Электрическая Вселенная. Невероятная, но подлинная история электричества - Дэвид Боданис

Эта концепция способна привести в замешательство даже специалистов, и те читатели, которых она повергает в недоумение, могут найти некоторое утешение в книгах, перечисленных в связанном с данной главой разделе руководства по дальнейшему чтению.

С. 205 …похоже на то, что существует преграждающая ему путь зона запрета…

Это «принцип запрета» Паули, воздействующий не столько на линейную скорость электронов, сколько на общую энергию, которой они обладают. Ибо одна из странных особенностей электронов состоит в том, что два электрона не могут одновременно обладать одной и той же энергией — так же, как два человека не могут одновременно занимать в пространстве одно и то же место. Если один электрон уже пребывает в определенном энергетическом состоянии, он способен самым реальным образом помешать другому попасть в это состояние — словно бы заняв одну ступеньку лестницы. Принцип Паули есть вещь необычайно мощная, поскольку атомы почти полностью состоят из пустоты и, если бы не эта преграда на пути электронов, нас ожидали бы серьезные неприятности. Даже когда вы просто постукиваете от нечего делать пальцами по столу, лениво отбивая барабанную дробь, огромные пустые пространства атомов, из которых состоят ваши пальцы, могли бы. не существуй на свете принципа Паули, пронизывать огромные пустые пространства атомов стола. Без принципа Паули ваши ноги провалились бы сквозь пол. а спина просквозила бы спинку кресла. Вы могли бы на миг появиться в комнате, находящейся этажом ниже, но, достигнув ее пола, просто пронзили бы его, продолжив полет к весьма неприятным глубинам нашей планеты.

А благодаря этому принципу мы проводим наши жизни в безопасном парении. Мы парим над полом, по которому идем, парим над креслом, в которое садимся. Даже тот, кто проводит большую часть жизни, лениво развалясь на кушетке перед телевизором, тоже удерживается на ней чудесами квантовой механики: тело его остается на месте из-за того, что электроны этого тела не желают делить энергетические состояния с электронами кушетки.

Основные представления о принципе Паули прекрасно изложены в книге: Charles P. Enz «No Time to be Brief: A Scientific Biography of Wolfgang Pauli»[11] (Oxford, England: Oxford University Press, 2002). Более подробно

О виртуальных электронах, от которых «отстреливаются» другие электроны, тем самым позволяя людям не проходить сквозь друг друга, см. в: Richard Feynman, «QED: The Strange Theory of Light and Matter»[12] (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1985); о той, порою доводившей людей до исступления роли, которую Паули сыграл в годы создания квантовой электродинамики, см., помимо книги Энца. в книге Silvan Schweber, «QED and the Men Who Made It»[13] (Princeton. NJ: Princeton University Press, 1994).

C. 208 …в Англии 1920-х. — и особенно в ее частных школах…

«Самая замечательная особенность учебы в [частной] шкале, — говорил Тьюринг, — состоит в том, что, как бы худо вам потом ни пришлось, вы наверняка знаете — хуже, чем было в ней, не будет». Цитата взята из книги: Andrew Hodges, «Alan Turing: The Enigma»[14] (London: Vintage, 1993).

C. 216 А требовалась ему… реализация новых представлений физиков…

А тем временем Тьюрингу и другим исследователям оставалось пользоваться промежуточной технологией электронных ламп. То были основательно миниатюризированные осветительные лампочки, с находившимися внутри них дополнительными проводами или металлическими сетками, которые притягивали к себе электроны, вылетавшие из нагретой нити накаливания, и ускоряли их. Это позволяло усиливать слабые сигналы, однако работа с электронными лампами была занятием довольно тягостным.

Холодная нить накаливания испускает мало электронов. и оттого приходится ждать, пока она раскалится (именно поэтому старые электрические устройства и требовали «прогрева»). Стеклянная колба такой лампы нуждалась в герметизации, а это означало, что лампы то и дело перегревались, да и их тонкие нити накаливания нередко перегорали. Всякий, кто использовал большое число электронных ламп, вынужден был держать под рукой целые ящики с запасными лампами.

Как выразился Джон Пирс — человек, придумавший слово транзистор, — «природа не терпит электронных ламп».

С. 217 …группы взломщиков кодов…

На самом деле — «взломщиков шифров». Кодирование — это система прямых подстановок, при которой одно слово используется вместо другого, к примеру, в каком-нибудь совсем простеньком коде слова «позор нации» могут заменяться словом «кусты». Шифрование требует подстановок более сложных, при нем заменяются уже не слова, а мелкие составляющие текста, оно простирается от ранних опытов Юлия Цезаря, при которых вместо каждой буквы латинского алфавита использовалась та, что стоит от нее третьей по счету, до применения устройств, осуществляющих сложные перекрестные подстановки. В обыденном языке слово «код» используется в обоих смыслах, и я простоты ради буду делать то же самое.

Во всем этом присутствует один интересный момент. Если бы не существовало радио, не было бы и Блетчли-Парка, поскольку до эпохи радио военные сообщения доставлялись адресатам курьерами и никто не мог перехватывать их, просто-напросто соорудив достаточно большую антенну. Однако, не будь Блетчли-Парка, разве получили бы мы компьютеры? В самой природе электричества заложены широкие и порой весьма неожиданные возможности развития новых технологий — радио порождает на свет центры декодирования, а затем эти центры порождают на свет компьютеры.

С. 222 Эта машина была чем-то более сложным, нежели обычный калькулятор…

Первый, созданный в 1943-м, «Колосс» мог быстро проверять варианты расшифровки текста, но затем его приходилось перенастраивать вручную. Впрочем, вскоре в Блетчли построили усовершенствованный его вариант — напряженные требования военного времени творили со снабженцами истинные чудеса. — который мог менять схему декодирования уже без внешней настройки. Однако, хоть это и означало, что машина способна самостоятельно делать выбор, полностью программируемой она все еще не была и программ в памяти не хранила.

Тьюринг имел к созданию «Колосса» лишь косвенное отношение, и все же машину эту соорудил Макс Ньюмен, слушавший в Кембридже его лекции, а сам Тьюринг получал полную информацию о том, что он делает.

С. 227…в Америке уже разрабатывалась новая технология…

Технология транзисторов родилась в Америке, однако лежащая в ее основе идея логических переключателей имела своим источником работу английского математика середины девятнадцатого столетия Джорджа Буля, предпринявшего попытки кодифицировать любую, какая только возможна, логическую мысль. Усилия подобного рода не были бы сочтены чрезмерно странными и в определенных благовоспитанных кругах нынешнего английского общества, странно, однако же, то, что Буль в этих своих усилиях преуспел.

Буль записал полученные им результаты в виде простых уравнений, прочно связавших его имя с теперешними компьютерами. Дело в том. что. если объединить два истинных утверждения, в результате получится опять-таки истинное, — вот это он и записал: И+И=И; с другой стороны, если объединить истинное утверждение с ложным. получится ложное: И+Л=Л.

Выглядит это как странноватая и явным образом очевидная арифметика. вполне оценить которую мог только какой-нибудь Льюис Кэрролл. — и еще более странный вид приняла она оттого, что вместо «истинное» Буль писал «Г, а вместо «ложное» — «о», так что приведенные нами уравнения превращались в i+i=i и 1+0=0. Вот это и есть двоичный код.

Логикам он понравился, однако обычный мир его игнорировал, пока в 1937 году Клод Шеннон не сообразил, что управляемые электромагнитами релейные переключатели выполняют на самом-то деле именно эти уравнения, давным-давно записанные Булем. Созданные десятилетие спустя транзисторы могли проделывать это намного лучше, ибо единичный сигнал, который поступает в транзисторный переключатель, недостаточен для создания в нем тока — он в лучшем случае переводит кремний в активное, проводящее состояние, при котором второй сигнал проходит через него беспрепятственно. Иными словами, чтобы получить на выходе из транзистора сигнал, необходимо подать на его вход два сигнала. Однако, если обозначить сигнал символом «I», сказанное означает попросту, что внутри транзистора i+i=i. Если же отсутствие сигнала обозначить как «о», то получится, что транзистор исправно реализует и уравнение 1+0=0.

Произошло чудо. Буль заглянул внутрь человеческого мозга и извлек из него два странноватых уравнения, показывающих, как работают понятия истинного и ложного. Транзисторы способны имитировать его уравнения, используя для этого просто-напросто камень. То есть получается, что некий полузабытый математик девятнадцатого столетия проложил путь к тому, что крупицы кремния начали использовать для точного копирования наших потаенных мыслей. Относительно оригинальной работы Буля см.: George Boole, «An Investigation of the Laws of Thought»[15] (London: Dover Publications, 1995). Относительно Шеннона см. более подробно в главе «Understanding Information. Bit by Bit»[16] в книге: «It Must Be Beautiful: Great Equations of Modem Science»[17], edited by Graham Farmelo (London and New York: Granta Books, 2002).