Джордж и код, который не взломать
Шрифт:
Анни рассмеялась, отодвинула болты, и они с Джорджем вдвоём распахнули створки люка. Свет ясного фоксбриджского утра наполнил подвал. Гера и Юнона бросились к лестнице, спеша покинуть подземное пристанище.
– Да будет свет! – сказала Анни. – Да будет жизнь!
В этой статье я хочу поговорить с вами о появлении жизни во Вселенной – в особенности разумной жизни. К ней я отношу и человечество, хотя на протяжении всей нашей истории мы зачастую ведём себя довольно неразумно.
Все мы замечали, что со временем всё в мире ухудшается и портится, порядок превращается в хаос. Существует даже закон, описывающий это явление. Он называется «второе начало термодинамики». Этот закон гласит, что общее количество беспорядка, или энтропия, во Вселенной со временем всегда возрастает. Порядок в одном отдельно взятом организме может увеличиваться при условии, что количество беспорядка вокруг него увеличивается ещё сильнее.
Именно это происходит с живыми существами. Мы можем определить жизнь как упорядоченную систему, которая, вопреки стремлению к беспорядку, сама себя поддерживает и воспроизводит. То есть она способна порождать сходные с ней, но независимые упорядоченные системы. Для этого система должна превращать упорядоченную энергию – пищу, солнечный свет, электричество – в неупорядоченную в виде тепла. В таком случае система будет соответствовать требованию возрастания общего количества беспорядка, в то же время повышая порядок в самой себе и своих потомках. Это напоминает семью, где с рождением каждого малыша уровень общего беспорядка в доме растёт!
Живое существо, такое как вы или я, обычно обладает двумя элементами: набором инструкций, указывающих системе, как ей поддерживать и воспроизводить себя, и механизмом, обеспечивающим выполнение этих инструкций. С точки зрения биологии этим элементам соответствуют гены и метаболизм.
То, что мы обычно называем жизнью, основано на цепочках атомов углерода при участии нескольких других атомов, например азота и фосфора. Когда 13,8 миллиарда лет назад Вселенная возникла в результате Большого взрыва, углерода не было. Вселенная
Если бы больше ничего не происходило, всё вещество во Вселенной превратилось бы в простейший элемент – водород, ядро которого состоит из одного протона. Однако некоторые нейтроны, столкнувшись с протонами, соединились с ними и образовали второй по простоте элемент, гелий, чьё ядро состоит из двух протонов и двух нейтронов. Но в ранней Вселенной не мог бы сформироваться ни один более тяжёлый элемент, такой как углерод или кислород. Трудно вообразить, что можно было бы создать живую систему только из водорода и гелия, – и в любом случае во Вселенной было всё ещё слишком жарко для того, чтобы атомы могли соединиться в молекулы.
Вселенная продолжала расширяться и остывать. Но некоторые её участки оставались чуть более плотными, чем остальные, гравитационное притяжение дополнительного вещества на этих участках препятствовало их расширению – и постепенно это расширение прекратилось. В итоге эти участки сжались, образовав галактики и звёзды; это началось примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва. Некоторые из тех ранних звёзд были, скорее всего, массивнее нашего Солнца; это значит, что они были горячее Солнца, и их изначальные водород и гелий, сгорев, превратились в более тяжёлые элементы, такие как углерод, кислород и железо. Это должно было занять всего лишь несколько сотен миллионов лет. После этого некоторые звёзды взорвались в виде сверхновых, и тяжёлые элементы рассеялись в космосе, образовав сырьё для новых поколений звёзд.
Наша собственная Солнечная система сформировалась около четырёх с половиной миллиардов лет назад (или примерно через десять миллиардов лет после Большого взрыва) из газа с остатками ранних звёзд. Земля сформировалась преимущественно из более тяжёлых элементов, включая углерод и кислород. Некоторые из этих атомов каким-то образом оказались организованы в виде молекул ДНК. Их форма – это знаменитая двойная спираль, открытая в середине XX века кембриджскими учёными Криком и Уотсоном. Нити ДНК соединены в двойную спираль парами нуклеотидных оснований. В ДНК присутствуют всего четыре вида нуклеотидных оснований: аденин, цитозин, гуанин и тиамин.
Мы не знаем, как возникла первая молекула ДНК. Поскольку вероятность случайной самоорганизации ДНК очень низка, возникло предположение, что жизнь попала на Землю другим способом – например, была занесена на обломках марсианской породы, когда планеты были ещё нестабильны, – и что по всей Галактике разбросаны зачатки жизни. Однако кажется крайне маловероятным, что ДНК смогла бы долго просуществовать под воздействием космического излучения. Существуют ископаемые свидетельства того, что жизнь в той или иной форме существовала на Земле около трёх с половиной миллиардов лет назад. Возможно, жизнь на Земле появилась всего лишь через 500 миллионов лет после того, как планета достаточно остыла и отвердела. Первые проявления жизни на Земле позволяют предположить, что весьма велика вероятность самозарождения жизни в подходящих для этого условиях. Возможно, была какая-то более простая форма организации, давшая начало ДНК. А возникнув, ДНК оказалась настолько удачной, что полностью заменила собой более ранние формы. Мы не знаем, какими могли быть эти древние формы, но возможно, одной из них была РНК.
РНК похожа на ДНК, но гораздо проще – и без двойной спирали. Короткие участки РНК могут воспроизводить себя подобно ДНК, так что из них в итоге могла бы образоваться и ДНК. Нам пока не удаётся создать в лаборатории никакие нуклеиновые кислоты из неживого вещества, даже РНК. Однако существует определённая вероятность, что за 500 миллионов лет – с учётом того, что большую часть земной поверхности покрывал океан, – РНК могла возникнуть случайно.
При самовоспроизводстве ДНК неизбежны ошибки, многие из которых несут вред и ведут к смерти их носителя. Есть среди ошибок и нейтральные: они не меняют функции гена. Но некоторые даже благоприятствуют выживанию вида: они-то и подхватываются дарвиновским отбором.
Сначала процесс биологической эволюции шёл очень медленно. Эволюция от первых клеток до многоклеточных животных заняла два с половиной миллиарда лет; ещё миллиард лет ушёл на происхождение рыб, рептилий, зверей. Но затем эволюция ускорилась. Всего сто миллионов лет отделяют нас от примитивных млекопитающих. Дело в том, что уже у рыб появились практически все важнейшие органы млекопитающих (а значит, и человека). Для превращения древних зверей вроде лемуров в человека нужна лишь их «тонкая настройка».
В эволюции человека состоялся шаг огромной важности, сравнимый с появлением ДНК. Им стало развитие речи, особенно письменной. Это означает, что теперь информацию можно передавать из поколения в поколение не генетически (посредством ДНК), а другим способом. Да, в ДНК человека за последние десять тысяч лет произошли некоторые изменения под действием биологической эволюции, но объём знаний, переданных человечеством из поколения в поколение, многократно превосходит эти изменения. Я пишу книги, чтобы сообщить вам часть того, что узнал о Вселенной за долгие годы исследований, и таким образом передаю знания из своего мозга на страницы, которые вы читаете.
В ДНК человека примерно три миллиарда нуклеиновых кислот. Однако значительная часть информации, закодированной в этой последовательности, избыточна или законсервирована. Общее количество генетической информации, которую использует наш организм, – примерно сто миллионов бит. Один бит информации – это ответ на вопрос «да» или «нет». Зато в книге может быть сосредоточено два миллиона бит информации. То есть один человек получается равным примерно пятидесяти книгам про Гарри Поттера, а главная библиотека страны может насчитывать, скажем, пять миллионов книг, то есть примерно десять триллионов бит. Значит, объем информации, заключённой в книгах или в интернете, в сто тысяч раз больше, чем в ДНК!
Таким образом, мы вступили в новый этап эволюции. Сначала эволюция шла путём естественного отбора из случайных мутаций. Этот «дарвиновский» этап продолжался три с половиной миллиарда лет, в результате чего появились мы – существа, придумавшие речь для обмена информацией.
В последние десять тысяч лет с нами происходило то, что можно назвать этапом внешней передачи информации. В ходе этого этапа внутренняя запись информации, передававшейся из поколения в поколение через ДНК, сменилась внешней – посредством книг и других форм долговременного хранения информации, – и её объём существенно вырос. Некоторые применяют термин «эволюция» только по отношению к внутренней передаче генетического материала и возражают против его употребления в отношении внешней передачи информации. Но мне этот взгляд представляется слишком узким. Человек несводим к генам. Возможно, мы от природы не сильнее и не умнее наших пещерных предков. Зато мы отличаемся от них знанием, накопленным за последние десять тысяч лет – и в особенности за последние три столетия. По-моему, надо смотреть на вещи шире и считать внешнюю передачу информации такой же частью эволюции человека, как ДНК.
Тем не менее у нас по-прежнему есть инстинкты, в частности порывы агрессии, которые мы унаследовали от пещерных предков. До настоящего времени агрессия в виде подчинения и убийства сородичей и присвоения их пищи давала своему обладателю явное преимущество в выживании. Но в наши дни она может уничтожить всё человечество – и чуть ли не всю жизнь на Земле. Непосредственную угрозу несёт ядерная война, но есть и другие опасности, например применение генномодифицированных вирусов или дестабилизация парникового эффекта.
Мы не можем ждать, пока дарвиновская эволюция сделает нас умнее и привьёт нам хорошие манеры! Однако начинается новый этап нашей эволюции, который можно назвать «самоуправляемой эволюцией»: в ходе этого этапа мы сможем изменить и улучшить собственную ДНК. Теперь у нас есть карта ДНК, и мы можем прочесть «книгу жизни», а значит, и начать вести записи в ней, исправляя ошибки. Поначалу мы неизбежно ограничимся лечением наследственных заболеваний, которые контролируются одним геном, таких как муковисцидоз (фиброзно-кистозная дегенерация поджелудочной железы) или мышечная дистрофия; их легко выявить и исправить. Другие свойства организма, такие как разум, контролируются, вероятно, большим количеством генов, отыскать которые – и разобраться в их взаимосвязях – куда труднее. И всё же я уверен, что в ближайшие сто лет люди научатся влиять и на разум, и на инстинкты, такие как агрессия.
Если человечество сумеет себя изменить и снизит или нивелирует риск саморазрушения, оно, возможно, выйдет в космос и колонизует другие планеты и звёзды. Однако долгие космические путешествия могут оказаться затруднительными для форм жизни с химической основой в виде ДНК – таких, например, как мы с вами. Жизнь таких существ слишком коротка в сравнении со сроком путешествия. Согласно теории относительности, ничто не может двигаться быстрее скорости света, так что путь до ближайшей звезды и обратно займёт не меньше восьми лет, а путь к центру Галактики – около ста тысяч лет. В научно-фантастических книгах это преодолевается благодаря искривлению пространства или путешествиям из одного измерения в другое. Но я не думаю, что это когда-либо станет возможно, каких бы высот ни достиг наш разум. Согласно теории относительности, если кто-то сможет двигаться быстрее, чем свет, то он сможет и путешествовать в прошлое, а значит, и изменять его, что неизбежно приведёт к проблемам. Может быть, нас уже окружают толпы туристов из будущего, с любопытством глазеющих на наши отсталые, устаревшие технологии!
Возможно, когда-нибудь удастся с помощью генной инженерии продлить жизнь на основе ДНК до бесконечности или хотя бы на сто тысяч лет. Однако проще будет отправлять в космическое путешествие машины – и к этой возможности мы приблизились уже сейчас. Можно разработать машины, достаточно долговечные для того, чтобы они могли выдержать межзвёздное путешествие. Прибыв к новой звезде, они совершат посадку на подходящей планете и станут добывать полезные ископаемые, необходимые для создания новых машин, которые можно будет отправлять на новые звёзды. Эти машины
Какова вероятность того, что, исследуя Галактику, мы наткнёмся на какую-нибудь инопланетную форму жизни? Если верны теории о продолжительности существования жизни на Земле, то во многих других звёздных системах тоже должны быть обитаемые планеты. Некоторые из этих звёздных систем сформировались, возможно, за пять миллиардов лет до Земли, так почему же наша Галактика не кишит самовоспроизводящимися формами механической или биологической жизни? Почему они не колонизовали Землю и вообще никогда её не посещали? Кстати, я не сторонник гипотез о том, что в НЛО сидят инопланетяне. Я считаю, что нашествия инопланетян были бы куда более заметными и, скорее всего, более неприятными.
Так почему же к нам никто не прилетает? Может быть, вероятность самопроизвольного возникновения жизни столь мала, что Земля – единственная планета в нашей Галактике (а то и в наблюдаемой Вселенной), на которой это произошло. Есть и другое объяснение: вероятность формирования самовоспроизводящихся систем вроде клеток достаточно велика, но большинство подобных форм жизни не доходит до стадии развития разума. Мы привыкли воспринимать разумную жизнь как неизбежное следствие эволюции, но так ли это? Или более вероятно, что эволюция – случайный процесс, в котором разум – лишь один из великого множества возможных результатов?
Неясно даже, имеет ли разум долговременное преимущество для выживания. Бактерии и другие одноклеточные организмы могут остаться в живых даже в том случае, если вследствие нашей деятельности вся остальная жизнь на Земле будет уничтожена. Возможно, разум был маловероятным вариантом развития жизни на Земле с точки зрения продолжительности эволюции, поскольку его развитие заняло очень много времени – два с половиной миллиарда лет для перехода от одноклеточных форм жизни к многоклеточным, которые являются необходимым условием для появления разума. Это существенная часть времени, оставшегося до взрыва Солнца. Следовательно, это согласуется с той идеей, что вероятность развития разума у живых существ невелика. В этом случае можно предположить, что в нашей Галактике существует много форм жизни, но наличие среди них разумной жизни маловероятно.
Другая гипотеза, объясняющая отсутствие разумной жизни, состоит в том, что жизнь могла погибнуть до появления разума из-за столкновения планеты с кометой или астероидом. Трудно сказать, насколько часто происходят такие столкновения, но рабочая гипотеза говорит о средней периодичности в двадцать миллионов лет. Если эта цифра верна, значит, разумная жизнь на Земле появилась исключительно благодаря счастливому случаю, поскольку крупных столкновений у Земли не было вот уже 67 миллионов лет. У других планет Галактики, на которых могла появиться жизнь, период без столкновений мог быть недостаточно долгим для появления разумных существ.
Есть и третья возможность: существует некоторая вероятность развития жизни и возникновения разумных существ, но система становится нестабильной, и разумная жизнь разрушает себя. Этот вариант очень пессимистичен, и я очень надеюсь, что он неверен.
Мне больше нравится четвёртый вариант: где-то есть другие формы разумной жизни, но мы их не замечаем. Когда-то действовал проект под названием SETI – the Search for Extra-Terrestrial Intelligence, «Поиск внеземного разума», – в ходе которого учёные прослушивали радиочастоты в надежде поймать сигналы, подаваемые внеземными цивилизациями. Однако если такой сигнал и дойдёт до нас, думаю, не стоит торопиться с ответом, пока мы не достигнем большего прогресса. Встреча с более развитой цивилизацией, чем наша, может оказаться сродни встрече коренных американцев с Колумбом – а я подозреваю, что они были к ней не вполне готовы!
Благодарности
Повесть «Джордж и код, который не взломать», как и остальные книги этой серии, стала возможной благодаря учёным и специалистам в области технологий, которые с энтузиазмом делятся с нами своими идеями и достижениями. Хочу сказать спасибо нашим замечательным соавторам, умеющим рассказывать об открытиях, инновациях и даже о совсем отвлечённых или загадочных вещах понятно и интересно для юных – да и не таких уж юных – читателей. Вот имена этих соавторов, выдающихся учёных и экспертов: профессор Майкл Рейсс, профессор Питер Макоуэн, доктор Реймонд Лафламм, доктор Тим Престидж, доктор Стюарт Ранкин, доктор Тоби Бленч и, разумеется, профессор Стивен Хокинг.
Доктора Стюарта Ранкина мне хочется поблагодарить особо – за его бесценное участие в серии о Джордже: на сей раз он написал для меня невероятно содержательные тексты о компьютерах и очень помог в работе над книгой в целом. Доктору Тоби Бленчу тоже отдельное спасибо – он внёс в нашу серию «химический вклад» и, между прочим, написал тот самый проект по химии – Аннино задание на каникулы. В повесть вошла только часть проекта, а целиком его можно почитать на нашем сайте. Алистер Лейт из Онлайнового астрономического общества дал полезнейшие советы по астрономии, а Дон Мансер, специалист в области интернет-технологий, написала «Руководство Джорджа по интернет-безопасности».
Огромное спасибо детям, которые читали рукопись книги и делились с нами мнениями по ходу чтения. Это Марина Маккриди, Джейми Росс, Франческа Берн, а также Лола и Амели Майер.
Живые и выразительные, как всегда, рисунки Гарри Парсонса помогают нам представить персонажей и события этой книги. Изобразить квантовый компьютер в космосе – задача не из лёгких, но Гарри блестяще с ней справился!
Коллектив «Рэндом хаус чилдренс паблишерс» в очередной раз совершил вместе с Джорджем головокружительное космическое путешествие, результатом которого и стало это прекрасное издание. Мне было радостно работать с Рут Ноулз и Сью Кук, а Анни Итон и её команда помогли нам сделать это приключение незабываемым.
Спасибо моим агентам из литературного агентства «Дженклоу энд Несбит» Клэр Патерсон и Ребекке Картер за их неустанную работу над серией, а Кирсти Гордон – за безупречную координацию этого большого и сложного проекта.
И, конечно, я хочу поблагодарить всех наших читателей – за любознательность и за то радостное оживление, которое вызвала у них идея новой книги о Джордже. Сначала мы задумывали трилогию, но, как видите, перед вами уже четвёртая книга. Спасибо, что составили нам компанию в наших космических путешествиях. Вселенная бесконечна, так что в ней полно места для новых открытий. Как говорит мой потрясающий соавтор и по совместительству папа, главное – любопытство!
Из фотоархива
Антикитерский механизм. Часть механизма, найденная среди обломков кораблекрушения в 1900 году
Вычислительная машина Бэббиджа. Часть машины, построенная его сыном
Photograph © Andrew Dunn, 5th November 2004. Website: http://www.andrewdunnphoto.com
Мозг Бэббиджа можно увидеть в лондонском Музее науки
Логарифмическая линейка
Машина «Энигма»
Тьюринг
Первые компьютеры
Venusianer at the German language Wikipedia
Колосс (в Блетчли-Парке)
ЭНИАК, главная панель управления
U. S. Army Photo
Вакуумные трубки
Стивен Хокинг и его команда: Стивен Хокинг (Cosmos, Perimeter Institute) и далее слева направо: Анди Баррингтон (компания Silicon Graphics), Джон Скарборо (Silicon Graphics), Саймон Эпплби (Silicon Graphics), Пол Шеллард (директор COSMOS@DIRAC) и Андрей Калязин (системный менеджер COSMOS)
Устаревшие компьютеры
Image Courtey of The Advertiing Archives
Jerry Mason / Science Photo Library
Современные компьютеры
LittleStocker / Shutterstock