Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Сегодня самые поразительные видимые особенности (придуманной нами) планеты — сказочные замки, замысловатые системы примерно концентрических кремнеметаллических стен, удерживающих внутри себя этановые/метановые озера. Эти озера служат благоприятной средой для чешуек — электронных существ, развившихся на базе прежних пленок. Чешуйки представляют собой тонкие плоские осколки кремниевой породы, покрытые кремнеметаллическими электронными схемами. Они участвуют в сложной эволюционной гонке, в которой захватывают схемы других чешуек. Время от времени возникают новые схемы, которые лучше справляются с этой задачей. К настоящему моменту они прекрасно умеют это делать. Основу их размножения составляет матричное копирование. Подвижная чешуйка наносит химический образ своей схемы на чистый камень. Этот образ служит шаблоном для выращивания зеркальной копии схемы. Затем копия отщепляется от камня. Ошибки копирования служат аналогом мутаций; захват схем ведет к рекомбинации элементов и дает некоторым чешуйкам конкурентные преимущества в плане выживания.

Когда люди открыли Nimbus, некоторые чешуйки начинали переходить к объемным схемам. Они уже стали «фоннейманами» и воспроизводились новым способом. Около 1950 года математик Джон фон Нейман ввел понятие клеточного автомата (простой тип математической компьютерной игры), чтобы доказать, что самовоспроизводящиеся машины в принципе возможны. Такой автомат включает в себя три компоненты: исходные данные, копировщик и строитель. Строитель выполняет зашифрованные в данных инструкции и создает таким образом новый строитель и новый копировщик. После этого новый копировщик копирует старые данные, и мы получаем вторую их копию. Схема фоннеймана на Нимбусе тоже подразделяется на три участка: данные, копировщик и строитель. Строитель умеет строить схемы, предписанные данными. Копировщик — это просто копировщик. Эта способность у него развилась совместно с репродуктивной системой трех полов. Один родитель наносит на голый камень копию своей схемы-строителя. Позже другой родитель, проходя, замечает на камне схему и добавляет к ней копию своего копировщика. Наконец, третий родитель добавляет ко всему копию своих данных. Все, теперь новый фоннейман может отщепляться от камня.

«Насколько же отличается, насколько сильно все это отличается от частной жизни нашей дорогой королевы» — как сказала однажды, говорят, одна из фрейлин королевы Виктории на представлении «Клеопатры» с Сарой Бернар в главной роли. Ни кислорода, ни воды, ни углерода, ни обитаемой зоны, ни генетики, три пола… Достаточно сложная система, чтобы считать ее формой жизни, хотя и весьма необычной, к тому же способная эволюционировать при помощи естественного отбора. Тем не менее основные ее черты вполне реалистичны с научной точки зрения.

Я не утверждаю, что подобные сущности на самом деле существуют; более того, никакое конкретно предлагаемое устройство инопланетной жизни, скорее всего, не существует, поскольку в нем обязательно будет слишком много парохиалей. Но они иллюстрируют богатое разнообразие новых возможностей, которые могут появиться в мирах, сильно отличающихся от нашего.

Человек издавна мечтал полететь на Луну. Сатирические «Правдивые истории» Лукиана Самосатского, датируемые примерно 150 годом, содержат воображаемые путешествия на Луну и Венеру. В 1608 году Кеплер написал научно-фантастический роман Somnium («Сон»), в котором демоны переносят мальчика по имени Дуракот из Исландии на Луну. В конце 1620-х годов Фрэнсис Годвин, епископ Херефордский, написал «Человека на Луне» — залихватскую историю, в которой гигантские лебеди-ганзы переносят моряка Доминго Гонсалеса на Луну.

Демоны Кеплера были более достоверны с научной точки зрения, чем лебеди Годвина. Лебедь, каким бы сильным он ни был, не сможет долететь до Луны, потому что космос — это вакуум. Но демон в принципе может дать усыпленному человеку толчок достаточно сильный, чтобы тот улетел с планеты прочь. Насколько сильный нужен толчок? Кинетическая энергия ракеты равняется половине ее массы, умноженной на квадрат ее скорости, и эта энергия должна превзойти потенциальную энергию того гравитационного поля, от которого планируется убежать. Кеплер это знал, хотя и не формулировал таким образом. Чтобы уйти от планеты, ракета должна преодолеть критический порог — «скорость убегания». Швырните что-нибудь в небо с большей скоростью — и это что-то уже не вернется на Землю; если же скорость будет меньше пороговой — вернется. Для Земли скорость убегания составляет 11,2 километра в секунду. При отсутствии каких бы то ни было других тел и сопротивления воздуха это придаст вам достаточно большой импульс, чтобы навсегда уйти от Земли. Вы по-прежнему ощущаете гравитационное притяжение Земли — в конце концов, на всех нас действует закон всемирного тяготения, — но сила притяжения спадает так быстро, что не сможет вас остановить. Если вокруг есть и другие тела, то их совместное действие также следует принимать во внимание. Если вы стартуете с Земли и хотите выйти из гравитационного колодца Солнца, вам потребуется скорость 42,1 километра в секунду [72] Скорость вдали от Земли, измеренная относительно Солнца, на расстоянии 1 а.е. от него. — Прим. ред. .

Существуют способы обойти этот предел. Так, космическое бола — это гипотетическое устройство, которое раскручивает корабль как кабинку на одной из спиц колеса обозрения. Соберите последовательный каскад таких устройств — и вы получите возможность добраться до орбиты посредством серии поворотов на спицах. Или, еще лучше, можно построить космический лифт — это, по существу, крепкая веревка, свисающая вниз со спутника на геостационарной орбите, по которой можно взбираться не торопясь. При этих способах попадания на орбиту скорость убегания не имеет значения, она применима только к свободно движущимся объектам, которым дали сильный толчок и отпустили, оставив лететь самостоятельно. И это приводит к гораздо более глубокому выводу, следующему из скорости убегания, ведь одним из таких объектов является световая частица, фотон.

Когда Рёмер открыл, что свет имеет конечную скорость, мало кто из ученых осознал одно из следствий: свет не может убежать от достаточно массивного тела. В 1783 году Джон Мичелл представил, что Вселенная, возможно, усыпана громадными телами, превосходящими по размеру звезды, но ничего не излучающими. В 1796 году Лаплас опубликовал ту же идею в своем фундаментальном труде Exposition du Système du Monde («Изложение системы мира»):