Пять возрастов Вселенной
Шрифт:
Наш мир отличается сложностью, потому что гигантские количества протонов, нейтронов и электронов располагали огромным временем для взаимодействия и развития в интересные структуры. Планеты образовались, отложения осели в океанах, а жизнь возникла и развилась потому, что наша Вселенная существует гораздо дольше временных промежутков длиной в наносекунду, необходимых для протекания химических реакций. Если бы мы отправились в далекое прошлое, в эпоху нуклеосинтеза, когда Вселенной было всего несколько минут от роду, нам было бы крайне трудно представить, каким образом практически однородное море, состоящее из ядер водорода и гелия, могло получить возможность образовать что-либо столь же сложное, как простой компьютер, не говоря уже о планетарном обществе, состоящем из пяти миллиардов человек, взаимодействующих в рамках
Ясно, что многочисленные частицы, которые ведут себя в соответствии с простыми и четко определенными законами, при условии согласованного действия могут образовать очень сложные структуры. Мы хотим вызвать у читателя интерес к идее о том, что в эпоху черных дыр множество черных дыр может принять на себя ту роль, которую в современном нам мире играют протоны, нейтроны и электроны. Возможно ли, при условии наличия достаточного времени, достаточного пространства и достаточного количества черных дыр, развитие действительно сложных структур? Может ли мир, созданный из взаимодействующих черных дыр, существовать в том же смысле, в каком существует наш мир, образованный протонами, нейтронами и электронами? Ответ нам не известен, но, судя по всему, такая возможность не исключена. В частности, мы можем подробно описать, каким образом из взаимодействующих черных дыр можно построить простые аналоговые и цифровые схемы. А имея на руках схемы, можно говорить и о создании компьютеров. А если возможны компьютеры, то, быть может, не заставят себя долго ждать также жизнь и разум.
Компьютеры на основе черных дыр
Как бы фантастично это ни звучало, некоторая совокупность черных дыр, самогравитирующая система, может действовать подобно своеобразному компьютеру. Пускаясь в такие рассуждения, мы обходим стороной один очевидный вопрос: как такой компьютер можно было бы создать на практике. То есть мы не будем размышлять о том, каким образом черные дыры помещаются на требуемые орбиты или как нужно расположить большие массы, чтобы получить необходимые фоновые силы гравитации, сохраняющие конструкцию нашего гипотетического компьютера. Мы покажем в точности следующее: как только соответствующие совокупности черных дыр оказываются в нужной конфигурации, жизнеспособный компьютер на основе черных дыр вполне способен к функционированию. Составляющие нашего предполагаемого и чисто теоретического компьютера, основанного на черных дырах, безусловно, не являются ни самыми эффективными, ни самыми практичными устройствами. И все же если бы из этих составляющих был собран компьютер, он бы заработал.
На самом базовом уровне цифровые компьютеры состоят из трех фундаментальных логических элементов, которые обычно называют вентилями НЕ, И и ИЛИ. Объединяя большие количества этих простых вентилей, выполняющих основные логические операции, можно создать практически неограниченно сложный компьютер.
Логические элементы совершают действия над числами, или, точнее, их представлениями. Любое число можно записать или представить в двоичной форме — в виде последовательности единиц и нулей:
10101010100001101010….
Число сто, к примеру, можно записать как
1100100
Первой проблемой при создании компьютера на основе черных дыр является необходимость представления двоичных чисел с помощью этих самых черных дыр. Быть может, самый простой способ достичь этой цели — использовать последовательность черных дыр, движущихся в космическом пространстве, в качестве строки знаков. Представьте линию, состоящую из пробелов, разделенных постоянными интервалами. Каждый пробел в этой линии может заполнить или не заполнить черная дыра. Если в каком-то конкретном сегменте присутствует черная дыра, то создаваемое нами число имеет в данной позиции единицу (1). С другой стороны, если этот пробел пуст, значит, в данной позиции наше число имеет нуль (0). Чтобы представить число сто, нам понадобится строка из семи пробелов с черными дырами в третьей, шестой и седьмой позициях (считая от первого знака справа). Для представления больших чисел необходимы более длинные строки черных дыр и пробелов.
Теперь, когда мы разобрались с представлениями чисел, мы можем создать логические вентили, которые совершают над этими числами различные операции. В качестве первого примера построим вентиль ИЛИ, который берет в качестве
101000101110
и
010101010101
После прохождения этих чисел через логический вентиль ИЛИ выходной поток — новое число — имеет вид
111101111111
Чтобы осуществить эту операцию с помощью строк черных дыр, представляющих числа, мы должны создать гравитационную потенциальную яму (или силовое поле), направляющую два потока черных дыр рядом. По мере сближения двух строк черных дыр между ними возникает гравитационное притяжение. Как только расстояние между двумя потоками становится намного меньше расстояния между двумя последовательными пробелами в каждом из потоков, черные дыры (если таковые в данном сегменте присутствуют) сливаются друг с другом, образуя новые черные дыры. Таким образом, мы создали логический вентиль ИЛИ. Если хотя бы у одного из входящих потоков в данной позиции имеется черная дыра, выходящий поток тоже имеет в этой позиции черную дыру (см. рис. 20).
Рис 20 На данной диаграмме приводится принцип работы компьютера на основе черных дыр В верхней части диаграммы изображен гравитационный вентиль ИЛИ. Два потока черных дыр (два «числа») входят в логический элемент, и только один поток выходит из него (одно выходное «число») Данная позиция выходного потока содержит черную дыру в том случае, если соответствующая позиция была занята хотя бы в одном из входящих потоков В средней части диаграммы показан гравитационный вентиль И. Выходное число, вновь представленное строкой черных дыр, имеет в данной позиции черную дыру тогда и только тогда, когда черную дыру в этой позиции имеют оба входящих потока знаков В нижней части диаграммы изображен гравитационный вентиль НЕ. Всего одно число, строка черных дыр, входит в этот логический вентиль, который преобразует черные дыры в пробелы, а пробелы — в черные дыры
Построим теперь логический вентиль НЕ. В этом логическом элементе используется только один входящий поток знаков. Логический элемент НЕ изменяет все знаки входящего потока. Все единицы превращаются в нули, а все нули — в единицы. Например, под действием логического элемента НЕ входящий поток
11010001
превращается в выходящий поток
00101110
Чтобы создать логический вентиль НЕ для строк черных дыр, мы выполняем довольно дорогостоящую процедуру. Вентиль НЕ сам по себе является непрерывным потоком черных дыр — контрольной строкой, в каждом пробеле которой имеется черная дыра. Этот контрольный поток направляется перпендикулярно входящему потоку, входящему числу. Выходящий поток является частью контрольного потока (но не входящего), остающейся после пересечения двух потоков Если в данной позиции входящего потока присутствует черная дыра, происходит столкновение Полный импульс продукта этого столкновения удаляет его из потока, и в выходящем потоке образуется пробел (нуль) Таким образом, если в логический вентиль НЕ входит черная дыра, то из него выходит пробел Если в данной позиции входящего потока черной дыры нет, то черная дыра из контрольного потока переходит в выходной поток без изменений Таким образом, если в логический вентиль НЕ входит пробел, то из него выходит черная дыра. Как и требовалось, наш логический вентиль НЕ превращает черные дыры в пробелы, а пробелы — в черные дыры (см. рисунок 20).
Третий и последний логический элемент, называемый вентилем И, преобразует два входящих числа в одно выходящее. Выходящая строка знаков содержит в некоторой позиции единицу тогда и только тогда, когда обе входящие строки имеют в данной позиции единицы. В противном случае, если в данной позиции одного из входящих потоков содержится нуль, выходящий поток в этой позиции имеет нуль. Взяв те же две входящие строки, что и ранее,
101000101110
и
010101010101
логический вентиль И создает выходящий поток (число)