«Электрическая Вселенная». Глава из книги
Глава 10. Наследие Тьюринга
Нью-Джерси, 1947
То, что искал Тьюринг, то, что могло бы спасти ему жизнь, уже довольно долгое время находилось под самым его носом. Намек на это он получил еще в 1948 году, до того даже, как перебрался в Манчестер. Его друг по временам Блетчли, Джек Гуд, написал Тьюрингу:
«Слышали вы что-нибудь о ТРАНЗИСТОРЕ (или Транзисторе)? Этот маленький кристалл выполняет, предположительно, «почти все функции электронной лампы». Возможно, это самое важное из совершенных после войны открытий. Собирается ли Англия приглядеться к нему?»
Однако ответом было молчание. В Америке произошло нечто замедлившее разработку устройства, и причина задержки была связана с самой сутью того, как оно работает.
В студенческую пору Тьюринга большинство специалистов по электричеству считало, что все вещества мира делятся на два совершенно различных типа. Одни, такие как медь или сталь, способны проводить электрический ток, другие — стекло или дерево — проводить ток не способны. Первые называли проводниками, вторые изоляторами. Общего между ними было столько же, сколько между муравьедом и угольной шахтой, — они просто-напросто не имели точек соприкосновения.
Это несложное различение и дает, похоже, ответ на вековой давности вопрос: почему сквозь стекло свет проходит, а сквозь сталь — нет? Внутренность стальной стены немного похожа на заброшенный египетский храм с его стоящими почти вплотную колоннами из атомов железа и углерода. Однако, если вглядеться в эти атомы с расстояния более близкого, выяснится, что они не такие уж гладкие и опрятные. Многие из них лишились наиболее удаленных от центра атома электронов, и — как мы уже видели в первой из посвященных радару глав — внутри бесцельно болтаются целые флотилии таких электронов. Когда туда же попадает свет, он начинает расходовать свою энергию на увеличение энергии движения этих электронов. А это означает, что чем глубже световая волна забирается в сталь, тем меньше от нее остается — она отклоняется, «впитывается» поджидающими ее, словно в засаде, свободными электронами. Все выглядит так, точно целая волна исследователей врывается в заброшенный храм и их начинает одного за другим утягивать куда-то за колонны. И очень скоро никаких исследователей не остается. Отраженные от вас световые волны могут войти в сталь с одной стороны, но с другой они не выйдут.
Внутри стеклянной стены атомы, напротив, ведут себя более благочинно. Их внешние электроны связаны с ними гораздо крепче и засад на исследователей не устраивают. Свет вливается в их расположение и изливается из него неповрежденным, таким же ярким, как прежде. Отраженные вами световые волны проходят сквозь стекло — и вас видит тот, кто стоит с другой его стороны.
В этом же кроется и причина того, что металлы проводят электричество, а стекло нет — потому-то электрические провода нередко и крепят на стеклянных изоляторах. Ток легко проходит по медным или алюминиевым проводам, потому что в них полным-полно свободных электронов. Движущая сила, невидимый вихрь, создаваемый силовой станцией, просто захватывает их и толкает вперед. А вот через стеклянные изоляторы ток не проходит, потому что в стекле нет свободных электронов, которые можно было бы использовать для создания тока. Находящаяся под напряжением опора линии электропередачи ведет себя как тупой-претупой переключатель: он всегда находится в положении «закрыто», ибо электрический ток течет себе по проводам вперед, но никогда не меняет направление и не уходит в стеклянные изоляторы, придерживающие провода.
Если бы существовали только две эти возможности — одни вещества проводят электрический ток, другие не проводят, — все наследие Тьюринга состояло бы сейчас из нескольких статей и огромных, вечно перетопленных помещений, наполненных сложными конфигурациями штекеров и электронных ламп. Тех компьютеров, которые мы воспринимаем ныне как данность, попросту не существовало бы. Однако на свете существуют не только металл и стекло.
В нашей Вселенной имеется кое-что еще, и оно дает нам третью возможность.
Отправляясь в свои долгие пробежки, Тьюринг нередко следовал по вьющимся среди холмов сельским тропинкам, а то и выбегал на песчаные пляжи, которыми столь богата островная Британия. Эти пески и холмы в значительной мере состоят из элемента, именуемого кремнием, — как, собственно, и большая часть поверхности нашей планеты: кремний — основной материал, из которого образована гора Эверест.
У радиотехников этот самый кремний давно уже вызывал раздражение. В отличие от всего остального, он никак не желал укладываться в одну из двух принятых категорий — он не был металлом, неизменно проводящим электричество, но не был и стеклом или алмазом, никогда такового не проводящими. Он вел себя по-другому, и весьма непонятно. Большую часть времени включенный в электрическую цепь кусочек кремния вроде бы изображал из себя обычный, заурядный изолятор. И прекрасно. Вы подсоединяли к кремнию провод, пропускали по проводу ток, и он, дойдя до кремния, останавливался, словно уткнувшись в преграду.
Не давало радиотехникам покоя то обстоятельство, что кремний вел себя так не всегда. Временами кусок кремния, который считался изолятором, вдруг претерпевал какие-то внутренние изменения и от роли достойного, надежного, радующегося своему ничегонеделанью изолятора отказывался. Он вдруг обращался в проводник, беспрепятственно пропускавший потоки электронов. То есть он не был ни проводником, ни изолятором. Он был «полупроводником».
Кремний вел себя столь переменчиво, что, когда огромный исследовательский отдел компании «Белл лабс» приступил к работам по созданию немеханических переключателей, одна из первых его директив потребовала отмены любых исследований кремния — примерно такую же мудрость могла бы проявить компания «Дисней», уволив Джеффри Катценберга в аккурат перед тем, как он стал продюсером «Шрека». По счастью, «Белл лабс» — компания очень большая, а в больших компаниях указания начальства часто удается обойти стороной. В «Белл» работал один исследователь, Рассел Ол, которого переменчивая природа кремния интересовала уже не первый год. Он помещал кусочки кремния в схему радиоприемника, а затем укладывал этот радиоприемник в коляску своего младенца сына. И отправлялся на прогулку по Нью-Йорку, радуясь возможности точно установить, когда кремний проводит электричество, а когда не проводит, — ну и заодно проветривая легкие сына. Ол был энтузиастом, уверенным, кто когда-нибудь это чувствительное, переменчивое вещество сможет оказаться очень полезным. Потом сын его из коляски вырос, приятные кремниевые прогулки прекратились, однако Ол продолжал исследовать кремний в лаборатории. И когда «Белл» попыталась эти исследования прекратить, он нашел способ обойти приказ начальства и сохранить свою исследовательскую группу.
В 1946-м и затем 1947-м благодаря ранним работам Ола и других стало наконец понятно, что происходит внутри кремния. Иногда это вещество образует совершенные кристаллические решетки, напоминающие способный довести человека до головокружения рисунок М. К. Эшера, на котором трехмерные строительные леса растягиваются до бесконечности. Однако на нашей планете отыскать совершенство трудновато. В кремнии, который добывается в природном его состоянии или расплавляется, а затем охлаждается в лаборатории, в этих совершенных лесах почти наверняка появляются трещинки и прорехи. В такие трещины кристаллической решетки могут забиваться несколько атомов примеси, фосфора к примеру, приносящих с собой примесные электроны. Превосходные, податливые дополнительные электроны.
Если бы электроны просто проходили через кремний, он стал бы еще одним «вечно открытым» переключателем. Однако Ол и другие знали квантовую механику достаточно хорошо, чтобы сообразить: электроны, занимающие места в кристаллической решетке кремния, способны воздействовать на другие электроны и порой замедлять их, причем делать это даже на расстояниях по атомным меркам огромных. Если ввести в решетку правильное число примесных электронов, эти странные эффекты приведут к тому, что прохождение через нее других электронов, а стало быть, и передача электрического тока станут невозможными. Однако при несколько иной внешней «настройке», а именно к ней и подбирались исследователи компании «Белл», вглядываясь в свои лабораторные создания, пробуя и изучая различные добавки к ним или помещая их — с великим тщанием — в различные силовые поля, странные эффекты «замедления» будут исчезать, и электроны снова смогут свободно проходить через кремний.
Химия — наука слишком сложная, чтобы сражаться с ней в одиночку, и Ол свои возможности по этой части уже исчерпал. Ресурсы «Белл лабс» начали переходить в распоряжение Уолтера Браттейна, тихого экспериментатора, выросшего на ранчо в Орегоне, и Джона Бардина, еще даже более тихого теоретика, родившегося в Висконсине. (Бардин был так тих и внешне юн, что, когда он, обучаясь в Висконсинском университете, тихо предлагал старшекурсникам сыграть на деньги в бильярд, они его предложение неизменно принимали. С той же тихой вежливостью укладывал он в карман и выигрыш — игроком Бардин был блестящим, одним из лучших, когда-либо учившихся в этом университете.)
Ныне на четвертом этаже невзрачного лабораторного здания в Мюррей-Хилл, штат Нью-Джерси, двое друзей, Браттейн и Бардин, принялись за работу, используя результаты, полученные Олом и химиками Университета имени Пердью; используя также переводы документов, в которых описывались спорадические исследования полупроводников, проводившиеся во время войны в Германии; используя собственное знание квантовой механики и новых методов химического производства, — и работали они не покладая рук. В октябре 1947 года появились первые признаки успеха, а к декабрю того же года сомнений в нем уже не осталось. Теперь они могли заставлять электроны протекать сквозь кремний и могли останавливать их. Они создали тот самый работающий на атомном уровне переключатель, который искал Тьюринг.
Это стало одним из величайших открытий современности. В течение всей истории человечества людям чинила препоны ужасная сила трения. Мотыги скребли почву, увлекая ее за собой. Строившие египетские пирамиды рабы тратили почти всю силу своих плечевых и ножных мышц на преодоление трения, возникавшего между перемещаемыми ими огромными каменными блоками и землей под ними. Паровые и автомобильные двигатели и даже двигатели самых быстрых реактивных самолетов также расходуют на преодоление трения огромную энергию. А вот эти кремниевые камушки способны пропускать через себя электрический ток в том или ином направлении, и при этом самому камушку никакого движения совершать не приходится, не приходится перебрасывать из стороны в сторону язычок металлического переключателя. Это было бы делом слишком медленным и обременительным. Камушек просто хранит неподвижность, точно сидящий Будда, и изменяется внутренне, позволяя потокам электронов течь по способным трансформироваться «рудным жилам», лежащим внутри него.
Если Тьюринг желал посылать электрический ток лишь в тех случаях, когда принималось некое конкретное решение, ему довольно было направить этот ток по одной из таких рудных жил. Поначалу току пришлось бы просто ждать, без пользы теряя электроны, — рудная жила оставалась закрытой. Но стоило преобразовать ее, прибегнув к разработанным Браттейном и Бардином тонким методикам, и все изменялось. Возникал «туннельный» эффект, и сигнал получал возможность устремиться вперед.
Родилась новая технология, а это означало, что для нее надлежит придумать и новое название. Сочинить такое обобщенное прозвище — дело нелегкое. Если вы занимаетесь тем, что управляете большими механическими объектами, естественно будет сказать, что вы работаете с «механикой». Управление электронами уже получило вполне понятное название — «электроника». Но какое имя дать ключевому для этой новой технологии устройству? Вопрос очень непростой, поскольку, когда дело доходит до словесных упражнений, инженеры начинают вести себя просто пугающим образом. Происходили обсуждения, голосования — одно предложение выглядело не вполне изящным: «усилитель поверхностного состояния», другое и выговорить-то было трудно: «йотатрон» (от греческой буквы йота, используемой для обозначения чего-то очень маленького).
По счастью,на сцене появился Джон Пирс, один из инженеров лаборатории, пописывавший научно-фантастические рассказы и умевший обращаться со словами. Он сосредоточился на общей картине. Когда «рудные» (ore) жилы кремния «включены», по ним проходит электрический ток. Когда они «выключаются», возникает сопротивление, ток не пропускающее. Это означает, что такое устройство осуществляет «перенос сопротивления» (transferred a resistance), что и привело к звучному предложению Пирса.
«Мы назвали его транзистором, Т-Р-А-Н-З-И-С-Т-О-Р, — объявил директор исследовательского отдела «Белл» на состоявшейся в среду 30 июня 1948 года пресс-конференции. — Он целиком состоит из холодного твердого вещества».
Вскоре стало известно и о первом применении транзистора. Компания «Белл» имела давнюю традицию изготовления слуховых аппаратов — наследие любви Алека к Мейбл, — и было лишь естественно использовать транзисторы для того, чтобы сделать эти аппараты более миниатюрными. Слуховые аппараты немного похожи на переносные телефоны. Однако обычный телефонный аппарат был тогда штукой громоздкой, унаследованной еще от викторианской эпохи, — с толстыми проводами и большими переключателями. Для передачи даже негромкого шепота ему требовались миллионы электронов. Между тем применение в слуховых аппаратах транзисторов, для работы которых электронов требовалось намного меньше, позволяло воспользоваться и гораздо меньшими по размерам батарейками.
О происходящем узнали и проектировщики компьютеров, включая Тьюринга, — вспомните письмо, посланное ему в 1948-м Джеком Гудом. В Америке работавшая в Гарварде сверхэнергичная Грейс Мюррей Хоппер, узнав, что вскоре появятся усовершенствованные микроскопические переключатели, преисполнилась такой веры в них, что это помогло ей разработать первый в мире «компилятор» — незаменимую часть современного компьютера, которая преобразует команды программы в сложный список положений его внутренних переключателей. Хоппер годами наблюдала за матчами женских баскетбольных команд и нередко видела, как во время игры производятся передачи: баскетболистка бросает мяч туда, где, как она ожидает, должна вскоре оказаться подруга по команде, — бросок совершается в пустое пока еще место. В последующие годы Хоппер любила объяснять, как она использовала этот образ в логике ее ранних компиляторов, заблаговременно направляя команды туда, где они будут ожидать реального переключения компьютера.
Однако, осуществляя в 1952-м — через четыре года после пресс-конференции «Белл» — свою пионерскую работу по компиляторам, Хоппер реально работающих транзисторов все еще не имела. Группа, добившаяся в 1947-м столь большого успеха, распалась. Отчасти это произошло потому, что руководителям «Белл» требовались для их охватывающей весь континент телефонной коммутационной сети крепкие, надежные компоненты. Цель состояла в том, чтобы получить компоненты, способные работать без сбоев в течение двадцати лет, а первые транзисторы давали сбои почти каждый день. (Однажды целая батарея их пришла в негодность после того, как к ним прикоснулось несколько инженеров, открывавших перед этим дверь лаборатории: их ладони перенесли с дверной ручки некоторое количество атомов меди, оказавшееся вполне достаточным, чтобы уничтожить в кремнии идеальную смесь дополнительных атомов, которая могла замедлять или ускорять электроны.)
А кроме того, эта группа изрядно настрадалась от якобы возглавлявшего ее работу в «Белл» Уильяма Шокли, человека со странностями. При первом же знакомстве с женой Бардина Джейн он сообщил ей, что его дети в сравнении с ним просто умственно отсталые. Удивленная Джейн решила, что ее подвел слуховой аппарат. Но нет, Шокли пояснил: на самом-то деле и жена его генетически стоит по своим способностям намного ниже него.
Когда Бардин и Браттейн создали первый работающий транзистор, Шокли попросту вышел из себя. Как могли такие люди оказаться первыми! Бардин по определению не способен додуматься до сколько-нибудь серьезной идеи. А то, что к открытию оказался причастным Браттейн, родившийся на орегонской скотоводческой ферме — ковбой! деревенщина! — положение лишь ухудшало. И Шокли постарался приписать все заслуги себе. На пресс-конференции 1947 года он захватил микрофон и никого к нему не подпускал; когда посвященный электронике журнал прислал фотографа, чтобы тот сделал снимки великих открывателей транзистора, Шокли отогнал Бардина и Браттейна в сторону и сам уселся за их рабочий стол. Надо сказать, что он действительно в немалой мере усовершенствовал их начальные идеи, однако ему этого было мало, он желал, чтобы все поверили, будто транзистор — исключительно его рук дело. Бардин ушел из «Белл», за ним ушли другие, а вскоре — поскольку орать ему было больше не на кого — ушел и сам Шокли.
Все это означало, что массовое производство транзисторов не удалось начать ко времени, в которое еще можно было спасти жизнь Тьюринга, однако случившееся привело и к результатам на редкость благотворным. Ибо Шокли был лгуном столь превосходным, что, когда он оставил «Белл лабс», намереваясь сколотить собственное состояние среди абрикосовых рощ и разрозненных заводиков лежавшей к югу от Сан-Франциско долины, многим из лучших американских инженеров и физиков захотелось работать с ним. В конце концов, это он красовался на обложке журнала «Электроникс» сидящим в «Белл лабс» за своим столом и вглядывающимся в микроскоп; он торжественно объявил на пресс-конференции о создании транзистора; поговаривали даже, что Нобелевская премия у него уже почти в кармане. Какой же молодой инженер не захотел бы перебраться в ту наполовину сельскую долину и там разбогатеть?
Они приезжали туда, какое-то время наблюдали за Шокли в действии и разбегались. Однако если инженеры, которых он заставил покинуть «Белл лабс», рассеялись по всей стране, то тем, которых он вынудил уйти из его новой компании (скромно названной именем самого Шокли), до того понравилось калифорнийское солнце, что далеко они уезжать не стали. Шокли обратился в гигантскую центрифугу, в машину инноваций, хоть это в его намерения и не входило. Умные люди, привлеченные сюда его репутацией, поняв, что за ужас он собой представляет, быстро налаживали связи друг с другом, а удирая от него, сохраняли эти связи и создавали совсем неподалеку собственные фирмы.
Шокли ухитрился потерять не только Роберта Нойса, ставшего одним из создателей современной техники печатного нанесения огромного числа транзисторов на индивидуальные чипы, но также и Гордона Мура, сооснователя компании «Интел», самой успешной из всех производящих эти чипы компаний. Нойс стал миллионером, Мур, судя по всему, миллиардером, Шокли же — не заработавший никаких денег по причине неспособности удерживать при себе неблагодарных тварей, которые слетались к нему, привлеченные его гениальностью, — так и продолжал отпугивать честолюбивых и умных инженеров, которые в итоге присоединялись к его конкурентам. Так появилась Силиконовая долина. И мир изменился снова.
Новые технологии всегда обладали способностью трансформировать общество, а из этой долины они посыпались как из рога изобилия. Без транзистора и быстродействующих компьютеров, которые сделались возможными благодаря этим технологиям, у нас не было бы сейчас ни сотовых телефонов, ни метеорологических спутников, ни спутников-шпионов; не было бы компьютерных томографических сканеров, изображения внутренних органов с использованием магнитного резонанса и систем GPS; не было бы крылатых ракет и самонаводящихся бомб; не было бы солнечных батарей, цифровых камер, приборов ночного видения; не было бы ноутбуков; не было бы спама, — но также и электронной почты с интернетом; не было бы столь широкого распространения кредитных карточек, банкоматов и электронных таблиц. Мы жили бы без отображения человеческого генома, без телевизоров с плазменным экраном, без светодиодов, CD, DVD и iPod-ов или телевизоров в салонах самолетов. Не было и бы миллиардеров, носящих имена Гейтс или Джобс, это верно, но не было бы — и вот тут нам пришлось бы туго — ни Amazon.com, ни eBay, ни Google, ни «Фотошопа».
Поначалу еще удавалось сохранять мир таким, каким он был прежде, лишь добавив к нему несколько новых элементов. Однако миниатюрные приспособления способны приводить к результатам совершенно неожиданным. Первые транзисторные радиоприемники поступили в продажу в 1950-х, и квантовые эффекты, которые в них использовались, требовали энергии настолько малой, что малыми стали и их батарейки. Это означало, что подростки могут носить такие приемники с собой, а это, в свой черед, означало, что им больше не нужно слушать ту же музыку, какую слушают их родители. Подростки начали все в большей и большей мере формировать собственную субкультуру — и родился новый рынок популярной музыки. Дешевые электрогитары и недорогие усиливающие колонки — а их также сделал возможными кремний — позволили маленьким музыкальным группам соперничать по громкости звучания с оркестрами. Теперь никому не известные начинающие музыканты могли расцвести полным цветом. И появились Элвис Пресли, «Мотаун» и «Роллинг стоунз».
Рок-н-ролл создала не технология транзисторов. Сработало и множество других факторов — послевоенный «беби-бум», давший прирост молодого населения; усилившееся после Второй мировой войны неприятие расизма (что привело к борьбе за гражданские права и соединению черного и белого музыкальных стилей в первой, сделанной в Мемфисе студийной записи Элвиса); даже увеличение в пригородах числа дешевых автомобилей, в которых подростки отправлялись на вечеринки. Однако электроника ускорила развитие этих факторов, соединив их так, как они никогда не соединились бы без нее.
Изменился сам пейзаж. Огромные сети небольших розничных магазинов получили возможность компьютерного управления товарными запасами, тонкой настройки своего предложения и такого снижения цен, которого крупные магазины позволить себе не могли. И по пейзажу начали расползаться бегемоты наподобие Wall Mart; торговые пассажи стали практически неотличимыми один от другого, поскольку все они заполнились магазинчиками одних и тех же торговых сетей.
Изменился и характер труда. Администраторы получили возможность проверять грамотность того, что они пишут. Традиционные виды ручной работы взяли на себя компьютерные чипы, и это изменило районы, в которых жили рабочие. Человек, трудившийся в доках, подчинялся во время работы ясно очерченным правилам и внушал понятия об этих императивах своим детям. Дети его квартала могли драться в школах, однако для их драк существовали особые общепризнанные правила; к девочкам-подросткам могли приставать, и порой очень грубо, но и приставания эти также были ограничены общепризнанными правилами, касавшимися свиданий, манеры одеваться и тому подобного. Когда же докеров заменили компьютерные программы, управлявшие автоматическими подъемными кранами, дети лишились ролевых моделей соблюдавших строгие правила родителей. Начиная с 1970-х резко упала численность производственных рабочих. И кварталы, в которых они жили, стали разваливаться на части, из которых составлялись новые сочетания.
Даже в кварталах побогаче начали стираться традиционные представления об общине. Радио и телевидение, когда они только появились, посылали свои сигналы во всех направлениях поровну, откуда и возникло слово «широковещание». И это позволяло рекламировать простые национальные марки товаров, обращаясь к ясно очерченным крупным группам потребителей. Даже когда возникли каталоги заказываемых по почте товаров, разновидностей этих каталогов было немного, и рассылались они крупными партиями, что не позволяло нацеливать их на конкретные ниши потребительского рынка. Однако компьютер позволяет очень быстро перебирать многие и многие варианты выбора. И это привело (в начале 1960-х) к прямым целевым рассылкам, а вскоре и к специализированным радиостанциям, станциям кабельного телевидения и тому подобному. Людям уже не приходилось реагировать на рекламу так, как это делают составные части определенной группы. Начал развиваться номадизм, появились возможности отчетливо индивидуального выбора, где человек будет жить, с кем он будет вступать в брак, как молиться и когда участвовать в выборах. Начали происходить странные вещи. Старшее поколение, привычно полагавшее, что физические упражнения — удел профессиональных спортсменов, произвело на свет потомков, которые собирались в больших залах и, ни с кем особо не разговаривая, накачивали там свои мышцы.
Изменился и характер демократии. До того как в начале 1960-х появились спутники связи, рядовые люди и не надеялись увидеть живые, доставляемые им в реальном масштабе времени картины происходящих за рубежами страны катастроф, восстаний или голода. (Они получали лишь короткие, сжатые и отредактированные сводки событий, которые показывались им в киножурналах.) И естественным образом полагались на руководителей правительства, у которых имелись собственные, относящиеся к более высокому уровню источники информации — главным образом послы и иные эмиссары, которые сообщались с ними посредством относительно дорогостоящих телексов, телеграмм и специальных самолетов. А теперь? Как только из-за рубежа поступает свежая телевизионная картинка, в стране не остается человека, знающего больше, чем все прочие. И родилось новое недоверие к правительству — чему, как это обычно бывает, способствовали и иные факторы, — родилось и с тех пор никуда уже не девалось.
Одни порождения Тьюринга ускоряли появление на свет других. Последние компьютеры, которые мог целиком и полностью охватить умственным взором один-единственный человек, были построены, вероятно, в конце 1950-х. Если для разработки схемы соединений тысячи компьютерных переключателей вы еще могли использовать логарифмическую линейку и чертежные инструменты, то, когда речь заходила о миллионах переключателей компьютера более передового, логарифмической линейкой было уже не обойтись. Вместо нее вы обращались к компьютеру уже существующему, и он делал эту работу за вас. Так одни компьютеры начали порождать другие, обладавшие все большей и большей внутренней мощью.
В результате мы имеем теперь возможность детектировать столь малое количество электронов, что обрели способность видеть и слышать вещи, которые в прошлом были полностью недоступными нашему восприятию. И можем использовать нашу способность управлять этими электронами — наше понимание того, как они телепортируются и почти останавливаются, — для того, чтобы поставить себе на службу их огромную скорость и проворство. Дверь, за которой таилась древняя сила электричества, приоткрылась еще немного.
Присмотримся к тому, как работает навигационная система GPS. В сотнях километров над нашими головами, в передатчиках спутников GPS снуют туда-сюда электроны. Создаваемое ими подрагивающее силовое поле колеблется при каждом движении этих электронов, и колебания его распространяются, достигая нас, находящихся на Земле. Так посылается каждый из создаваемых GPS сигналов местоположения.
Волна, достигающая Земли, остается для нас невидимой и неслышимой — никто не может вглядеться в кружащие по своим орбитам спутники и увидеть, как приближается эта волна; никто не может навострить уши и услышать ее.
Наши барабанные перепонки состоят из атомов, вокруг ядер которых вращается огромное количество электронов. И в их сутолоке невидимые волны, поступающие от спутника системы GPS, попросту теряются. Даже если такая волна попадет в старомодную телеантенну, эффект получится очень незначительный: эти металлические прутья, выросшие в 1950-х на крышах домов, создают сколько-нибудь заметный сигнал, лишь когда в них движется в унисон множество — быть может, несколько триллионов — электронов. Антенны чувствительнее нашего уха, однако поступающая от спутника волна сдвинуть с места такое количество электронов не может.
А вот когда эти легкие колебания поступают из космоса на наш GPS-приемник, происходит нечто совсем иное — нечто ставшее возможным благодаря усилиям инженеров «Белл», показавших, как можно подобраться к квантовому миру и управлять им. Поступающая волна, сколь бы слабой она ни была, приводит в движение очень малое число электронов, однако электроны эти направляются в одну из особых рудных жил. И кремний, в который они попадают, преобразуется: теперь это уже не прежнее по-пуритански строгое, неодобрительно взирающее на мир вещество из разряда «мимо меня не проскочишь». Нет, теперь вперед бросаются его собственные электроны, подстегнутые крошечным всплеском входящего электрического тока. Внутренние полости кремния больше уже не выглядят мрачными и неприступными, они подключаются к делу и с легкостью передают отчетливый сигнал. И все — далекий спутник услышан.
Поступающая из космоса волна почти мгновенно стихает, и рудная жила приемника перекрывается. Однако миллиардную долю секунды спустя со спутника прилетает новый всплеск волны, и рудная жила оживает снова. Это повторяется всего какую-то сотню миллиардов раз или около того — и переданный спутником сигнал принимается полностью.
Какой-нибудь заблудившийся пешеход, скорее всего, обратится к своему устройству GPS, чтобы «услышать» спутник, находящийся в сотне километров над его головой, и отыскать тем самым дорогу к нужному ему новому офисному зданию. А попав в него, он может обратиться к другим устройствам, чтобы с их помощью пробежаться — чего уж проще? — по нескольким миллиардам источников информации, разбросанным по кремниево-металлическим запоминающим устройствам компьютеров мира. И это тоже во времена более ранние было делом немыслимым, ибо, хотя и существовала система хранения огромных количеств информации — система крупных библиотек мира, — хорошо обученные библиотекари тратили несколько месяцев даже на то, чтобы просмотреть лишь малую часть этой информации.
Происходило это потому, что традиционная информация сохранялась с помощью чернил, которыми пропитывались тонкие пластины модифицированной древесной кашицы, кои мы называем бумагой. Однако чернильная линия велика, а атомы малы. Взгляд библиотекаря, который просматривал содержимое книжных полок или даже микрофильмированный каталог этого содержимого, скользил по огромным твердым вместилищам электронов и иных субмикроскопических частиц — ибо именно таковыми и являются написанные либо напечатанные буквы, обладавшие колоссальной высотой в полсантиметра, а то и больше.
Поиск в Мировой паутине происходит гораздо быстрее. Вы нажимаете на клавишу ноутбука или карманного браузера, и длинные электронные туннели, кроющиеся в проводах, подведенных к этой клавише, приступают к охоте. С их точки зрения наши быстро пробегающиеся по клавишам кончики пальцев создают неловкие, тяжеловесно медленные тычки, так что времени для работы у них предостаточно. (Каждая клавиша обычного ноутбука в течение каждой секунды десятки раз опрашивается центральным процессором, и электроны постоянно рапортуют ему: «Попадания нет, попадания нет», пока наконец, о чудо, одна из клавиш, та, на которую мы нажали, не начинает медленно опускаться.)
Огромное число транзисторов нашего компьютера и тех, что соединены с ним, быстренько реконфигурируется, чтобы пропустить направляемый в Мировую паутину запрос об информации, их рудные вены мгновенно становятся проводящими, а после прохождения запроса вновь обращаются в неодолимые препятствия.
И начинается сканирование миллионов сетевых страниц: одни из них представляют собой суммарные справочные указатели, закодированные в центральных компьютерах поисковой машины, другие хранят эту информацию во множестве разбросанных по всему земному шару компьютерах. Вскоре наш запрос заставляет силовые поля привести в движение древние, но по-прежнему обладающие энергией электроны, сокрытые в тысячах, а там и миллионах страниц — нужная нам фраза сравнивается с содержимым этих страниц. Принимаются решения, которые направляются сквозь новые изготовленные из камня транзисторы, и наконец в наш компьютер начинают поступать результаты поиска. Разосланные во все стороны эмиссары докладывают о плодах своей работы, на наш экран направляется окончательный набор сигналов. И на экране вспыхивает ответ — итог всех этих причудливых квантовых полетов.
Все это происходит, пока наша рука тянется к ожидающей ее чашке кофе. Человечество веками жило отдельно от вечно взбудораженного внутреннего мира электронов. Теперь мы с ним соединились.
Однако на этом история электричества не заканчивается. Мы узнали, что электроны способны двигаться внутри провода, и это знание дало нам телеграф, телефоны, электрические лампочки и двигатели. Затем обнаружилась долго скрывавшаяся от нас вихревая сила, которая проталкивает электроны внутри проводов и способна даже совершать колебания, создавая волны, разлетающиеся от этих проводов в пространство. В итоге мы получили радио, радары, а в конечном счете и их миниатюрные версии — наши сотовые телефоны. Следом теоретики квантовой физики установили, что электроны способны телепортироваться, совершая огромные, рискованные скачки, что их можно даже словно бы останавливать, когда они попадают в низкоэнергетические состояния, — результатом этого открытия стали затаившиеся в твердом камне переключатели и изменившие нашу жизнь компьютеры. Однако за пределами этой технологии лежит еще кое-что, играющее в нашей жизни роль даже более важную, и это кое-что теснейшим образом связано с просуществовавшими многие миллиарды лет электрическими зарядами.
