Физика будущего - Мичио Каку

Проблема в том, что голограмму очень трудно изготовить.

При создании голограммы лазерный луч расщепляется на два. Один луч направляется на объект, изображение которого вы хотите получить, затем отражается и попадает на специальный экран. Второй луч направляется непосредственно на экран. Смешение двух этих лучей создает на экране сложную интерференционную картину, содержащую «застывшее» трехмерное изображение объекта; это изображение закрепляется на специальной пленке, покрывающей экран. Затем, если сквозь экран пропустить другой лазерный луч, в пространстве появится настоящее трехмерное изображение объекта.

Голографическое телевидение — довольно своеобразная вещь. Во-первых, изображение все равно должно проецироваться на экран. Сидя перед экраном, вы будете видеть точное трехмерное изображение объекта; при этом вы, естественно, не сможете протянуть руку и прикоснуться к нему. Трехмерное изображение останется лишь иллюзией.

Это означает, что при просмотре футбольного матча по голографическому телевизору движение зрителя перед экраном вызывает соответствующее изменение изображения. Вы можете наблюдать за матчем едва ли не с середины поля, игроки будут бегать прямо перед вами. Но потянувшись за мячом, вы упретесь руками в экран.

Однако настоящую техническую проблему, из-за которой у нас до сих пор нет голографического телевидения, представляет хранение информации. Настоящее трехмерное изображение содержит громадное количество информации, во много раз больше, чем обычное двумерное. Компьютер непрерывно обрабатывает двумерные изображения; они разбиты на крохотные точки — пиксели, и изображением каждого пикселя управляет крохотный транзистор. Но в трехмерном кино кадры должны сменяться с частотой 30 штук в секунду[6]. Несложный расчет показывает, что количество информации, необходимой для генерации движущихся трехмерных изображений, намного превосходит возможности сегодняшнего Интернета.

К середине века эта проблема, возможно, будет решена, ведь ширина интернет-канала растет экспоненциально.

Но на что будет похож трехмерный телевизор?

Один из вариантов — это экран в форме цилиндра или купола, внутри которого размещается зритель. На экран проецируется голографическое изображение, и зритель оказывается в окружении объемных фигур, очень похожих на реальные.

Далекое будущее

(2070–2100 гг.)

Первенство духа над материей

К концу этого столетия мы научимся управлять компьютерами при помощи мысленных команд. У нас, как у греческих богов, будут исполняться даже невысказанные желания. Основы этой технологии уже заложены, но ее доводка и совершенствование могут занять еще не одно десятилетие. Эта революция состоит из двух частей. Во-первых, мозг должен научиться управлять объектами внешнего мира, и, во-вторых, компьютер должен научиться угадывать (и выполнять) желания хозяина.

Первое серьезное достижение в этой области относится к 1998 г., когда ученые Университета Эмори и немецкого Университета Тюбингена поместили крошечный стеклянный электрод непосредственно в мозг парализованного после инсульта 56-летнего мужчины. Электрод был соединен с компьютером, который анализировал получаемые от мозга сигналы. Мужчина видел изображение курсора на экране компьютера и, используя искусственно созданную биологическую обратную связь, научился мысленно управлять движением курсора. Так впервые был осуществлен непосредственный контакт между человеческим мозгом и компьютером.

Самую продвинутую версию этой технологии создал в Университете Брауна нейробиолог Джон Донохью (John Donoghue). Он разработал устройство под названием BrainGate, призванное помочь людям, пострадавшим от мозговых травм, общаться с окружающим миром. Работа произвела настоящую сенсацию, а ее автор в 2006 г. даже попал на обложку журнала Nature.

Донохью рассказал мне, что мечтает при помощи своего прибора поставить всю мощь информационной революции на службу людям, пострадавшим от мозговой травмы, и тем самым полностью пересмотреть отношение к ним. Этот прибор уже изменил к лучшему жизнь его пациентов, и Донохью с полным основанием надеется, что ему удастся еще улучшить свою технологию. У него есть и личный интерес к этим исследованиям — в детстве из-за болезни он был некоторое время прикован к инвалидному креслу и потому знает, что такое беспомощность.

Среди его пациентов — жертвы инсульта, люди, которые полностью парализованы и не могут общаться с близкими, но чей мозг по-прежнему активен. Донохью помещает крохотный чип размером 4 мм на поверхность мозга пациента в зоне, отвечающей за двигательную функцию. Чип подключают к компьютеру, который принимает с него сигналы, обрабатывает их и передает по беспроводной связи на лэптоп.

Поначалу пациент не может управлять положением курсора, но видит, где он находится и куда движется. Методом проб и ошибок пациент учится контролировать курсор и, как правило, уже через несколько часов может подвести его к любому месту на экране. После некоторой практики пациент получает возможность пользоваться электронной почтой (читать и писать письма), а также играть в видеоигры. В принципе, парализованный человек получает возможность выполнять любые действия, которыми может управлять компьютер.

Вначале у Донохью было четыре пациента: двое с травмой позвоночника, один после инсульта и еще один с боковым амиотрофическим склерозом. Один из них, полностью парализованный ниже шеи молодой человек сумел освоить управление курсором всего за день. Сейчас он может управлять телевизором, перемещать курсор на экране компьютера, играть в видеоигру и читать электронную почту. Кроме того, пациенты в состоянии управлять моторизованным креслом и, соответственно, передвигаться.

Если говорить о столь кратком временном промежутке, то перемены, которые произошли с этими людьми, нельзя назвать иначе как волшебными. Еще вчера они были бессловесными пленниками собственного тела, а сегодня уже гуляют по Сети и беседуют с людьми по всему миру.

(Мне довелось однажды присутствовать в нью-йоркском Линкольн-центре на праздничном приеме в честь великого космолога Стивена Хокинга. Очень тяжело видеть, как страдает этот человек. Он не может двигать ничем, кроме нескольких лицевых мускулов и век, и медсестрам приходится не только водить по залу его кресло, но и поддерживать его голову, которую мышцы уже не держат. Изложение даже самых простых мыслей при помощи голосового синтезатора требует от Хокинга часов и даже дней мучительных усилий. Я сразу вспомнил о приборе Донохью и подумал, что Хокингу, наверное, еще не поздно воспользоваться преимуществами технологии BrainGate. И тут же ко мне подошел поздороваться сам Джон Донохью, тоже присутствовавший в зале. Так что, возможно, BrainGate был бы для Хокинга наилучшим вариантом.)

Другая группа ученых из Университета Дьюка добилась аналогичных результатов в опытах с обезьянами. Мигель Николелис (Miguel A. L. Nikolelis) и его группа вживили чип в мозг обезьяны и подключили его к механической руке — манипулятору. Поначалу обезьяна беспорядочно размахивает рукой, не понимая, как ею управлять. Но затем, после некоторой практики, она постепенно осваивает управление и начинает медленно двигать манипулятор в нужном направлении — к примеру, чтобы взять банан. Обезьяна двигает механической рукой инстинктивно, не думая, как своей собственной. «Некоторые физиологические признаки указывают на то, что во время эксперимента обезьяна ощущает себя связанной больше с роботом, чем с собственным телом», — говорит Николелис.

Это означает также, что когда-нибудь мы сможем управлять самыми разными машинами при помощи мысленных команд. Не исключено, что парализованные люди смогут таким образом управлять механическими ногами и руками. Представьте, к примеру, что ученым удастся подсоединить механические руки и ноги к головному мозгу напрямую, минуя спинной мозг; пациент снова сможет ходить. Возможно, это будут первые шаги к мысленному управлению миром.

Чтение мыслей

Если при помощи мысленных усилий можно управлять компьютером или манипулятором, то сможет ли когда-нибудь компьютер читать мысли человека без вживления в мозг электродов?

Еще в 1875 г. ученые выяснили, что в основе работы мозга нежит прохождение электрического тока по нейронам мозга; при этом возникают слабые электрические сигналы, которые можно даже измерить, если разместить вокруг головы испытуемого несколько электродов. Проанализировав сигналы с электродов, можно записать излучаемые мозгом электромагнитные волны. Этот процесс носит название электроэнцефалографии (ЭЭГ) и позволяет регистрировать серьезные изменения мозговой деятельности: можно понять, когда человек спит, заметить изменения в его настроении — возбуждение, гнев и т. п. Результат обработки ЭЭГ и врач, и пациент могут видеть на экране компьютера. Через некоторое время пациент понимает, что может силой мысли изменять картинку на экране. Нильс Бирбаумер (Neils Birbaumer) из Университета Тюбингена уже разработал методику, при помощи которой обучает частично парализованных людей набирать на компьютере таким способом простые предложения.