями в бочку Мадеры до тех пор, и тогда быть возращённым к жизни солнечным теплом моей дорого страны! Но… по всей вероятности, мы живём в век слишком слабо продвинутый, и слишком близкий к детству науки, чтобы видеть такое умение доведённое в наше время до совершенства…

Я… и т. д.

(Б.Франклин.)

Требования для биостаза

Методы биостаза

Выход из биостаза

Разум, тело и душа

Ответы и аргументы

Время, издержки и действия людей

Бенжамин Франклин хотел процедуру, чтобы остановить и запустить метаболизм, но в то время ничего подобного не было известно. Живём ли мы в век, продвинутый достаточно, чтобы сделать биостаз доступным, чтобы открыть будущее здоровья для пациентов, которые в ином случае не имели бы другого выбора, кроме разложения после того, как выйдет их срок?

Мы можем останавливать метаболизм многими способами, но биостаз, чтобы им можно было пользоваться, должен быть обратимым. Это ведёт к любопытной ситуации. Можем ли мы поместить пациентов в биостаз используя имеющиеся технологии, зависит целиком от того, будут ли будущие технологии в состоянии обратить процесс. Процедура имеет две части, из которых нам нужно овладеть лишь одной.

Если биостаз может сохранять пациента неизменно в течение лет, то те самые будущие технологии будут включать сложные машины ремонта клеток. Следовательно, мы должны оценивать успех существующей процедуры биостаза в свете максимальных способностей медицины будущего. До того, как машины ремонта клеток станут ближайшей перспективой, эти способности, и таким образом требования для успешного биостаза, останутся в большой степени неопределёнными. Сейчас, основные требования кажутся достаточно очевидными.

Молекулярные машины могут строить клетки с нуля, как это показывают делящиеся клетки. Он также могут строить органы и системы органов с нуля, как это показывает развивающийся эмбрион. Врачи будут способны использовать технологию ремонта клеток, чтобы направлять рост органов из клеток самого пациента. Это даёт современным врачам большую свободу в процедурах биостаза: даже если они были вынуждены повредить или уничтожить большинство органов пациента, они тем не менее не нанесли необратимого ущерба. Будущие коллеги, вооружённые лучшими инструментами, будут способны восстанавливать или заменять эти органы. Большинство людей было бы радо иметь новое сердце, свежие почки и более молодую кожу.

Но мозг – другое дело. Врачи, которые допустят разрушение мозга пациента, допустят разрушение пациента как личности, что бы не происходило с остальным телом. Мозг содержит структуры память, личности, Я.

Пациенты после инсульта теряют только часть своего мозга, однако страдают проблемами от частичной слепоты до паралича и потери способности говорить, снижения интеллекта, изменения личности, и хуже. Эффекты зависят от места повреждения. Это говорит о том, что полное разрушение мозга вызовет полную слепоту, паралич, неспособность говорить и безумие, вне зависимости от того, продолжает ли дышать тело или нет.

Как писал Вольтер, "Чтобы подняться вновь, чтобы быть тем же человеком, каким вы были, вы должны сохранить свою память идеально свежей и актуальной; потому что память создаёт вашу самоидентичность. Если ваша память потеряна, как вы можете быть тем же человеком?" Анестезия прерывает сознание, но не разрушает структуры мозга, и процедура биостаза должна делать нечто подобное, на более длительное время. Отсюда возникает вопрос о природе физических структур, которые лежат в основание памяти и личности.

Нейробиология, и информированный здравый смысл, сходятся в базовой сущности памяти. По мере того как мы формируем воспоминания и развиваемся как индивидуальности, наш мозг изменяется. Эти изменения воздействуют на функцию мозга, изменяя рисунок его деятельности: когда мы вспоминаем, наш мозг что-то делает; когда мы действуем, думаем или чувствуем, наш мозг что-то делает. Мозг работает посредством молекулярных машин. Серьёзные изменения в мозговой функции предполагают серьёзные изменения в его молекулярных механизмах – в отличии от памяти компьютера, мозг не сделан так, чтобы мгновенно очищаться и заново заполняться. Личность и долговременная память долговечны.

По всему телу долговременные изменения в функции включают долговременные изменения в молекулярных механизмах. Когда мускулы становятся сильнее и быстрее, их белки изменяются в количестве и распределении. Когда печень приспосабливается иметь дело с алкоголем, её белковое содержание также изменяется. Когда иммунная система научается распознавать новый вид вируса гриппа, белковое содержание снова изменяется. Поскольку машины, основанные на белках в реальности выполняют работу движения мускулов, расщепления токсинов и распознавания вирусов, этой связи можно было ожидать.

В мозгу белки формируют нервные клетки, обсыпают их поверхности, связывают одну клетку с соседней, контролируют поток ионов и каждый нейронный импульс, продуцируют сигнальные молекулы, которые нервные клетки используют, чтобы передавать сигналы по синапсам, и многое, многое другое. Когда принтер печатает слово, он выкладывает на бумагу структуры из чернил; когда нервные клетки изменяют своё поведение, они изменяют свои структуры белков. Печать также оставляет в бумаге некоторые вмятины, и нервные клетки меняют не только свои протеины, однако сказать о чернилах на бумаге и белках в мозгу достаточно, чтобы понять принцип. Происходящие изменения далеко не неуловимые. Исследовании сообщают, что долговременные изменения в поведении нервных клеток включают "поразительные структурные изменения" в синапсах: они заметно изменяются в размере и структуре.

По-видимому, долговременная память – это не что-то очень тонкое, готовое испариться из мозга при малейшем случае. Память и личность – прочно внедрённое в то, каким образом срастаются мозговые клетки, в структуры, формирующиеся за годы опыта. Память и личность не более материальны, чем буквы в романе, однако, подобном им, они воплощены в материю. Память и личность не уносятся прочь при последнем вздохе, как только пациент умирает. На самом деле многие пациенты возвращаются из так называемой "клинической смерти", даже без помощи машин ремонта клеток. Структуры разума разрушаются только когда и если следящие за пациентом врачи позволяют мозгу пациента подвергнуться разложению. Это опять даёт врачам ощутимую свободу в процедурах биостаза: обычно им не требуется останавливать метаболизм до тех пор, пока жизненно важные функции не остановились.

По-видимому, сохранение клеточных структур и структуры белков мозга также сохранит структуру разума и Я. Биологи уже знают как сохранить ткань вот так хорошо. Воскрешающая технология должна дождаться машин ремонта клеток, но технология биостаза кажется уже в большой степени у нас в руках.

Мысль, что мы уже располагаем технологиями биостаза может казаться удивительной, поскольку значительные новые возможности редко возникают за одну ночь. В действительности технологии не новы – ново только понимание их обратимости. Биологи разработали два основных подхода по другим причинам.

На протяжении десятилетий биологи использовали электронные микроскопы, чтобы изучать структуру клеток и тканей. Чтобы подготовить образец, они использовали химический процесс, называемый фиксацией, чтобы удерживать молекулярные структуры в фиксированном состоянии. Широко распространённый метод использует молекулы глютаральдегида, гибкие цепочки из пяти атомов углерода с активной группой атомов водорода и кислорода с каждого конца. Биологи фиксируют ткань, прокачивая раствор глютаральдегида через кровяные русла, что позволяет молекулам глютаральдегида проникнуть в клетки. Молекула беспорядочно движется внутри клетки, пока одним концом не вступит в контакт с белком (или другой активной молекулой) и не свяжется с ним. После этого другой конец продолжает болтаться свободным до тех пор, пока также не вступит в контакт с чем-то способным активно вступать в реакции. Обычно это приковывает белковые молекулы к соседним молекулам.

Эти перекрёстные связи удерживают молекулярные структуры и машины на одном месте; потом могут быть добавлены и другие химические вещества, чтобы добиться более всеобъемлющей или прочной фиксации. Электронная микроскопия показывает, что такая процедура фиксации предохраняет клетки и структуры такими, какими они были, включая клетки и структуры мозга.

Первый шаг к гипотетической процедуре биостаза, которую я описал в главе 7, включает простые молекулярные устройства, способные входить в клетки, блокировать их молекулярные машины и структуры с помощью установления перекрёстных связей. Молекулы глютаральдегида подходят под это описание довольно хорошо. Следующий шаг в этой процедуре включает другие молекулярные устройства, способные замещать воду и плотно упаковывать себя вокруг молекул клетки. Это также соответствует известному процессу.

Химические вещества, такие как пропилен гликоль, этилен гликоль и диметил сульфоксид могут проникать в клетки, замещая большую часть воды в них, при этом причиняя минимальный вред. Они известны как «криопротекторы», потому что они защищают клетки от повреждения при низких температурах. Если они заместят достаточно воды в клетке, то охлаждение не будет означать замерзание, оно просто заставляет раствор протектора стать всё более и более густым, переходя от жидкого состояния, которое по консистенции напоминает сироп, к такому, которое напоминает горячую смолу, к такому, которое напоминает холодную смолу, и наконец, к такому, которое также плохо течёт, как стекло. В действительности, в соответствии с научным определением термина раствор протектора и квалифицируется как стекло; процесс затвердевания без замораживания называется витрификацией. Эмбрионы мыши, витрифицированные и сохранённые в жидком азоте, выросли в здоровых мышей.

Процесс витрификации упаковывает стекловидные протекторы плотно вокруг молекул каждой клетки; таким образом витрификация подходит под определение, которое я дал второй фазе биостаза.

Фиксация и витрификация вместе представляются достаточными, чтобы гарантировать долгосрочный биостаз. Чтобы обратить эту форму биостаза, машины ремонта клеток будут перепрограммированы, чтобы удалить стекловидные протекторы и глютаральдегидные перекрёстные связи и далее починить и заместить молекулы, таким образом возвращая клетки, ткани и органы в рабочее состояние.

Фиксация с помощью витрификации – не первая процедура биостаза. В 1962 году Роберт Эттинджер, профессор физики из мичиганского колледжа Хайланд Парк, опубликовал книгу, предлагающую мысль, что будущие успехи в криобиологии могли бы привести к методам легкообратимого замораживания пациентов-людей. Далее он высказал мысль, что врачи, используя будущую технологию, могли бы быть способны восстанавливать и оживлять пациентов, замороженных по имеющимся методам сразу после исчезновения признаков жизни. Он отметил, что при температуре жидкого азота пациент может сохраняться на протяжении веков, если будет в том необходимость, очень мало при этом изменяясь. Например, он предложил мысль, что медицинская наука однажды будет иметь невероятные машины, способные восстанавливать замороженные ткани по одной молекуле. Его книга положила начало крионическому движению.

Крионисты сосредоточили внимание на замораживании потому что многие человеческие клетки самопроизвольно оживают после аккуратного замораживания и оттаивания. Это просто широко распространённый миф, что замораживание разрывает клетки; в действительности замораживание повреждает клетки более тонким образом – настолько тонким, что часто это не причиняет никакого долговременного вреда. Из замороженной спермы регулярно получаются здоровые дети. Некоторые ныне живущие люди выжили, будучи замороженными до твёрдого состояния при температуре жидкого азота – когда они были ранними эмбрионами. Криобиологи активно исследуют способы замораживать и оттаивать жизненно важные органы, чтобы дать возможность хирургам сохранять их для дальнейшей имплантации.

Перспектива будущих технологий клеточного ремонта стала постоянной темой в среде крионистов. Однако они по естественным причинам концентрируются на процедурах, которые сохраняют клеточную функцию. Криобиологи сохраняют жизнеспособные человеческие клетки замороженными на протяжении лет.

Исследователи улучшили свои результаты, экспериментируя со смесями криопротекторных химических веществ и тщательно управляемыми скоростями охлаждения и нагревания. Сложности криобиологии дают богатые возможности для дальнейшего экспериментирования. Это сочетание ощутимого, дразнящего успеха и многообещающей цели для дальнейших исследований сделало поиски обратимого процесса замораживания насущной и привлекательной целью для крионистов. успех в замораживании и оживлении взрослого животного был бы непосредственно очевидным и убедительным.

Что более важно, даже частичное сохранение функции ткани говорит о прекрасном сохранении структуры ткани. Клетки, которые выживают (или почти выживают) даже без особой помощи, будут нуждаться в малом количестве ремонта.

Однако осторожный, консервативный акцент в крионических кругах на сохранение функции ткани вызвал путаницу в общественном сознании. Экспериментаторы заморозили целых взрослых животных и разморозили их, не ожидая помощи машин ремонта клетки. На поверхности результаты оказались обескураживающими: животные не оживали. Для общества и медицинских кругов, которые ничего не знают о перспективах ремонта клеток, это заставило биостаз замораживанием выглядеть бесполезным.

А после предложения Эттинджера, несколько криобиологов решило сделать заявление о будущем медицинской технологии, впрочем мало кем поддержанное. Как утверждал Роберт Прегода в книге в 1967 году: "Почти все эксперты по сниженному метаболизму… считают, что повреждение клеток, вызываемое существующими методами замораживания, никогда не могут быть исправлены." Конечно, это были не те эксперты, которых надо было спрашивать. Вопрос требует экспертов по молекулярной технологии и машинам ремонта клеток. Эти криобиологи, должно быть, сказали только, что исправление повреждений от замораживания очевидно потребует ремонта на молекулярном уровне, а сами они никогда не изучали этот вопрос. Однако же, они непреднамеренно направили общественное мнение по жизненно важному медицинскому вопросу в ложном направлении. Их утверждения отбили охоту использовать дееспособные методы биостаза.

Клетки состоят по большей части из воды. При достаточно низких температурах молекулы воды соединяются и образуют слабую, но твёрдую структуру из перекрёстных связей. Поскольку это предохраняет нейронные структуры, а значит, и структуры разума и памяти, Роберт Эттинджер очевидно определил дееспособный подход к биостазу. По мере того, как молекулярная технология продвигается вперёд, и люди всё больше становятся знакомы с её последствиями, обратимость биостаза (будь то основанном на замораживании, фиксации и витрификации, или на других методах) станет всё более очевидной для всё большего числа людей.

Представьте, что пациент умер из-за сердечного приступа. Врачи пытаются вернуть его к жизни, но терпят неудачу и теряют надежду восстановить жизненно важные функции. В этой точке, однако, тело и мозг пациента всего лишь перестали функционировать, но большинство клеток и тканей в действительности всё ещё живы и в них происходит обмен веществ. Сделав приготовления заранее, пациент вскоре помещается в биостаз, чтобы предотвратить необратимое разложение и подождать до лучших дней.

Проходят годы. Пациент очень мало изменился, но технология ушла далеко вперёд. Биохимики научились конструировать белки. Инженеры используют белковые машины, чтобы строить ассемблеры, а далее используют ассемблеры, чтобы широкомасштабную нанотехнологию. Благодаря новым приборам биологическое знание стремительно растёт. Биохимические инженеры используют новое знание, автоматический инжиниринг и ассемблеры, чтобы разрабатывать машины ремонта клеток всё более высокой сложности. Они учатся останавливать и обращать вспять старение. Врачи используют технологию ремонта клеток, чтобы возвращать пациентов из биостаза – в первую очередь тех, кто был помещён в биостаз с использованием наиболее совершенных методов, потом тех, кто был помещён в биостаз с использованием более ранних и грубых методик. Наконец, после успешного возвращения к жизни животных, введённых в биостаз с использованием старых методов 1980-х годов, врачи обратятся к нашему пациенту, пострадавшему от сердечного приступа.

На первой стадии подготовки, пациент лежит в резервуаре с жидким азотом, окружённый оборудованием. Стеклообразный протектор всё ещё прочно связывает молекулярные машины каждой клетки. Этот протектор должен быть удалён, но простое нагревание могло бы преждевременно позволить некоторым клеточным структурам начать двигаться.

Хирургические устройства, разработанные для использования при низких температурах проходят через жидкий азот к грудной клетке пациента. Там они удаляют твёрдые сгустки ткани, чтобы получить доступ к основным артериям и венам. Армия наномашин, приспособленных для удаления протекторов проходят через эти отверстия, в первую очередь очищая главные кровеносные сосуды, а потом и капилляры. Это открывает пути к нормально действующим тканям по всему телу пациента. Хирургические машины большего размера далее присоединяют трубки к грудной клетки и прокачивают жидкость через систему циркуляции. Жидкость вымывает первые машины для удаления протектора (позже, она поставляет материал для машин ремонта и отводит отработанное тепло).

Теперь машины накачивают молочную жидкость, содержащую триллионы устройств, которые входят в клетки и удаляют стеклообразный протектор, молекулу за молекулой. Они заменяют их временным молекулярным каркасом, оставляющим достаточно места для работы машин ремонта. По мере того, как эти машины для удаления протектора раскрывают органические молекулы, включая структурные и механические компоненты клеток, они привязывают их к каркасу временными перекрёстными связями. (Если для этого пациента применялись также вещества, устанавливающие перекрёстные связи, эти связи теперь удалятся и будут замещены временными связями.) Когда молекулы нужно переместить в сторону, машины помечают их, чтобы правильно потом заместить. Подобно другим продвинутым машинам ремонта клеток, эти устройства работают под управлением тут же находящихся нанокомпьютеров.

Когда они заканчивают, низкотемпературные машины удаляются. На протяжении серии постепенных изменений в составе и температуре, водяной раствор замещает прежний криогенную жидкость и пациент нагревается вплоть до температур выше нуля. Машины ремонта клеток закачиваются через кровеносные сосуды и входят в клетки. Ремонт начался.

Маленькие устройства исследуют молекулы и сообщают их структуры и положения большему компьютеру, находящемуся в клетке. Компьютер идентифицирует молекулы, и даёт команды о необходимом молекулярном ремонте, и идентифицирует клеточные структуры по расположению молекул. Там, где повреждение изменило структуры в клетке, компьютер даёт команды устройствам ремонта привести молекулы в правильное расположение, используя временные перекрёстные связи, где это необходимо. Тем временем артерии пациента прочищаются, а сердечная мышца, повреждённая много лет назад, восстанавливается.

Наконец, молекулярные машины клетки приведены в рабочее состояние и ремонт более грубый исправил повреждённые структуры расположения клеток, чтобы восстановить ткани и органы и здоровое состояние. Каркас теперь из клеток удаляется, вместе с большей частью временных перекрёстных связей и многими машин ремонта. Однако пока ещё большая часть всех активных молекул клеток сохраняются заблокированными, чтобы предотвратить преждевременную несбалансированную деятельность.

Вне тела система ремонта вырастила свежую кровь из собственных клеток пациента. Теперь она переливает эту кровь, чтобы заполнить систему кровообращения и действует как временное искусственное сердце. Остающиеся устройства в каждой клетке теперь регулируют концентрацию соли, сахара, аденинтрифосфорной кислоты и других малых молекул, большей частью выборочно разблокируя собственные наномашины клеток. При дальнейшем разблокировании обмен веществ шаг за шагом восстанавливается; наконец сердечная мышца окончательно освобождается и готова начать сокращаться. Сердцебиение восстанавливается и пациент выходит из состояния анестезии. Пока ухаживающие за ним врачи проверяют, что всё идёт нормально, системы ремонта заделывают отверстия в грудной клетке, соединяя ткань с тканью без нити и иглы. Остающиеся устройства в клетках разбирают друг друга на безопасные продукты обмена веществ или питательные молекулы. По мере того, как пациент переходит к обычному сну, в комнату входят некоторые посетители, как уже давно собирались.

Наконец, спящий пробуждается, освежённый светом нового дня, и видит своих старых друзей.

Однако до того как рассмотреть возращение к жизни, некоторые могут спросить, что станет с душой человека в биостазе. Некоторые люди ответили бы, что душа и разум – разные аспекты одного и того же, структуры, воплощённой в веществе мозга, активной во время активной жизни и находящейся в состоянии покоя в биостазе. Предположим, однако, что структуры разума, памяти и личности покидают тело в момент смерти, уносимые некоторой тонкой субстанцией. Тогда возможности представляются достаточно очевидными. Смерть в этом случае имеет значение иное, чем необратимое повреждение мозга, определяемая вместо этого как необратимый уход души. Это сделало бы биостаз бесполезным, но безвредным действием – в конце концов религиозные лидеры не выражали никакой озабоченности по поводу того, что простое сохранение тела может как-то закрепостить душу. С этой точки зрения возвращение к жизни, чтобы быть успешным, предположительно потребовало бы участие души. В действительности акт помещения пациентов в биостаз сопровождался и католической, и иудейской церемониями.

С биостазом или без него, ремонт клеток не может дать бессмертия. Физическая смерть, однако сильно отсроченная, будет продолжать быть неизбежной по причинам, имеющим корни в самой природе вселенной. Таким образом биостаз, за которым следует ремонт клеток, по-видимому не рождает никакой фундаментальной теологии. Он напоминает глубокую анестезию, за которой следует хирургия, имеющая целью спасение жизни: обе процедуры прерывают сознание, чтобы продлить жизнь. Говорить о «бессмертии» тогда, когда перспектива лишь – долгая жизнь, значило бы игнорировать факты или неправильно употреблять слова.

Перспектива биостаза кажется специально сделанной, чтобы вызвать будущий шок. Большинство людей уже находят сегодняшние ускоряющиеся изменения достаточно шокирующими, тогда как они происходят ещё по капле. Но возможность биостаза – это сегодняшнее последствие целой серии будущих прорывов. Эта перспектива естественно расстраивает трудные психологические приспособительные реакции, которые вырабатывают люди, сталкиваясь с ухудшением физического состояния.

Пока что я строил доказательство клеточного ремонта и биостаза на обсуждении фактов биологии и химии, с которыми все согласны. Но что думают профессиональные биологи по этим базовым вопросам? В частности, верят ли они 1) что машины ремонта будут способны исправлять тот род повреждения перекрёстных связей, который вызывается фиксацией, и 2) что память действительно воплощена в сохраняемой форме?

После обсуждения молекулярных машин и их способностей, не затрагивая медицинские применения, доктор Джин Браун, профессор биохимии и председатель департамента биологии Массачусетского технологического института, дал разрешения процитировать его заявление, что: "При достаточном времени и усилиях, чтобы разработать искусственные молекулярные машины и провести детальное исследование молекулярной биологии клетки, должны возникнуть очень широкие возможности. Среди них могли бы быть способность отделять белки (или другие органические молекулы) из структур с перекрёстными связями, идентифицировать их, починять и заменять." Это заявление относится к значительной части проблемы ремонта клеток. Оно постоянно подтверждается определённой частью биохимиков и молекулярных биологов в MIT и Гарварде после аналогичных обсуждений.

После обсуждения мозга и физической природы памяти и личности – опять же, обсуждения, не затрагивающего медицинского применения – доктор Валь Наута (профессор нейроанатомии в MIT) дал разрешение процитировать его высказывание: "Основываясь на нашем имеющемся знании молекулярной биологии нейронов, я думаю, большинство согласилось бы, что изменения, производимые во время образования долговременной памяти отражаются в соответствующих изменениях в числе и распределении различных белковых молекул в нейронах мозга." Также как утверждение доктора Брауна, это заявление относится к ключевому моменту относительно работоспособности биостаза. Оно также неизменно поддерживалось другими экспертами при обсуждении в контексте, изолирующем экспертов от эмоционального предубеждения, который мог возникнуть из медицинского подтекста утверждения. Далее, поскольку эти моменты прямо относятся к их специальностям, доктор Браун и доктор Наута были подходящими экспертами, чтобы об этом спрашивать.

Кажется, что человеческое стремление жить расположит многие миллионы людей к использованию биостаза (как последнего средства), если они будут его рассматривать как работающий. По мере того, как молекулярная технология продвигается вперёд, понимание клеточного ремонта будет распространяться через массовую культуру. Мнение экспертов будет всё больше поддерживать эту идею. Биостаз станет всё более распространённым, и его стоимость упадёт. Представляется вероятным, что многие люди в конце концов будут рассматривать биостаз как норму, как стандартное мероприятие по спасению жизни для умирающих пациентов.

Но до тех пор как машины ремонта клетки будут продемонстрированы, тенденция, присущая очень многим людям, игнорировать то, что мы не видели, будет замедлять принятие биостаза. Миллионы несомненно пройдут от момента смерти до необратимого разложения только из-за привычки и традиции, поддерживаемых слабыми аргументами. Важность ясного предвидения в этом вопросе делает важным рассмотреть возможные аргументы перед тем, как оставить тему продления жизни и перейти к другим вопросам. Почему, стало быть, биостаз не кажется естественной, очевидной идеей?

Потому что по факту у нас ещё нет машин ремонта клеток.

Может казаться странным спасать человека от разложения в ожидании восстановления здоровья, так как технология восстановления пока не существует. Но намного ли это более странно, чем сберегать деньги, чтобы дать возможность ребёнку учиться в колледже? В конце концов студент колледжа по ещё тоже не существует. Сбережение денег имеет смысл, потому что ребёнок вырастет и созреет для колледжа; сохранение человека имеет смысл, потому что созреет молекулярная технология.

Мы ожидаем, что ребёнок созреет для колледжа, потому что мы видели многих детей, которые выросли и созрели; мы можем ожидать, что эта технология созреет, потому что мы видели много технологий, которые созрели. Да, некоторые дети страдают от врождённых недостатков, также как и некоторые технологии. Но эксперты в этих вопросах могут оценить потенциал детей и технологий ещё когда они молоды.

Микроэлектронная технология началась с нескольких пятнышек и соединений на кусочке кремня, но выросла в компьютеры и микросхемы. Физики, такие как Ричард Фейнман отчасти видел, как далеко она пойдёт.

Технология ракет на жидком топливе началась с грубых ракет, запущенных с Массачусетского космодрома, но выросла в корабль для полёта на Луну и космические челноки. Роберт Годдарт отчасти видел, как далеко она пойдёт.

Молекулярное конструирование началось с обычной химии и молекулярных машин, заимствованных из клеток, оно тоже вырастет в нечто грандиозное. Также оно будет иметь заметные последствия.

Потому что в крошечных машинках нет ничего грандиозного.

Мы имеем склонность ожидать грандиозных результатов от грандиозных причин, но мир часто отказывается с нами сотрудничать. Природа отпускает и триумф, и бедствие в серой обёрточной бумаге.

СКУЧНЫЙ ФАКТ: некоторые электрические переключатели могут включать и выключать друг друга. Эти переключатели можно сделать очень маленькими и потребляющими мало электричества.

ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: если их соединить правильно, эти переключатели образуют компьютеры, машины информационной революции.

СКУЧНЫЙ ФАКТ: эфир – не слишком ядовит, однако временно вмешивается в деятельность мозга.

ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: конец мучений хирургии над пациентами в сознании, открытие новой эры в медицине.

СКУЧНЫЙ ФАКТ: плесень и бактерии конкурируют за пищу, поэтому некоторые плесени научились выделять яды, которые убивают бактерии.

ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: пенициллин, победа над многими бактериальными заболеваниями, и спасение миллионов жизней.

СКУЧНЫЙ ФАКТ: молекулярные машины могут использоваться, чтобы манипулировать молекулами и строить механические переключатели молекулярного размера.

ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: управляемые компьютером машины ремонта клеток, приносящие излечение практически от всех болезней.

СКУЧНЫЙ ФАКТ: память и личность заключены в сохраняемых мозговых структурах.

ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: сегодняшними методами можно предотвратить разложение, позволяя существующему поколению воспользоваться преимуществами завтрашних машин ремонта клеток.

В действительности молекулярные машины даже не столь скучны. Поскольку ткань состоит из атомов, следует ожидать технологию, способную манипулировать и переупорядочивать атомы, из чего выйдут впечатляющие медицинские последствия.

Потому что это выглядит слишком невероятным.

Мы живём в век невероятного.

В статье, которая называется "Идея прогресса" по астронавтике и аэронавтике, аэрокосмический инженер Роберт Т. Джоунс писал: "В 1910 году, в год, когда я родился, мой отец был обвинителем в суде. Он путешествовал по всем грязным дорогам округа Макон в повозке, которую тянула одна лошадь. В прошлом году я совершил беспосадочный перелёт из Лондона в Сан-Франциско через регион полюса, толкаемый вперёд двигателями мощностью в 50 000 лошадиных сил." Во времена его отца, такой самолёт граничил с научной фантастикой, слишком невероятной, чтобы её принимать во внимание.

В статье, озаглавленной "Основы медицинских исследований: долгосрочные инвестиции" в технологическом обозрении MIT доктор Льюис Томас писал: "Сорок лет назад, как раз перед тем, как медицинская профессия подверглась трансформации из искусства в науку и технологию, принималось как само собой разумеющееся, что медицина, которой нас учили, была в точности та же медицина, которая будет с нами большую часть нашей жизни. Если кто-то пытался нам сказать, что способность контролировать бактериальную инфекцию буквально за углом, что хирургия на открытом сердце и трансплантация почек могли бы быть возможны в пределах пары десятков лет, что некоторые виды рака будут излечиваться химиотерапией, и что мы вскоре окажемся близи всеобъемлющего биохимического объяснения генетики и генетически предопределяемых заболеваний, мы бы ни капли в это не поверили. У нас не было причин верить, что медицина когда-нибудь изменится… О чём говорит это воспоминание – что нам следует держать наш разум широко открытым в будущее."

Потому что это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой.

Новости о том, что есть способ избежать фатальности большинства смертельных болезней может действительно звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой, однако это только малая часть более сбалансированной истории. В действительности опасность молекулярной технологии примерно уравновешивает её положительный потенциал. В части 3 я очерчу причины считать нанотехнологию более опасной, чем ядерное оружие.

Хотя по сути, природа нисколько не заботится о том, что мы считаем хорошим или плохим и о нашем чувстве баланса. В частности природа не ненавидит род людской в достаточной степени, чтобы встать против нас на баррикады. Древние страхи уже исчезли.

Много лет назад хирурги пытались быстро ампутировать ноги. Роберт Лстон из Эдинбурга, Шотландия, однажды отпилил бедро пациента за рекордное время – тридцать три секунды, по пути отхватив три пальца своего ассистента. Хирурги работали быстро, чтобы сократить агонию своих пациентов, потому что их пациенты оставались в сознании.

Если смертельно опасное заболевание без биостаза – это сегодня ночной кошмар, подумайте о хирургии без анестезии в дни наших предков: нож, врезающихся в плоть, потоки крови, пила, скрежещущая о кость пациента в сознании… Однако в октябре 1846-го года В.Т.Г. Мортон и Дж. Ц. Варрен удалили опухоль пациента под анестезией; Артур Слатер утверждает, что их успех "был просто осыпан приветствиями, как величайшее открытие века." С помощью простых методов, основанных на известном химическом веществе, ходячий ночной кошмар ножа и пилы наконец закончился.

Когда покончили с агонией, хирургия стала применяться шире, вместе с хирургическим заражением и ужасом ставших обычным делом смертей от гниющей плоти в теле. Однако в 1867 году Джозеф Листер опубликовал результаты своих экспериментов с фенолом, закладывая принципы антисептической хирургии. С помощью простых приёмов, основанных на известном химическом веществе, ужас гниения заживо резко сократился.

Потом последовали сульфопрепараты и пенициллин, которые одним ударом положили конец многим смертельно опасным болезням… список продолжается.

Впечатляющие прорывы в медицине прежде происходили, иногда благодаря новому использованию известных химических веществ, как в случае анестезии и антисептической хирургии. Хотя эти успехи могут казаться слишком хороши, чтобы быть правдой, они тем не менее оказались правдой. Спасение жизней использованием химических веществ и процедур, приводящих в биостаз, аналогичным образом могут быть правдой.

Потому что врачи сегодня биостаз не используют.

Роберт Эттинджер предложил метод биостаза в 1962 году. Он утверждал, что профессор Джин Ростанд предлагал тот же самый подход годами раньше, и предсказывал его возможное использование в медицине. Почему биостаз при помощи замораживания не стал популярным? Отчасти из-за его начальной дороговизны, отчасти из-за человеческой инертности, а отчасти из-за того, что средства ремонта клеток оставались неясными. Однако консерватизм, присущий медицинской профессии также сыграл роль. Обратимся снова к истории анестезии.

В 1846 году Мортон и Варрен поразили мир "открытием века", анестезией с помощью эфира. Однако на два года раньше, Хорас Веллз использовал анестезию азотистым оксидом, а ещё два года до того Скрауфорд В. Лонг выполнил операцию, используя эфир. В 1824 году Генри Хикман успешно подвергал анестезии животных с помощью обычного углекислого газа; позже он потратил годы, убеждая хирургов в Англии и Франции протестировать азотистый оксид в качестве анестетика. В 1799 году, целых сорок семь лет до великого «открытия» и много лет до того, как ассистент Листона потерял свои пальцы, сэр Хьюмфри Дейви писал: "Поскольку азотистый оксид в своём широком действии способен уничтожать физическую боль, возможно, он может использоваться во время хирургических операций."

Однако в 1839 году победа над болью для многих врачей всё ещё казалось недостижимой мечтой. Доктор Альфред Вельпо утверждал: "Устранение боли в хирургии – химера. Сегодня абсурдно продолжать пытаться его достичь. «Нож» и «боль» – два слова в хирургии, которые должны навсегда ассоциироваться друг с другом в сознании пациента. Мы будем должны привыкнуть к этой вынужденному сочетанию."

Многие боялись боли хирургии больше, чем самой смерти. Возможно, пришло время пробудиться от последнего ночного кошмара медицины.

Потому что не доказано, что это работает.

Это правда, что ни один эксперимент сейчас не может продемонстрировать реанимацию пациента из биостаза. Но требовать такой демонстрации значило бы иметь скрытое предположение, что современная медицина уже приблизилась к последним пределам возможного, что её никогда не обойдут достижения будущего. Такое требование звучало бы как осторожное и разумное, но в действительности оно попахивает огромным невежеством.

К сожалению демонстрация – это как раз то, что врачей учили требовать, и на то были хорошие причины: они желают избежать бесполезных процедур, которые могут нанести вред. Возможно, этого будет достаточно, что пренебрежение биостазом ведёт к очевидному и необратимому вреду.

Решат ли люди использовать биостаз, будет зависеть от того, считают ли они его шансы на успех стоящими. Эта игра включает ценность жизни (что является личным делом), стоимостью биостаза (которая кажется разумной по меркам современной медицины), шансами, что технология будет работать (они представляются отличными), и шансами, что человечество выживет, разовьёт технологию и оживит людей. Этот последний момент заключает в себе самую большую часть неопределённости.

Предположим, что люди и свободные общества действительно выживут. (Никто не может высчитать шансы этого, но предположим, что неудача отбила бы само желание прикладывать усилия, чтобы способствовать успеху.) Если так, то технология будет продолжать продвигаться вперёд. Разработка ассемблеров займёт годы. Изучить клетки и научиться восстанавливать ткани пациентов из биостаза займёт ещё больше времени. На вскидку, разработка систем ремонта и приспособление их к реанимации займёт от тридцати до сорока лет, хотя успехи в автоматическом инжиниринге могут ускорить процесс.

Однако, по-видимому, требуемое время не имеет значения. Многие оживляемые пациенты будут больше заботиться об условиях жизни, включая, будут ли вокруг них их друзья и семьи – тогда для них будет иметь значение дата на календаре. С изобильными ресурсами, физические условия жизни могли бы быть на самом деле очень хорошими. Присутствие друзей и родных – другой вопрос.

В недавно опубликованном обзоре, половина опрашиваемых сказала, что они бы хотели быть как минимум пятьсот лет, если бы у них был выбор. Неформальные опросы показывают, что большинство людей предпочло бы биостаз разложению, если бы они могли вернуть хорошее здоровье и войти в новое будущее со своими старыми друзьями и родными. Не многие люди сказали, что они "хотят пережит своё время", но они в целом согласились, что пока они могут ещё пожить, их время не пришло. По-видимому, многие люди сегодня разделяют желание Бенжамина Франклина, но в веке, когда их желание может быт удовлетворено. Если биостаз войдёт в широкое употребление достаточно быстро (или если другие технологии продления жизни будут совершенствоваться достаточно быстро), то оживляемые пациенты будут просыпаться не в незнакомом мире, а окружённые улыбками знакомых лиц.

Но будут ли оживлены люди в биостазе? Методы помещения пациентов в биостаз уже известны, и стоимость могла бы стать низкой, по крайней мере по сравнению со стоимостью серьёзной хирургии или длительного ухода в госпитале. Однако разработать технологию оживления будет сложно и дорого. Будут ли люди себя утруждать в будущем?

Похоже на то, что они будут. Они могут не разрабатывать нанотехнологию, имея в виду медицину, но даже если нет, они обязательно её разработают, чтобы строить лучшие компьютеры. Они могут не разработать машины ремонта клеток, имея в виду оживление, но они обязательно её буду разрабатывать, чтобы лечить себя. Они могут не программировать машины ремонта на оживление как акт бескорыстного альтруизма, но у них будет достаточно времени, богатства и некоторые из них будут, кто любил тех, кто ждёт в биостазе. Представляется, что методы оживления будут обязательно разработаны.

С репликаторами и ресурсами космоса, придёт время, когда люди будут иметь богатство и жизненное производство в тысячу раз больше, чем мы имеем сегодня. Само оживление будет требовать мало энергии и материалов даже по сегодняшним стандартам. Поэтому люди, раздумывающие над оживлением, обнаружат мало противоречия между их собственными интересами и их общечеловеческим участием. Общих человеческих мотивов кажется достаточно, чтобы гарантировать, что активное население будущего разбудит тех, кто в биостазе.

Первое поколение, которое вернёт молодость, не прибегая к биостазу, сегодня вполне может быть с нами. Перспектива биостаза просто даёт большему числу людей больше оснований ожидать долгой жизни – она предлагаем возможность для старых и форму гарантии для молодых. По мере того, как продвижения в биотехнологии ведут к конструированию белка, ассемблеров и клеточного ремонта, и по мере того, как затруднения будут разрешаться, ожидание долгой жизни будет распространяться. Расширяя путь к долгой жизни, возможность выбрать биостаз будет побуждать более живую заинтересованность в будущем. А это подтолкнёт усилия, чтобы подготовиться к опасностям, которые ждут впереди.

Шахматная доска – мир, фигуры – явления вселенной, правила игры – то, что мы называем законами природы.

(Т.Х. Хаксли.)

Структура вакуума

Будет ли физика снова дополнена?

Пределы аппаратных средств

Энтропия: предел использованию энергии

Пределы ресурсам

Мальтус

Остановит ли нас кто-нибудь?

Рост в пределах границ

Взгляд на пределы

За последний век мы разработали самолёты, космические корабли, ядерный источник энергии и компьютеры. В следующем веке мы разработаем ассемблеры, репликаторы, автоматический инжиниринг, дешёвые космические корабли, машины ремонта клеток и многое другое. Эти серии прорывов могут наводить на мысль, что технологическая гонка будет двигаться вперёд без границ. С этой точки зрения мы будем прорываться сквозь все постижимые препятствия, вылетая в бесконечное неизвестное – но этот взгляд кажется ошибочным.

Законы природы и условия этого мира ограничат то, что мы можем делать. Без границ, будущее было бы целиком неизвестной, бесформенной вещью, делая посмешище из наших усилий думать и планировать. С ограничениями будущее всё ещё бешенная неопределённость, но она должна вписаться в определённые границы.

Из естественных ограничений мы узнаём что-то о проблемах и открывающихся возможностях, с которыми мы столкнёмся. Пределы определяют границы возможного, сообщая нам, какие ресурсы мы можем использовать, как быстро наши космические корабли могут летать и что наши наномашины будут, а что не будут способны делать.

Обсуждение пределов рискованно: мы можем быть более уверены, что что-то возможно, чем что оно невозможно. Инженеры могут достигать успеха с помощью приближений и особых случаев. А при наличии инструментов, материалов и времени, они могут продемонстрировать возможности непосредственно. Даже делая конструкцию для исследования, они могут оставаться вполне в рамках возможного и быть достаточно далеко от его границ. Учёные, наоборот, не могут доказать общую теорию, и каждое общее заявление о невозможности – само есть род общей теории. Никакой конкретный эксперимент (где-то, когда-то) не может доказать, что что-то невозможно (везде и навсегда). Также это не может сделать любое количество конкретных экспериментов.

Все же, общие законы науки описывают границы возможного. Хотя учёные не могут доказать общий закон, они разработали наилучшую возможную для нас картину того, как вселенная работает. И даже если экзотические эксперименты и элегантные математические пассажи снова изменят нашу концепцию физических законов, немногие пределы для конструкторов шелохнутся. Относительность не влияла на конструкцию автомобилей.

Простое существование конечных пределов не значит, что они уже вот-вот начнут нас душить, однако многие люди пришли к мысли, что пределы скоро положат конец росту. Это соображение упрощает их картину будущего, откидывая странные новые разработки, которые принесёт прогресс. Другие люди хорошо относятся к более расплывчатой идее безграничного роста – идее, которая затуманивает их картину будущего, говоря, что оно будет совершенно непостижимым.

Люди, которые путают науку с технологией, имеют склонность путаться и насчёт пределов. Как отмечает инженер по программному обеспечению Марк С. Миллер, им кажется, что новое знание всегда означает новое ноу-хау; некоторые даже воображают, что знать всё позволит нам делать всё, что мы захотим. Прогресс в технологии действительно приносит новые ноу-хау, открывая новые возможности. Но продвижения в фундаментальной науке просто перерисовывает нашу карту окончательных пределов; это часто показывает что-то новое, что невозможно. Например, открытия Эйнштейна показали, что ничто не может догнать летящий луч света.

Действительно ли скорость света – реальный предел? Люди когда-то говорили о "звуковом барьере", и некоторые верили, что он не даст самолёту перейти скорость звука. Затем на базе Эдвард Эа Форс в 1947 году, Чак Ииджер рассёк октябрьское небо звуком перехода звукового барьера. Сегодня некоторые люди говорят о "световом барьере", и спрашивают, может ли он также отступить.

К сожалению для писателей научной фантастики эта параллель поверхностна. Никто никогда не мог утверждать, что скорость звука – это реальный физический барьер. Метеоры и пули превышали его каждый день и даже щёлкающий хлыст переходил "звуковой барьер". Но никто не видел ничего, что бы двигалось быстрее света. Удалённые места, видимые с помощью радиотелескопов, иногда кажутся движущимися быстрее, но простые трюки перспективы легко объясняются, как это может быть. Гипотетические частицы, называемые «тахионами» двигались бы быстрее света, если бы он существовали, но их пока не нашли, а сегодняшняя теория их не предсказывает. Экспериментаторы толкали протоны со скоростью более 99,9995 процентов скорости света и получили результаты, которые идеально соответствовали предсказаниям Эйнштейна. Когда их толкают всё быстрее, скорость частицы очень медленно приближается к скорости света, в то время как её энергия (масса) растёт безгранично.

На Земле, человек может идти пешком или плыть только на определённые расстояния, но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его путешествия. Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве предполагает не больше "светового барьера", чем предел расстояния на Земле предполагает стену. Само пространство – вакуум, который содержит энергию и материю, имеет свойства. Одно из них – это его геометрия, которая может быть описана, если рассматривать время как особое измерение. Эта геометрия заставляет скорость света отступать перед ускоряющимся космическим кораблём во многом подобно тому как горизонт отступает перед движущимся по морю кораблём: скорость света, подобно горизонту всегда равноудалена во всех направлениях. Но аналогия здесь заканчивается – это подобие никак не поясняет кривизну пространства. Достаточно запомнить, что предельная скорость – это не что-то такое грубое и что можно преодолеть, как "световой барьер". Объекты всегда могут двигаться быстрее, но не быстрее света.

Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги "Очертания будущего" Артур Ц. Кларк писал, что "Из всех сил гравитация – самая загадочная и самая неумолимая", и дальше продолжал, предлагая мысль, что мы однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацией. Однако действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории относительности Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в пространственно-временной структуре вакуума. Математическое описание этого элегантно и точно, и делает предсказания, которые прошли через все испытания, с тех пор предпринимаемые.

Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не может заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может заставить электрон потерять свой электрический заряд или электрический ток – своё магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными полями, передвигая частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитационными полями аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представляется, что мы не можем изучить секрет управления за гравитацией, потому что мы уже это сделали.

Ребёнок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитное поле, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли. Но к сожалению для страстного желания инженеров, работающих с гравитацией, использование гравитации, чтобы поднять гвоздь, требует огромной массы. Если прямо у вас над головой будет находиться Венера – это почти сделает то, что нужно, пока она не упадёт на вас.

Инженеры возбуждают электромагнитные волны, передвигая электрические заряды туда-сюда в антенне; можно возбудить гравитационные волны, перемещая камень в воздухе. Но опять же, гравитационный эффект слабый. Хотя в радиостанции мощностью в один киловатт нет ничего необычного, перемещение и закручивание всей массы солнечной системы вместе взятой не может выделить так много, как один киловатт гравитационных волн.

Мы понимаем гравитацию достаточно хорошо; в этом просто нет большой пользы для построения машин намного легче чем Луна. Но устройства с использованием большой массы, будут работать. Гидроэлектростанция – часть гравитационной машины (другая часть – Земля), которая извлекает энергию из падающей массы. Машины, используя чёрные дыры, будут способны извлекать энергию из падающей массы более чем с 50-процентной эффективностью, основываясь на формуле Е=mc 2

Вылить одно ведро воды в чёрную дыру выделило бы столько же энергии, сколько переливание нескольких триллионов вёдер воды через генератор дамбы гидроэлектростанции в километр высотой.

Поскольку законы гравитации описывают, как искривляется вакуум, они также применимы к научно-фантастическим "искривлениям пространства". По-видимому, туннели из одной точки пространства в другую были бы нестабильны, даже если они могли бы быть прежде созданы. Это не позволяет будущим космическим кораблям достигать отдалённых точек быстрее, чем свет, используя короткий путь вокруг лежащего посреди пространства, и это ограничение в перемещении в свою очередь устанавливает предел росту.

По-видимому, закон Эйнштейна даёт аккуратное описание общей геометрии вакуума. Если так, то пределы, которые получаются в результате, неизбежны: вы можете избавиться почти от всего, но не от самого вакуума.

Другие законы и пределы выглядят неизбежными по аналогичным причинам. В действительности физики всё больше приходят тому, чтобы описывать все физические законы в терминах структуры вакуума. Гравитационные волны – определённый тип колебаний вакуума; чёрные дыры – определённый тип завихрения. Аналогично, радиоволны – другой вид колебаний вакуума, а элементарные частицы – ещё один, очень отличающийся вид завихрения (которые в некоторых теориях напоминает крошечные вибрирующие струны). С этой точки зрения существует только одно вещество во вселенной – вакуум, но оно принимает множество форм, включая те структуры, которые мы называем "твёрдой материей". Этот взгляд наводит на мысль о неизбежных свойствах естественного закона. Если единое вещество, которое заполняет вселенную – это и есть вселенная, то его свойства ограничивают то, что мы можем делать.

Однако странность современной физики ведёт к тому, что большинство людей ей не верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относительность, породили разговоры о "принципе относительности", "волновой природе материи", "материи, которая суть энергия" и "искривлённом пространстве-времени". Атмосфера парадокса окружает эти идеи и таким образом саму физику. Понятно, что новые технологии должны выглядеть для нас странно, но почему древние и неизменные законы природы оказываются загадочными и шокирующими?

Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного превосходящими по размерам атомы, движущимися с крошечной долей скорости света. Они сделали в этом достаточно хорошие успехи, хотя чтобы научиться описывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли наше знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи (материальные волны, искривлённое пространство), которые кажутся причудливыми, и некоторые просто находятся вне нашей способности их представить. Но «причудливый» не значит таинственный или непредсказуемый. Математика и эксперименты тем не менее работают, позволяя учёным разнообразить и отбирать теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже под странную реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибким, но не особо удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе представить невидимое.

Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно жаждут странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые описывают вещи как странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скрывают мир в слоях и наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естественно, они поддерживают и распространяют мимы, которые заставляют материю выглядеть нематериальной и квантовую механику выглядеть как ветвь психологии.

Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (которая – обычная старая материя, которую люди думают, что понимают) – это на самом деле энергия (эта тонкая таинственная субстанция, которая заставляет события происходить). Это даёт почву для широкого тумана на тему тайны вселенной. Могло быть более понятным сказать, что относительность обнаруживает, что энергия – одна из форм материи, во всех её формах, энергия имеет массу. Действительно, световые паруса работают на этом принципе, благодаря удару массы в поверхность. Свет даже идёт упакованным в частицы.

Также рассмотрим принцип неопределённости Эйзенберга, и связанный с ним факт, что "наблюдатель всегда воздействует на наблюдаемое." Принцип неопределённости присущ математике, описывающей обычную материю (давая атомам им присущий размер), но связанный "эффект наблюдателя" представлен в некоторых популярных книгах как магическое влияние сознания на мир. В действительности суть идеи более прозаическая. Представьте себе, что вы смотрите на пылинку в солнечном свете: когда вы наблюдаете отражённый свет, вы обязательно воздействуете на него – ваш глаз его поглощает. Аналогично, свет (со своей массой) воздействует на пятнышко пыли: он отталкивается от пылинки, прикладывая силу. Результат – не воздействие вашего разума на пыль, а воздействие света на пыль. Хотя квантовое измерение имеет особенности намного более тонкие чем эта, ни одна из них не включает разум, выходящий наружу, чтобы изменить реальность.

Наконец рассмотрим "парадокс близнецов". Относительность предсказывает, что если один из пары близнецов летит к другой звезде и возвращается со скоростью, близкой к скорости света, то близнец, который летит, будет младше, чем оставшийся дома брат. Действительно, измерения с точными часами демонстрируют эффект замедления времени при очень быстром движении. Но это – не парадокс, это просто факт природы.

В 1894 году знаменитый физик Альберт А. Мичельсон заявлял: "Наиболее важные фундаментальные законы и факты физической науки открыты, и они сейчас так твёрдо установленные, что возможность их когда-нибудь заменить на что-то новое вследствие новых открытий крайне отдалена… Наши будущие открытия нужно искать в шестом знаке после запятой."

Но в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1896 году, Беккерель открыл радиоактивность. В 1897 – Томсон открыл электрон. В 1905-м – Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности (и таким образом объяснил собственные наблюдения Михельсона в 1887 году относительно скорости света). В 1905-м Эйнштейн также представил фотонную теорию света. В 1911-м Резерфорд открыл ядро атома. В 1915-м Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности. В 1924-30, де Брогли, Эйзенберг, Бор, Паули и Дирак разработали основы квантовой механики. В 1929 году Хаббл объявил о доказательстве расширения вселенной. В 1931 Михельсон умер.

Михельсон сделал незабываемую ошибку. Люди всё ещё указывают на его заявление и то, что за ним последовало, чтобы подтвердить точку зрения, что нам не следует (никогда?) провозглашать какое бы то ни было достоверное понимание естественного закона или приделов возможного. В конце концов, если Михельсон было столь уверен и тем не менее оказался так не прав, не должны ли мы опасаться повторить его ошибку? Великая революция в физике привела некоторых людей к заключению, что наука будет продолжать приносить бесконечные важные сюрпризы, даже сюрпризы, важные для инженеров. Но есть ли вероятность нам встретиться с такими серьёзными сдвигами снова?

Возможно нет. Содержание квантовой механики было удивительным, однако до её появления физика была очевидно и серьёзно неполна. До квантовой механики вы могли бы подойти к любому учёному, злобно улыбаясь, стукнуть по столу и спросить: "Что удерживает эти штуки вместе? Почему это – коричневое и твёрдое, в то время как воздух – прозрачный и газообразный?" Ваша жертва могла бы сказать что-то туманное об атомах и их порядке, но когда вы будете настаивать на разъяснении, вы бы в лучшем случае получили в ответ что-то вроде "Кто знает? Физика пока не может объяснить материю!" Ретроспективный взгляд делать легко, однако в мире, сделанном из материи, населённом материальными людьми, использующими материальные инструменты, это невежество о природе материи было брешью в человеческом знании, которое Михельсону бы возможно следовало заметить. Это была брешь не в "шестом знаке после запятой", а в самой целой части числа.

Также стоит посмотреть, до какой степени Михельсон был прав. Законы, о которых он говорил включали законы Ньютона о гравитации и движении, и законы Максвелла об электромагнетизме. И действительно, при обычных условиях в конструировании эти законы были изменены только "в шестом знаке после запятой." Законы Эйнштейна гравитации и движения соответствуют законам Ньютона близко, за исключением предельных условий гравитации и скорости; законы квантовой электродинамики Феймана, Швингера и Томонага близко соответствуют Законам Максвелла кроме как при экстремальных значениях размера и энергии.

Дальнейшие революции, вне сомнения, притаились где-то на крайних значениях этих теорий. Но эти края кажутся далёкими от мира живых существ и машин, которые мы строим. Революции относительности и квантовой механики изменили наше знание о материи и энергии, но сами материя и энергия остались неизменными – они реальны и им нет никакого дела до наших теорий. Физики сейчас используют единый набор законов, чтобы описать, как ядра атомов и электроны взаимодействуют в атомах, молекулах, молекулярных машинах, живых существах, планетах и звёздах. Эти законы пока не окончательно общие; поиск универсальной теории всех физических явлений продолжается. Но как утверждает физик Стефан В. Хокинг, "На настоящий момент мы обладаем набором частных законов, которые управляют поведением вселенной при всех, кроме наиболее экстремальных условий." И по инженерным стандартам, эти условия просто необычайно экстремальны.

Физики постоянно объявляют новые частицы, наблюдаемые в осколках из столкновений частиц с крайне высокой энергией, но вы не можете купить одну из этих частиц в коробочке. И это важно понимать, потому что если частица не может быть сохранена, то она не может служить компонентом стабильной машины. Коробочки и их содержимое состоят из электронов и ядер. Ядра, в свою очередь, состоят из протонов и нейтронов. Атомы водорода имеют в своих ядрах только один протон; атомы свинца имеют восемьдесят два протона и более сотни нейтронов. Изолированные нейтроны распадаются за несколько минут. Некоторые другие стабильные частицы известны: фотоны – частицы света, полезны и могут быть на некоторое время пойманы; нейтрино – почти неопределяемые и не могут быть пойманы. Эти частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы. Все остальные известные частицы распадаются за несколько миллионных секунды или быстрее. Таким образом единственные известные строительные блоки для аппаратных средств – это электроны и ядра (или их частицы, для некоторых особых приложений); эти строительные блоки обычно комбинируются и образуют атомы и молекулы.

Однако вопреки мощи современной физики, наше знание всё ещё содержит очевидные пробелы. Неустойчивое основание теории элементарных частиц оставляет некоторые пределы неопределёнными. Мы можем обнаружить новые стабильные частицы, которые "можно поместить в коробочку", такие как магнитные монополи или свободные кварки; если это так, они несомненно найдут себе применение. Мы можем даже найти поля дальнего действия или форму радиации, хотя это кажется всё более маловероятным. Наконец, некоторые новые способы сталкивания частиц могут улучшить нашу способность превращать известные частицы в другие известные частицы.

Но в целом, сложные аппаратные средства будут требовать сложных, устойчивых структур из частиц. Вне среды колапсирующей звезды, это значит структуры из атомов, которые хорошо описываются релятивистской квантовой механикой. Границы физики передвинулись. На теоретическом уровне физики ищут универсальное описание взаимодействий всех возможных частиц, даже частиц с наименьшим сроком жизни. На экспериментальном уровне они изучают структуры осколков атомов, создаваемых столкновениями с высокими энергиями в ускорителях частиц. Пока никакие новые устойчивые и полезные частицы не выходят из таких столкновений, или возникают как остатки прошлых космических потрясений, атомы будут оставаться единственными строительными блоками устойчивых аппаратных средств. И конструирование будет оставаться игрой, в которую играют с помощью уже известных фигур по уже известным правилам. Новые частицы добавили бы новые фигуры, но не отменили бы правил.

Действительно ли молекулярные машины – конец на пути миниатюризации? Идея, что молекулярные машины могли бы стать шагом на пути ещё более маленьких "ядерных машин" кажется достаточно естественной. Один молодой человек (студент последнего курса по экономике в Колумбийском университете) слышал о молекулярной технологии и её способности манипулировать атомами и сразу заключил, что молекулярная технология могла бы делать всё что угодно, даже разлагать ядерные бомбы на безопасные свинцовые кирпичики на расстоянии.

Молекулярная технология не может делать ничего подобного. Превращение плутония в свинец (будь то на расстоянии или нет) находится вне возможностей молекулярной технологии по той же причине, что и превращение свинца в золото лежит вне возможностей алхимии. Молекулярные силы имеют мало влияния на ядра атомов. Атомы содержат в себе более 99,9 процентов атомной массы и занимают около 1/1.000.000.000.000.000 его объёма. В сравнении с ядром, остальная часть атома (электронное облако) меньше, чем пушинка. Пытаться изменить ядро, тыкая в него молекулой – это даже более бесполезно, чем пытаться расплющить стальной шарик от подшипника, тыкая в него шаром воздушной сахарной ваты. Молекулярная технология может сортировать и переупорядочивать атомы, но она не может достичь ядра, чтобы изменить тип атома.

Наномашины не могут быть полезны в построении машин размером ядра, даже если они могли бы существовать. Очевидно они не могут, по крайней мере при условиях, которые мы можем создать в лаборатории. Машины должны иметь некоторое число частей в близком контакте, но плотно упакованные ядра яростно отталкивают друг друга. Когда расщеплялись ядра при взрыве Хиросимы, большая часть энергии высвободилась из-за свирепого электростатического отталкивания только что расщеплённых половинок. Хорошо известная трудность слияния ядер происходит из той же самой проблемы отталкивания ядер.

В добавок к расщеплению или слиянию, ядра можно заставить испускать или поглощать различные типы излучения. В одном из методов их заставляют двигаться по спирали так, чтобы получать полезную информацию, позволяя докторам делать медицинские изображения, основанные на ядерном магнитном резонансе. Но все эти явления опираются только на свойства хорошо разделённых ядер. Изолированное ядро слишком просто, чтобы действовать как машина или электронная схема. Ядра можно заставить сблизиться, но только при громадном давлении, которое обнаруживается внутри коллапсирующих звёзд. Занятия конструированием в таких условиях представляло бы существенные трудности, даже если коллапсирующая звезда была бы у нас в руках.

Это возвращает нас к основному вопросу: что мы можем сделать, нужным образом упорядочивая атомы? Некоторые пределы уже кажутся понятными. Самый прочный возможный материал будет иметь грубо в десять раз больше прочность, чем сегодняшний самый прочный стальной провод. (Самый прочный материал для изготовления кабелей, по-видимому – карбин, форма углерода, имеющая атомы, упорядоченные в прямые цепочки.) Представляется, что тепловые вибрации при обычных давлениях будут разрывать самые прочные твёрдые материалы при температурах около четырёх тысяч градусов Цельсия (примерно на полторы тысячи градусов прохладнее, чем на поверхности Солнца).

Эти грубые свойства материи – прочность и жароустойчивость не могут быть существенно улучшены посредством сложного, умно устроенного упорядочивания атомов. Кажется вероятным, что наилучшие структуры будут достаточно простые и правильные. Другие довольно простые цели включают передачу тепла, изоляцию от тепла, передачу электрического тока, электрическую изоляцию, передачу света, отражение света и поглощение света.

Для некоторых целей, погоня за совершенством приведёт к простым структурам; для других она приведёт к конструкционным проблемам, которые нет никакой надежды разрешить. Разработка наилучшего возможного переключающего компонента для компьютера может оказаться достаточно простой; разработка наилучшего возможного компьютера будет намного более сложной. В действительности, то, что мы рассматриваем как "наилучшее возможное" будет зависеть от многих факторов, включая стоимость материи, энергии и времени – и от того, что мы собираемся вычислять. В любом конструкторском проекте, то, что мы называем «лучшим» зависит от бесконечно многих факторов, включая плохо определяемые и постоянно меняющиеся человеческие потребности. Что более важно, даже когда «лучшее» определено, стоимость поиска последнего прироста в улучшении, которое отделяет наилучшее от просто отличного может не стоить своей цены. Однако мы можем игнорировать все такие вопросы, как сложность и стоимость разработки, когда рассматриваем, действительно ли существуют пределы.

Чтобы определить предел, нужно выбрать направление, шкалу качества. Если двигаться по какому-то направлению, в сторону, определённую как «лучше», то обязательно будет что-то «наилучшее». Структура упорядочивания атомов определяет свойства аппаратных средств, а согласно квантовой механике, множество возможных способов упорядочивания конечно – более чем астрономически огромно, но не бесконечно. Математически следует, что при ясной цели, некоторое одно из этих способов упорядочивания должно быть наилучшим, или близким к нему. Как в шахматах, ограниченное число фигур и ходов ограничивает способы упорядочивания и, значит, возможности. Однако и в шахматах, и в конструировании, множество возможного в этих пределах неисчерпаемо.

Знать лишь фундаментальные законы материи не достаточно, чтобы сказать точно, где лежат все пределы. Мы кроме того должны встретиться со сложностями конструирования. Наше знание о некоторых ограничениях остаётся в больших пределах: "Мы знаем только то, что предел лежит между этой точкой (несколько шагов вперёд) и той (пятнышко где-то у линии горизонта)". Ассемблеры откроют путь к пределам, где бы они ни были, а системы автоматического инжиниринга ускорят прогресс по пути к этому. Абсолютное совершенство часто оказывает неуловимым, но бегущие вверх часто оказываются почти около него.

По мере того, как мы будем продвигаться к действительным пределам, наши способности будут во всё больших областях технологии прекращать расти. Продвижения в этих областях остановятся не просто на десятилетие или век, но насовсем.

Некоторые могут игнорировать слово «насовсем», думая "Никаких улучшений за тысячу лет? За миллион лет? Это должно быть переоценкой." Однако там, где мы достигнем настоящих физических пределов, мы дальше не пойдём. Правила игры встроены в структуру вакуума, в структуру вселенной. Никакое переупорядочивание атомов, никакое сталкивание частиц, никакое законодательство или пение хоралов не сдвинут естественные законы ни на йоту. Мы можем неправильно оценивать пределы сегодня, но где бы пределы ни были, там они и останутся.

Этот взгляд на естественные законы показывает пределы качеству вещей. Но мы также сталкиваемся с пределами количеству, устанавливаемому не только естественными законами, но тем, как материя и энергия упорядочена во вселенной, как нам удаётся её обнаруживать. Автор книги "Пределы росту", также как и многие другие, пытался описать эти пределы, не исследуя прежде пределы технологии. Это дало результаты, вводящие в заблуждение.

Не так давно многие авторы описывали накопление отработанного тепла и хаос как то, к чему ведёт человеческая деятельность. В книге "Годы бедности – политика в век скудных ресурсов", Ричард Барнет пишет:

В этом есть ирония, что повторное открытие границ совпадает с двумя самыми дерзкими технологическими подвигами в человеческой истории. Один из них – генетическая инженерия, неожиданный проблеск способности изменять форму самого вещества жизни. Другой – выход в космос. Эти прорывы подтолкнули фантазии на тему возможностей, но они не сломали экологическую смирительную рубашку, известную как второй закон термодинамики: большее потребление энергии производит большее количество тепла, которое никогда не исчезает, а должно считаться необратимыми затратами энергии. Так как накопление тепла может вызвать экологическую катастрофу, эти издержки ограничивают продвижение человека в космосе, равно как и на земле."

Джереми Ривкин (с Тедом Ховардом) написали целую книгу по организациям термодинамики и будущего человечества, озаглавленную "Энтропия: новый взгляд на мир".

Энтропия – стандартная научная мера расхода тепла и беспорядка. Везде, где деятельность потребляет полезную энергию, она производит энтропию; энтропия мира следовательно увеличивается постоянно и необратимо. В конце концов рассеяние полезной энергии разрушит основу жизни. Как сказал Ривкин, эта идея может казаться слишком угнетающей, чтобы о ней думать, но он доказывает, что мы должны встретить лицом к лицу ужасные факты относительно энтропии, человечества и Земли. Но так ли ужасны эти факты?

Барнет пишет, что аккумулирующееся тепло – необратимый расход энергии, ограничивающий человеческое действие. Ривкин утверждает, что "загрязнение – это суммарный итог всей доступной энергии в мире, которая превращена в недоступную энергию." Эта недоступная энергия – главным образом низкотемпературный расход тепла, что-то вроде того, который заставляет нагреваться телевизор. Но действительно ли тепло аккумулируется, как этого боится Барнет? Если так, тогда Земля должна становиться всё более горячей, минута за минутой, год за годом. Мы сейчас должны изжариться, если бы наши предки не были заморожены. Однако каким-то образом материки умудряются сохраняться холодными ночью и ещё более холодными в течение зимы. Во время ледникового периода, охладилась вся Земля.

Ривкин делает другой ход. Он заявляет, что "фиксированный запас земной материи, который составляет земную кору, постоянно рассеивается. Горы разрушаются и верхний слой почвы выдувается с каждой проходящей секундой." Но под «выдуванием» Ривкин не имеет в виду выдувание в космос или выдувание в небытие; он просто имеет в виду, что атомы гор смешиваются вместе с другими. Однако этот процесс, он доказывает, означает нашу обречённость. Смешивающиеся атомы делают их "недоступной материей", как следствие "четвёртого закона термодинамики", предложенным экономистом Николасом Джорджску-Роугеном: "В закрытой системе, материальная энтропия должна в конце концов достичь максимума", или, что то же самое: "недоступная материя не может быть утилизирована". Ривкин провозглашает, что Земля – закрытая система, обменивающаяся энергией, но не материей с её окружением, и следовательно "здесь на земле материальная энтропия постоянно увеличивается и должна в конце концов достичь максимума", заставляя земную жизнь захиреть и погибнуть.

Действительно страшная ситуация – Земля дегенерировала в течение миллиардов лет. Конечно же, конец должен быть близко!

Но может ли это действительно быть правдой? По мере того, как жизнь развивалась, она вносила больше порядка на Землю, а не меньше; формирование залежей руды делало то же самое. Идея, что Земля дегенерировала, кажется в лучшем случае странной (но тогда Ривкин думает, что эволюция исчезла). Кроме того поскольку материя и энергия по сути одно и то же, как может реально действующий закон выделить что-то, называемое "материальной энтропией" на первое место?

Ривкин предлагает распространение духов из бутылки в воздух в комнате как пример "рассеивающейся материи", возрастания материальной энтропии, того, что материя становится «недоступной». Распространение соли в воде в бутылке будет служить таким же хорошим примером. Далее рассмотрите испытание "четвёртого закона термодинамики" в эксперименте с солёной водой в бутылке:

Представьте бутылку, имеющую дно с перегородкой, разделяющей его на две чашечки. В одной находится соль, в другой – вода. Горлышко бутылки заткнуто пробкой: она закрывает систему и делает так называемый четвёртый закон термодинамики применимым. Содержимое бутылки находится в организованном состояние: их материальная энтропия не находится в максимуме, пока.

Теперь возьмите бутылку и потрясите её. Слейте воду в соседнее отделение, покрутите её, растворите соль – энтропия увеличилась жутко! В такой закрытой системе "четвёртый закон термодинамики" говорит, что это увеличение материальной энтропии должно быть перманентным. Все страхи Ривкина относительно устойчивого, неизбежного увеличения энтропии Земли основываются на этом принципе.

Посмотреть, есть ли какое-нибудь основание для нового взгляда на мир Ривкина, возьмём бутылку и наклоним её, перелив солёную воду в одно из отделений на дне. Это не должно иметь никакого значения, так как система остаётся закрытой. Теперь установим бутылку вертикально, располагая солёную воду на солнечном свете, а пустую сторону – в тени. Свет входит внутрь и тепло вытекает, но система остаётся такой же закрытой, как сама Земля. Но посмотрите – лучи солнца испаряют воду, которая конденсируется на теневой стороне! Свежая вода медленно заполняет пустое отделение, оставляя за собой соль.

Сам Ривкин утверждает, что "в науке только одно не подходящее под закон исключение достаточно, чтобы доказать ложность закона" Этот мысленный эксперимент, который подражает тому, как образовались естественные залежи соли на Земле, доказывает ложность закона, на котором он основал всю свою книгу. Это же делают растения. Солнечный свет приносит энергию из космоса; тепло, излучаемое обратно в пространство уносит энтропию (которой существует только один вид). Следовательно, энтропия может уменьшаться в замкнутой системе и цветы могут цвести на Земле век за веком.

Ривкин прав, говоря что "возможно обратить энтропийный процесс в отдельно взятом месте и времени, но только использовав энергию в этом процессе и таким образом увеличивая общую энтропию окружающей среды." Но и Ривкин, и Барнет делают ту же самую ошибку: когда они пишут об окружающей среде, они подразумевают Землю – но закон применяется к окружающей среде как целому, а это целое – это вселенная. В результате Ривкин и Барнет игнорируют и свет Солнца и холодную сторону ночного неба.

По Ривкину, его идея разрушает понятие истории как прогресса, преступая пределы современного мировоззрения. Он требует жертвы, утверждая, что "ни одна нация третьего мира не должна питать надежд, что она когда-нибудь сможет достичь материального изобилия, которое существует в Америке." Он боится паники и кровопролития. Ривкин заканчивает, информируя нас, что "закон энтропии отвечает на центральный вопрос, с которым сталкивалась каждая культура на протяжении истории: как должен себя вести в мире человек?" Его ответ? "Последний моральный императив, следовательно, расходовать как можно меньше энергии."

Это бы по-видимому значило, что мы должны сберегать как можно больше энергии, пытаясь исключить её излишнюю трату. Но что есть величайший близкий к нам расточитель энергии? Ну, конечно же Солнце – оно расточает энергию в триллионы раз быстрее, чем это делают люди. Следовательно, если принимать его серьёзно, по-видимому, главный моральный императив Ривкина призывает: "Уберите Солнце!"

Это глупое следствие должно было бы опровергнуть Ривкина. Он и многие другие сохраняют взгляды, которые попахивают докоперниковским невежеством: они предполагают, что Земля – это весь мир, и что то, что делают люди – обязательно космической важности.

Конечно существует настоящий закон энтропии: второй закон термодинамики. В отличие от поддельного "четвёртого закона", он описан в учебниках и используется инженерами. Он действительно будет ограничивать то, что мы будем делать. Человеческая деятельность выделяет тепло, и ограниченная способность Земли излучать тепло будет устанавливать жесткую границу количеству промышленной активности, основанной на Земле. Подобным образом, мы будем, подобно плоскостям крыла самолёта, излучать отработанное тепло из наших звёздных кораблей. В конце концов, но это произойдёт в конце огромного промежутка времени, закон энтропии вызовет гибель вселенной, как мы её знаем, ограничивая продолжительность жизни и саму жизнь.

Почему я так набросился на суть энтропии Ривкина? Просто потому что сегодняшние информационные системы представляют мёртворождённые идеи как если бы они были живыми. Поощряя эти фальшивые надежды, ложные страхи и ошибочные действия, эти идеи могут растратить попусту усилия людей, которые активно озабочены долгосрочными мировыми проблемами.

Среди тех, кто восхваляется на обложке книги Ривкина ("вдохновенная работа", "блестящая работа", "переворачивающая мир", "нужно выучить наизусть") – профессор Принсетона, ведущий ток-шоу, и два сенатора США. Семинар в MIT ("Земля, какой ей быть – мировоззрение для устойчивого будущего") отвёл важное место книге Ривкина.

Все устроители семинара были из нетехнических отделений. Меньшая часть сенаторов в нашем технологическом обществе не образованы в технологии, также как и профессора и ведущие ток-шоу. Сам Джоржеску-Роуген, изобретатель "четвёртого закона термодинамики" имеет широкие заслуги – как учёный по общественным наукам.

Энтропийная угроза – пример явного абсурда, однако её изобретатели и люди, её распространяющие, не изгоняются со смехом с общественной трибуны. Вообразите тысячу, миллион подобных искажений – которые тонкие, некоторые бесстыдные, но все искажающие понимание мира обществом. Теперь представьте группу демократических наций, страдающих от заражения такими мимами, пытаясь иметь дело с эрой ускоряющейся технологической революции. Мы имеем реальную проблему. Чтобы сделать наше выживание более вероятным. Нам нужны лучшие способы, чтобы пропалывать свои мимы, чтобы дать место здоровому пониманию роста. В главе 13 и 14 я расскажу о двух предложениях, как это мы могли бы сделать.

Естественные законы ограничивают качество технологии, но в пределах этих границ мы будем использовать воспроизводящиеся ассемблеры, чтобы делать более совершенные космические корабли. С помощью них мы откроем космос в ширину и глубину.

Сегодня земля начала казаться маленькой, порождая опасения, что мы можем истощить её ресурсы. Однако энергия, которую мы использованием, равняется меньше, чем 1/10 000 солнечной энергии, падающей на Землю; мы беспокоимся не об обеспечении энергией как таковой, а о поставке газа и нефти подходящего качества. Наши шахты просто изрыли поверхность земного шара; мы заботимся не о самом количестве ресурсов, а о их пригодности и стоимости. Когда мы разработаем не создающие загрязнения наномашины для сбора солнечной энергии и ресурсов, Земля станет способной поддерживать цивилизацию, намного большую и более богатую, чем когда-либо кто-либо видел до этого, однако причиняя меньше вреда, чем мы делаем сегодня. Потенциал Земли делает ресурсы, которые мы сейчас используем, в сравнении кажущимися незначительными.

Однако Земля – не более чем маленькое пятнышко. Осколки астероидов, оставшиеся со времён образования планет, обеспечат достаточно материалов, чтобы построить тысячу раз площадь земной поверхности. Солнце заливает Солнечную систему в миллиард раз большей энергией, чем доходит до Земли. Ресурсы Солнечной системы действительно обширны, делая ресурсы Земли кажущимися незначительными в сравнении.

Однако солнечная система – не более, чем маленькое пятнышко. Звёзды, которых толпы на ночном небе, – это солнца, и человеческий глаз может видеть только ближайшие. Наша галактика содержит сотни миллиардов солнц, и многие, вне сомнения, изливают свой свет на мёртвые планеты и астероиды, ожидающие прикосновения жизни. Ресурсы галактики делают даже нашу солнечную систему кажущейся незначительной в сравнении.

Однако наша галактика – не более чем пятнышко. Свет, возраст которого старше, чем человеческий род, показывает галактики вне нашей. Видимая вселенная содержит сотни миллиардов галактик, и каждая – рой из миллиардов солнц. Ресурсы видимой вселенной делают даже нашу галактику кажущейся незначительной в сравнении.

На этом мы достигаем границ знания, если не ресурсов. Солнечная система кажется ответом достаточным для земных пределов – и если остальная часть вселенной останется невостребованной другими, то наши шансы на экспансию готовы перепугать разум несколько раз подряд. Значит ли это, что воспроизводящиеся ассемблеры и дешёвые космические корабли положат конец нашему беспокойству о ресурсах?

В каком-то смысле открытие космоса взорвёт наши пределы росту, так как мы не знаем конца вселенной. Тем не менее Мальтус был по сути прав.

В своём "Сочинении об законе народонаселения" 1798 года Томас Роберт Мальтус, как английский священник, представил предшественника всех современных аргументов на тему пределов росту. Он заметил, что свободно растущее население имеет тенденцию удваиваться периодически, таким образом увеличиваясь экспоненциально. В этом есть смысл: поскольку все организмы происходят от удачных репликаторов, они имеют тенденцию размножаться, когда у них есть возможность. В целях доказательства Мальтус предположил, что ресурсы – обеспечение пищей – могли бы увеличиваться как фиксированное количество за год (процесс, называемый линейным ростом, так как его точки выстроены в линию на графике). Поскольку математика показывает, что любая фиксированная скорость экспоненциального роста в конце концов обгонит любую фиксированную скорость линейного роста, Мальтус утверждал, что рост населения, если не контролируется, в конце концов обогнал бы производство пищи.

С тех пор авторы повторяли не раз вариации этой идеи, в книге, такой как "Бомба народонаселения и голод", 1975(!) год, однако производство пищи шло в ногу с населением. Вне Африки оно даже вырвалось вперёд. Ошибался ли Мальтус?

По сути – нет: он был не прав главным образом насчёт времени и деталей. Рост на Земле встречает пределы, так как Земля имеет ограниченное место, будь то для возделывания, или чего-то ещё. Мальтус не мог предсказать, когда пределы схватят нас за горло главным образом потому, что он не мог ожидать прорывов в сельскохозяйственном оборудовании, сельскохозяйственной генетике и удобрениях.

Некоторые люди сейчас замечают, что экспоненциальный рост обгонит фиксированные запасы ресурсов Земли, т. е. более простой аргумент, чем предлагал Мальтус. Хотя космическая технология эту границу перейдёт, она не перейдёт все границы. Даже если вселенная была бы бесконечно большой, мы бы всё равно не могли бы передвигаться бесконечно быстро. Закон природы ограничит скорость роста: земная жизнь будет распространяться не быстрее, чем свет.

Устойчивое расширение будет открывать новые ресурсы со скоростью, которая будет увеличиваться по мере того, как границы уходят в глубь и ширь космоса. Результатом этого будет не линейный рост, а кубический. Однако по сути Мальтус был прав: экспоненциальный рос обгонит кубический рост также легко как линейный. Вычисления показывают, что неконтролируемый рост населения, будь то с долгой жизнь или без, обогнал бы доступные ресурсы примерно за одну или две тысячи лет максимум. Неограниченный экспоненциальный рост остаётся фантазией, даже в космосе.

Владеют ли уже другие цивилизации ресурсами во вселенной? Если так, то они бы оказались бы пределом росту. Факты относительно эволюции и технологических пределов проливают полезный свет на этот вопрос.

Так как многие звёздные системы, подобные Солнечной, на много сотен миллионов лет старше нашей солнечной системы, некоторые цивилизации (если какое-то существенное их число существует) должны были бы быть на сотни миллионов лет впереди нас. Мы бы ожидали, что по крайней мере некоторые из этих цивилизаций сделали бы то, что делала вся известная жизнь: распространяться так широко, насколько она может. Земля зелёная не только в океанах, где жизнь зародилась, а и на берегах, холмах и горах. Зелёные растения сейчас распространились на орбитальные станции; если у нас получится, Земные растения распространятся к звёздам. Организмы распространяются так широко, как они могут, а потом ещё немного дальше. У некоторых не получается и они умирают, но успешные выживают и распространяются ещё дальше. Переселенцы, направлявшиеся в Америку плыли и тонули, высаживались на берег и умирали с голоду, но некоторые выживали, чтобы найти новые нации. Организмы повсюду будут чувствовать давление факторов, описанных Мальтусом, потому что они в процессе эволюции научатся выживать и распространять гены и мимы, которые толкают в этом направлении. Если внеземные цивилизации существуют, и если даже малая часть имела бы похожа на то, какая есть вся жизнь на Земле, то они должны были бы к сегодняшнему моменту распространиться по космосу.

Подобно нам, они бы имели тенденцию разрабатывать технологии, чтобы достичь пределов, установленных естественными законами. Они бы учились, как передвигаться со скоростью, близкой к световой, и конкуренция или чистое любопытство подтолкнуло бы их это делать. Действительно, только высокоорганизованные, высокостабильные общества могли бы ограничить давление конкуренции достаточно хорошо, чтобы избежать взрыва во вне со скоростью, близкой к световой. На сегодня, после сотен миллионов лет, даже широко рассеянные цивилизации распространились бы достаточно далеко, чтобы встретить друг друга, разделив космос между собой.

Если эти цивилизации действительно везде, тогда они оказались очень сдержанными и очень хорошо себя спрятали. Они бы контролировали ресурсы целых галактик на протяжении многих миллионов лет, и встретили пределы росту в космическом масштабе. Продвинутая цивилизация, упирающаяся в свои экологические пределы, почти по определению, не расходовала бы энергию и материю. Однако мы видим расход во всех направлениях, поскольку мы видим спиральные галактики: их спиральные рукава содержат облака пыли, состоящей из расходуемой впустую материи, подсвеченной бесполезно расходуемым светом звёзд.

Если такие продвинутые цивилизации существовали бы, тогда наша солнечная система лежала бы в царстве одной из них. Если так, тогда бы сейчас был их ход – мы не могли бы ничего сделать, чтобы им угрожать, а они бы могли изучать нас как им нравится, с нашим участием или без.

Чувствительные люди слушались бы, если бы их очень попросили. Но если они существуют, они должно быть прячут себя, и сохраняют все местные законы в секрете.

Идея, что человечество одиноко в видимой вселенной согласуется с тем, что мы видим в небе и с тем, что мы знаем о происхождении жизни. Никаких застенчивых чужестранцев не нужно, чтобы объяснить факты. Некоторые говорят, что поскольку существует так много звёзд, обязательно среди них должны быть другие цивилизации. Но в видимой вселенной имеется меньше звёзд, чем молекул в стакане воды. Также как стакан воды не обязательно содержит все возможные химические вещества (и даже сток химического завода), также другие звёзды не обязательно дают убежище цивилизациям.

Мы знаем, что конкурирующие репликаторы имеют тенденцию расширяться к своим экологическим границам, и что ресурсы тем не менее бесполезно расточаются по всей вселенной. Мы не получили ни одного посланца от звёзд, и у нас очевидно нет даже приличного сторожа зоопарка. Вполне возможно, что там никого и нет. Если они не существуют, тогда нам нет нужды учитывать их в своих планах. Если они существуют, тогда они переделают наши планы в соответствии со своими непостижимыми желаниями, и по-видимому нет способа подготовиться к этой возможности. Таким образом на данный момент, или возможно, навсегда, мы можем создавать планы на наше будущее не заботясь об ограничениях, накладываемых другими цивилизациями.

Есть кто-то там, или нет, мы стоим на своём пути. Космос ждёт нас, бесплодный камень и солнечный свет, подобный бесплодному камню и солнечному свету земных континентов миллиард лет назад, перед тем, как жизнь стала выходить из моря. Наши инженеры разрабатывают мимы, которые помогут нам создать отличные космические корабли и поселения: мы будет осваивать землю солнечной системы в комфорте. За пределами богатства внутри солнечной системы лежит кометное облако – обширная среда для роста, которая становится тоньше на просторах межзвёздного пространства и утолщается ещё больше вокруг других звёздных систем, с новыми солнцами и девственными камнями, ожидающих прикосновения жизни.

Хотя бесконечный экспоненциальный рост остаётся фантазией, распространение жизни и цивилизации не встречает жёстких границ. Расширение будет продолжаться, если мы выживем, потому что мы – часть живой системы, а жизнь имеет тенденцию распространяться. Пионеры двинутся вперёд, в миры без конца. В любых поселениях, время придёт, когда граница – будет далеко впереди, а потом ещё дальше. На протяжении большей части будущего большинство людей и их потомков будут жить без пределов росту.

Нам могут нравиться или не нравиться пределы росту, но их реальность не зависит от наших желаний. Пределы существуют, по направлению к чему бы цели чётко ни ставились.

Но на границах, где ограничения изменяются, эта идея становится неуместной. В искусстве или математике ценность работы зависит от сложности стандартов, оспариваемых и изменяемых. Один из этих стандартов – новизна, и она никогда не может быть исчерпана. Там, где цели изменяются и царит мир сложности, пределы не обязательно нас ограничивают. Для создания симфонии и песни, картины и миров, программ, теорем, фильмов и прекрасных вещей, которые мы ещё не можем себе представить, конца не видно. Новые технологии станут основной для новых видов искусства, а новые искусства принесут новые стандарты.

Мир грубой материи предлагает место для грандиозного, но ограниченного роста. Мир разума и структуры, однако, содержит место для бесконечной эволюции и изменения. Возможное кажется достаточным пространством.

Идея великих продвижений в жёстких границах не была разработана так, чтобы давать кому-то удовольствие, а так, чтобы быть правильной. Пределы ограничивают возможности, и некоторые могут быть безобразными или пугающими. Нам нужно подготовиться к прорывам, ожидающим нас впереди, однако многие футуристы старательно делают вид, что никаких прорывов не произойдёт.

Эта школа мысли связана с "Пределами росту", опубликованными как отчёт Римского клуба. Профессор Михайло Д. Месарович позже стал соавтором "Человечества на поворотной точке", опубликованном как второй отчёт Римского клуба. Профессор Месарович разработал компьютерную модель, которая имеет целью описать будущие изменения в мировом население, экономике и окружающей среде. Весной 1981 года он посетил MIT, чтобы обратиться к "Ограниченной Земле: мировоззрение для поддерживаемого будущего" – тот же семинар, который сделал главным своим пунктом энтропию Джереми Ривкина. Он описал модель, намереваясь дать грубое описание следующего столетия. Когда ему задали вопрос, допускает ли он или кто-либо из его коллег хотя бы один прорыв в будущем, сравнимый, скажем, с нефтяной промышленностью, самолётами, автомобилями, электрической энергией или компьютерами – возможно самовоспроизводящиеся робототехнические системы или дешёвые полёты в космос, он ответил прямо – нет.

Очевидно, что такие модели будущего несостоятельны. Однако некоторые люди, по-видимому, желают, даже страстно желают, верить, что прорывы вдруг закончатся, что глобальная гонка технологий, которая набирала скорость на протяжении столетий, затормозится и остановится в ближайшем будущем.

Привычка пренебрегать или отрицать возможность продвижения технологии – это общая проблема. Некоторые люди верят в аккуратно очерченные пределы, потому что они слышали, как уважаемые люди накручивают звучащие правдоподобно аргументы в пользу этого. Однако по-видимому, некоторые люди больше обращают внимание на желания, чем на факты, после столетия ускоряющегося прогресса. Чёткие границы упрощают наше будущее, делая его более простым для понимания и более комфортным, чтобы о нём думать. Вера в чёткие пределы также освобождает человека от определённых забот и ответственности. В конце концов если естественные силы остановят гонку технологий, удобно и автоматически, тогда нам нет нужды пытаться понять её и контролировать.

Самое лучшее – это бегство от реальности не ощущается как бегство. Настрой на глобальный спад должен давать то, что суровые факты будут восприниматься без содрогания. Однако такое будущее не оказалось бы чем-то новым: оно толкнуло бы нас по направлению к подобной нищете прошлого Европы или настоящего стран третьего мира. Настоящая смелость требует встречать реальность лицом к лицу, встречать ускоряющиеся изменения в мире, которые не имеют автоматической остановки. Это ставит огромные и крайне существенные интеллектуальные, моральные и политические задачи.

Предостережения о ложных границах приносит двойной вред. Во-первых, они дискредитируют саму идею ограничений, притупляя интеллектуальный инструмент, который нам необходим, чтобы понять наше будущее. Но что хуже, такие предостережения отвлекают внимание от настоящих проблем. В западном мире существует живая политическая традиция, которая поощряет подозрительность к технологии. До той степени, пока вначале она дисциплинирует свои подозрения, проверяя их относительно реальности и далее выбирая работоспособные стратегии для управления изменением, эта традиция может вложить многое в выживание жизни и цивилизации. Но люди, озабоченные технологией и будущим – ограниченный ресурс. Мир не может себе позволить расточать их усилия на бесплодные кампании, чтобы остановить глобальный поток технологии узким веником западных движений протеста. Грядущие проблемы требуют более тонких стратегий.

Никто не может пока сказать наверняка, какие проблемы окажутся наиболее важными, или какие стратегии окажутся наилучшими для их разрешения. Однако мы уже можем видеть новые проблемы огромной важности, и мы можем различить стратегии с различной степенью перспективности. Короче говоря, мы можем видеть достаточно о будущем, чтобы идентифицировать цели, которые стоят того, чтобы им следовать.