Физика будущего - Мичио Каку

Сердце этой революции — компьютерный чип, электронная микросхема, где на кремниевой подложке размером с ноготь могут разместиться сотни миллионов транзисторов. Внутри любого современного компьютера есть микросхемы, транзисторы на которых можно разглядеть только в микроскоп. Эти невероятно крошечные транзисторы создаются примерно так же, как рисунки на футболках.

Чтобы напечатать рисунок на тысячах футболок, сначала необходимо создать шаблон с контуром этого рисунка. Затем этот шаблон накладывают на футболку и брызгают сверху краской в виде спрея. Краска попадает на ткань только в тех местах, где на шаблоне имеются прорези. Затем шаблон убирают, и на футболке остается идеальная копия рисунка.

Точно так же при производстве микросхем сначала изготавливается шаблон, содержащий сложные контуры миллионов транзисторов. Шаблон помещается на многослойную светочувствительную кремниевую пластину. Затем на шаблон и пластину направляют ультрафиолетовый луч; излучение проникает сквозь прорези в шаблоне и действует на кремниевую пластину.

После этого подложку опускают в кислоту, вытравливая контуры схем и создавая хитрый рисунок миллионов транзисторов. Поскольку пластина состоит из множества проводящих и полупроводящих слоев, кислота проникает на разную глубину и вытравливает в ней различные формы; таким образом можно создавать невероятно сложные электронные схемы.

Закон Мура так неустанно обеспечивал нам экспоненциальный рост мощности компьютеров, в частности, потому, что производители микросхем, отрабатывая технологию, постепенно уменьшали длину волны УФ-излучения, что позволяло им вытравливать на кремниевых пластинках все более и более крошечные транзисторы. Длину волны УФ-излучения можно довести до 10 нм (нанометр — это одна миллиардная часть метра), и самый маленький транзистор, который можно вытравить на подложке таким способом, будет около тридцати атомов в поперечнике.

Но этот процесс не может продолжаться до бесконечности. В какой-то момент мы столкнемся с тем, что вытравить таким способом транзистор размером с один атом физически невозможно. Можно даже прикинуть, когда приблизительно рухнет закон Мура: в тот момент, когда дальнейшая миниатюризация потребует делать транзисторы размером с отдельный атом.

Около 2020 г. или чуть позже закон Мура постепенно перестанет действовать; если не будет найдена новая технология, способная заменить нынешнюю и обеспечить дальнейший прогресс, Кремниевой долине грозит медленное превращение в очередной «ржавый пояс». Согласно законам природы со временем Кремниевая эра закончится и начнется Посткремниевая. Транзисторы станут такими маленькими, что на сцену выйдут квантовая теория или атомная физика — и электроны начнут уходить с проводников и просачиваться куда не положено.

К примеру, представьте, что толщина тончайшего полупроводникового слоя в вашем компьютере достигнет пяти атомов. Этот момент, по законам природы в дело вступит квантовая теория. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что невозможно точно знать одновременно положение и скорость частицы. На первый взгляд такой принцип кажется непонятным, но на атомном уровне просто невозможно определить, где в точности находится электрон, а потому никак нельзя гарантировать, что он не выйдет за пределы ультратонкой проволоки или слоя; он непременно просочится оттуда наружу и вызовет короткое замыкание.

Мы обсудим все это более подробно в главе 4, когда речь пойдет о нанотехнологиях. Пока же предположим, что физики нашли подходящую замену кремнию, но мощность компьютеров в новых условиях растет значительно медленнее, чем раньше. Скорее всего, экспоненциальный рост продолжится, но время удвоения мощности составит не 18 месяцев, а по крайней мере несколько лет.

Смешение реальностей

К середине века все мы, скорее всего, будем жить в странном мире, представляющем собой смешение настоящей и виртуальной реальности. Контактные линзы или очки позволят человеку видеть перед собой не только реальный мир, но и наложенные на него виртуальные изображения. По крайней мере так считает Сусуму Тачи (Susumu Tachi) из японского Университета Кейо и многие другие ученые. Тачи разрабатывает особые очки, способные смешать фантазию и реальность. Его первая цель сделать так, чтобы вещи могли исчезать и появляться прямо на глазах.

Я побывал у профессора Тачи и увидел некоторые из его замечательных экспериментов по смешению настоящей и виртуальной реальности. Одна из несложных демонстраций исчезновение объекта (по крайней мере в ваших очках). Сначала я надел специальный светло-коричневый плащ, который расправлялся вокруг меня парусом, стоило развести руки в стороны. Затем на плащ навели видеокамеру, а еще одну видеокамеру поставили снимать все за моей спиной, где по улице спокойно ехали автобусы и автомобили. Мгновением позже компьютер совместил два изображения и спроецировал на мой плащ, как на экран, происходящее позади меня. Стоило посмотреть сквозь специальную линзу, и мое тело исчезало, оставляя лишь изображения машин и автобусов. Поскольку моя голова не была прикрыта плащом, выглядело все так, будто голова одна парила в воздухе без тела, как у Гарри Поттера в плаще-невидимке.

Затем профессор Тачи показал мне совершенно особые очки. Надев их, я получил возможность видеть перед собой реальные объекты, но мог при желании заставить их исчезнуть. Это не настоящая невидимость, и работает она только для человека в специальных очках, которые накладывают два изображения. Однако это часть амбициозной программы профессора Тачи, которую иногда называют «дополненной реальностью».

К середине века все мы будем жить в настоящем, полностью функционирующем кибермире, в котором объекты мира реального смешаны с компьютерными изображениями. В связи с этим резко изменятся, вероятно, представление человека о рабочем месте, торговля, развлечения и образ жизни. Дополненная реальность повлияет и на рынок. Первым коммерческим приложением как раз и станет возможность делать реальные объекты невидимыми или, наоборот, делать невидимое видимым.

К примеру, если вы пилот или водитель, вы сможете видеть одновременно на 360° вокруг себя; мало того, вы будете видеть то, что находится у вас под ногами, поскольку очки или линзы позволят взгляду проникать сквозь стены самолета или автомобиля. Исчезнут «слепые» зоны, из-за которых происходит так много аварий и гибнут люди. Во время воздушного боя пилот будет видеть вражеские самолеты, где бы они ни находились, даже под собой, как если бы его самолет был полностью прозрачен. Водители тоже будут видеть всю обстановку вокруг, поскольку крошечные камеры подадут на их контактные линзы полное панорамное изображение.

Это пригодится и астронавтам, работающим на наружной поверхности космического корабля; они смогут видеть сквозь стены, перегородки и корпус своего корабля. В какой-то момент такая технология может оказаться спасительной. Если вы занимаетесь ремонтом подземных коммуникаций, прибор покажет вам, как в точности соединяются все эти провода, трубы, краны и переключатели. Это может оказаться жизненно важным в случае взрыва газа или прорыва трубы с паром, когда скрытые в стенах трубы необходимо быстро отремонтировать или переключить.

Если вы геолог, вы сможете видеть сквозь толщу земли подземные запасы воды или нефти. Снимки исследуемой территории в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, сделанные со спутников и самолетов, компьютер обработает и подаст на ваши линзы вместе с трехмерным анализом площадки и всего, что скрыто под ее поверхностью. Проходя по безжизненному ландшафту, в линзах вы будете «видеть» залежи ценных минералов.

Вы сможете не только делать реальные объекты невидимыми, но и наоборот — «проявлять» и делать видимым невидимое.

Если вы архитектор, вы сможете, не выходя из пустой комнаты, «увидеть» перед собой трехмерное изображение проектируемого здания. Вы сможете «пройтись» по его внутренним помещениям, и ваши чертежи «оживут». Дизайнер, пройдя по пустым комнатам, сможет увидеть только еще задуманные интерьеры с мебелью, коврами и украшениями на стенах; То же сможет сделать и заказчик проекта. Такая экскурсия поможет, прежде чем воплощать проект, визуализировать его и убедиться, что он полностью соответствует его пожеланиям.

Просто взмахнув руками, дизайнер сможет создавать новые комнаты, стены и мебель. В дополненной реальности каждый станет волшебником; взмахни палочкой — и сотвори все что твоей душе угодно.

Дополненная реальность: революция в туризме, искусстве, шопинге и войне

Вы видите, что дополненная реальность потенциально может оказать и на торговую, и на производственную сферу огромное влияние. При помощи дополненной реальности можно облегчить выполнение и улучшить результат буквально любой работы. К тому же эта технология невероятным образом обогатит нашу жизнь, развлечения и вообще человеческое общество.