Знание-сила, 1999 № 05-06

Ученые проводили эксперимент на мышах и впервые наглядно показали, что ультрафиолетовый свет разрушительно действует на ДНК клеток кожной ткани. Даже небольшая его доза вызывает серьезные повреждения генетического материала. Пострадавший индивид рискует впоследствии заболеть раком кожи.

Оказывается, свежие помидоры, томатные супы и кетчупы не только украшают жизнь, но и существенно снижают вероятность раковых заболеваний. Как следует из отчета, опубликованного недавно в «Журнале Национального института рака» (США), потребление всех видов свежих и обработанных помидоров уменьшает риск появления злокачественных опухолей простаты, легких, желудка, поджелудочной железы, прямой кишки и молочной железы. Главным «борцом» с раком является ликопен – очень сильный антиоксидант, содержащийся в помидорах. По мнению исследователей, добавки в соусы вроде сахара или жиров ослабляют целебные свойства томатов, тогда как сама по себе кулинарная обработка на количество ликопена не влияет. Интересно, что в составе витаминной таблетки ликопен оказался неэффективным.

Через дыхательное горло врач вводит в бронхи пациента эндоскоп. Затем бронхи освещаются гелий- кадмиевым лазером. Видеокамера улавливает отраженные сигналы. На экране монитора вспыхивает ярко-зеленое бронхиальное дерево. Кое-где виднеются темные пятнышки. Они напоминают едва завязавшиеся плоды. Это и есть «ранние формы карцином», отмечает немецкий онколог, профессор Накхостеен. Пользуясь обычным бронхоскопом, их вряд ли разглядишь.

«В основе диагностики,- рассказывает профессор, – лежит такое явление, как автофлуоресценция. Когда мы освещаем легкие лазерным светом, слизистая оболочка бронхов начинает флуоресцировать, причем отдельные ее слои светятся по-разному.

Лазерный свет почти беспрепятственно проникает сквозь поверхность слизистой оболочки и отражается нижним ее слоем. Карциномы образуются как раз в промежутке между двумя этими слоями. Они потощают падающий на них свет гораздо сильнее, чем соседняя ткань. Вот почему на экране монитора опухоли вырисовываются в виде отчетливых черных пятен. От нашего взгляда не ускользнут даже крохотные карциномы – сгустки, состоящие всего из нескольких рядов клеток».

Коода злокачественные зародыши выявлены, пациента немедленно направляют на операцию. Болезнь пока еще можно пресечь.

В 1952 году молодой физик Рольф Ландауэр пришел в неказистое индустриальное здание компании IBM. После окончания института он уже два года поработал в Национальном комитете по аэронавтике (так в те годы назывался американский национальный комитет по аэрокосмическим исследованиям НАСА), где участвовал в разработке самолета с ядерным двигателем и остался не слишком доволен своей деятельностью. В те годы компания IBM перешла от изготовления вычислительных машин на основе электромеханических реле к вакуумным лампам.

Тогда это было новаторством. Физики требовались для работы в небольшой исследовательской группе, занимавшейся транзисторами. Только самые дальновидные эксперты компании понимали, что за транзисторами – будущее, и собирали сильную команду для прорыва в этом направлении.

IBM и Ландауэр встретили друг друга, обоим повезло.

Очень показателен сам путь ученого: от ядерного самолета к полупроводникам. К концу нашего бурного столетия трудно сказать, где происходили более увлекательные события – на небесах или в полупроводниковых зонах.

Ландауэр с самого начала решил заняться физическими основами математических вычислений. Он первым сформулировал тезис о том, что информация – это не математическая абстракция, а физическая сущность, независимо от того, где она содержится – на наших российских счетах или перфокартах ЭВМ. В одной из своих ранних работ Ландауэр поставил вопрос: сколько энергии потребляет каждый шаг компьютерных вычислений?

В своей статье в журнале «Исследования и развитие фирмы IBM» в 1961 году Ландауэр писал, что энергия потребляется не на сами вычисления, а на уничтожение информации, на выбрасывание битов. Эта идея, известная как принцип Ландауэра, долгие годы попросту игнорировалась, пока наконец совсем недавно не стала основой для проектирования компьютеров будущего.

И все же не все были так невнимательны к революционным идеям: еще в 1971 году на одной из компьютерных конференций аспирант Аргонской национальной лаборатории Чарльз Беннет рассказал о построении компьютера на основе принципа Ландауэра. Подобные идеи оказались особенно актуальны именно сейчас, когда тепловыделение стало едва ли не основной помехой дальнейшей миниатюризации микросхем.

Ландауэр убедил Беннета перейти в IBM и вначале был лидером в их отношениях, но Беннет вскоре сам развил первоначальные идеи. Теперь уже именно его предложение об обращении вычислений стало центральным в поисках физических пределов вычислительных мощностей. В своей статье уже в 1996 году Ландауэр сравнивает вычисления с кресельным подъемником на горнолыжном склоне: каждое кресло содержит два сиденья – «О» и «1».

Лыжники – биты информации – сидят на них, поднимаются на вершину, а вниз спускаются уже пустые сидения, которые могут быть использованы для следующего вычисления.

Ландауэр всегда осознавал глубокую пропасть между теоретическими построениями и практикой: как теоретик он исследовал предельные возможности вычислений, но в то же время трезво оценивал воплощение собственных идей обратимых вычислений. «За все в жизни приходится платить, – отмечал он. – Обратимые вычисления потребуют гораздо более сложных и медленных компьютеров».

Не менее критично относится он и к современным разработкам квантовых компьютеров (это тип обратимого компьютера, где много вычислений идет параллельно в соответствии с квантовым принципом суперпозиции состояний). По мнению Ландауэра, все публикации на тему квантовых компьютеров должны обязательно сопровождаться надпечаткой: «Осторожно, квантовые компьютеры никогда не будут реализованы на практике».

Раскованность Ландауэра-теоретика сочетается с прагматизмом экспериментатора, поскольку в шестидесятые годы он был директором департамента физических исследований компании IBM, где ему приходилось выделять деньги на самые разные исследования. Именно он начал программу полупроводниковых лазеров и интегральных схем, даже предложил термин «большие интегральные схемы».

Еще одно направление исследований Ландауэра – исследование физических процессов на малых расстояниях.