Все наслышаны про экологические проблемы Земли. Однако человечество порядочно наследило и в космическом пространстве. Увеличивающееся количество объектов на орбите Земли создаёт серьёзную угрозу для космической деятельности. Иногда спутникам приходится совершать дополнительные манёвры только ради того, чтобы избежать столкновений с космическим мусором. Есть опасения, что космический мусор может сделать космос и вовсе недоступным для человека.

В настоящее время на орбите находится порядка 500 тыс. техногенных объектов общей массой до 8000 тонн. Лишь их часть (порядка 10 %) была обнаружена, отслеживается и внесена в каталоги с помощью наземных радиолокационных и оптических средств. Треть всех этих обломков — результат всего 10 аварийных ситуаций в космосе, которые можно назвать «мусорными».

В околоземном пространстве обломки рано или поздно тормозятся, падают и большей частью сгорают в атмосфере, но на геостационарной орбите они могут крутиться вечно. Столкновение с маленьким куском пластика или железа на скорости несколько километров в секунду грозит космическому аппарату разрушением или серьезной поломкой. Больше всего космического мусора образуется из-за разрушения и столкновения орбитальных аппаратов. Кроме того, орбиту засоряют отработанные ступени и разгонные блоки ракетоносителей, уже недействующие спутники, фрагменты, оторвавшиеся при запусках.


В 1983 году экипаж шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от удара посторонним предметом. Кратер был всего 2,5 мм в глубину и столько же в ширину и серьёзно заставил поволноваться инженеров. После приземления корабля специалисты тщательно осмотрели повреждения и пришли к выводу, что причиной соударения стала микрочастичка краски, отслоившаяся от какого-то другого космического аппарата. Среди пострадавших и антенна телескопа «Хаббл», в которую влетел чужеродный фрагмент размером всего в один сантиметр.
Советскую орбитальную станцию «Салют-7» мусор также не пощадил. Её поверхность была вся покрыта микроскопическими кратерами от множества соударений с частицами мусора. Чтобы предотвратить возможность подобных инцидентов в дальнейшем, станция «Мир» и пришедшую ей на смену МКС оснастили экранами, защищавшими обитаемые модули от соударений с мелким мусором. Впрочем, и это не помогло. В июне 1999 года тогда еще необитаемая МКС имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет, уже долгие годы вращавшегося вокруг Земли. К счастью, специалистам российского Центра управления полетами (ЦУП) удалось своевременно скорректировать ее орбиту, и обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 км.
В 2001 году МКС пришлось предпринимать специальный маневр, чтобы не столкнуться с семикилограммовым прибором, потерянным во время выхода в открытый космос американскими астронавтами. С тех пор станция уворачивается от космического мусора с завидной регулярностью, несколько раз в год.
Космический мусор представляет собой угрозу и для далеких от космоса жителей планеты. В 1978 году таежные области на севере Канады пострадали от падения советского спутника «Космос-594». Годом позже обломки американской космической станции Skylab свалились с неба над пустынными районами Австралии.
Большинство мусора находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролета составляет около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или даже вывести из строя.

Единственное рабочее решение проблемы на сегодняшний день — качественная картография «космической свалки» и разработка «правил космического движения». В то же время учёные ищут способы отслеживания обломков и очистки космического пространства.
Варианты разные: создание специальных спутников, которые будут захватывать обломки и направлять их к поверхности планеты, сбора ещё пригодных для использования обломков вторичного использования и даже уничтожение космического хлама с помощью лазера.

Считается, что большинству учёных нет дела до того, как они выглядят в глазах публики. Всё-таки это не поп-звёзды и не политики, заслуги учёного оценивают по достижениям. Вот только люди всё равно часто обращают внимание на странные выходки и необычный внешний вид учёных. Гениальность и странности идут рука об руку: мощным научным умам нередко свойственны синдром Аспергера и обсессивно-компульсивное расстройство, а значит — рассеянность, замкнутость и беспомощность в быту. Yes future собрал примеры нескольких учёных, которые в жизни были рассеянными чудаками, но изменили мир. Сегодня расскажем про Алана Тьюринга.

Чем он знаменит?

Один из отцов компьютерной эры: его теоретические работы серьёзно повлияли на развитие информатики. Тьюрингу можно сказать спасибо за то, что вы читаете этот текст со своего электронного устройства. Придумав абстрактную Машину Тьюринга, он формализовал понятие алгоритма. Он участвовал во взломе кода нацистской шифровальной машины «Энигма». А наибольшую известность учёному принёс Тест Тьюринга, который позволяет оценивать искусственный интеллект и его способность к мышлению, подобному человеческому. Если машины начнут массово проходить тест, мы поймём, что пора выключать «Скайнет».

Какой он был в жизни?

В начале 1940-х годов жители городка Блэтчи-парк могли регулярно наблюдать такую сцену: по улице на велосипеде ехал (считая что-то себе под нос) человек в противогазе. Через равные промежутки времени у велосипеда слетала цепь, но всадник натренированным движением руки возвращал её на место. Это был Тьюринг. Противогаз он носил весной и летом, потому что страдал аллергией на пыльцу, вызывавшую у бедняги сенную лихорадку. Велосипед Алан не хотел отдавать в починку, потому что уже выучил, через сколько оборотов педалей надо поправлять цепь. И учёного совершенно не волновало, как он выглядит для окружающих. Коллеги вспоминали, что он приходил на работу то в куртке от пижамы, то подпоясавшись верёвкой. На погоду он не обращал внимания и мог явиться в институт мокрым до нитки, а потом сушить вещи в лабораторной пропиточной печи.
На эти мелочи общество не обращало внимания, но не простило Тьюрингу любовь к мужчинам. Гомосексуальность в Британии 1950-х годов была вне закона, и, когда власти узнали об ориентации учёного, его приговорили к химической кастрации. Именно унижение и мучительные последствия приговора довели Алана до самоубийства.

Большой адронный коллайдер, пожалуй, один из известнейших объектов мировой науки, породивший множество слухов и мифов. Задача коллайдера – ускорять частицы-адроны до скорости близкой к скорости света, сталкивать и изучать, как и на что они распадутся.

Самый сильный ужас у общественности вызвала теория, что коллайдер способен создать чёрную дыру, которая может выйти из-под контроля. Изначально она может быть микроскопической, но если что-то пойдёт не так – дыра поглотит и коллайдер, и Швейцарию, и всю нашу планету. Однако учёные считают, что даже если чёрная дыра образуется – никакой опасности она не представляет: она слишком мала и испарится за доли секунды. За десять лет работы ни одной чёрной дыры так и не зафиксировали.

Другой страх – аннигиляционная катастрофа. Группа ученых даже подала в суд, пытаясь остановить строительство. Учёные считали, что сгустки антиматерии, которые могут быть получены в коллайдере, начнут аннигилировать с материей, начнется цепная реакция и вся Вселенная будет уничтожена.

Свои опасения высказывал и знаменитый Стивен Хокинг: «"Частица бога", найденная CERN, может уничтожить Вселенную». Он утверждал, что при высоком уровне энергии бозон Хиггса может стать нестабильным, вызвав "катастрофический распад вакуума", а это приведет к разрушению пространства и времени. Это может произойти в любой момент времени, и мы не сможем увидеть его приближение. Также он высказал опасение, что бозон Хиггса может стать нестабильным при энергии выше 100 миллиардов гигаэлектронвольт (ГэВ). Успокаивает то, что такая катастрофа маловероятна, так как ускоритель частиц, достигший 100 миллиардов ГэВ, должен был бы быть больше Земли, то вряд ли бы он получил финансирование.

Многие учёные наоборот настроены позитивно, тем более коллайдер уже помог решить массу важных задач. Например, Серджио Бертолуччи, бывший директор Исследовательского и научно-вычислительного центра LHC, надеется, что на кратчайшие промежутки времени коллайдер поможет открыть портал в другое измерение, и даже хочет попробовать что-то отправить сквозь него. «Конечно, после этих кратких моментов, — добавляет он, — дверь снова захлопнется, возвращая нас обратно в мир четырех измерений, и не будет никакого риска для стабильности нашего мира».

Для борьбы со слухами CERN специально создал рабочую группу, которая приводит качественные обоснования того, что все доводы об опасности коллайдера нельзя считать реальными и убедительными. Один из доводов гласит, что энергия космических лучей, зафиксированных на Земле, превышает энергию частицы, разогнанной в коллайдере в миллиард раз, опасность большого адронного коллайдера минимальна. Звучит убедительно.

Мы все слышали, что размеры Вселенной невообразимы. Это долгое время заставляло ученых верить в бесконечное число существующих миров. Пусть это так, но где все остальные миры?

Отсутствие видимых следов инопланетных цивилизаций, которые должны были распространиться за миллиарды лет существования Вселенной – это и есть парадокс Ферми. В одной только нашей галактике «Млечный путь» порядка миллиарда звезд, но мы по-прежнему не встретили ни одного корабля с другой планеты и даже его следов.

В чём же дело?

Есть гипотеза, что инопланетяне просто «спят» и не проявляют признаков своей деятельности. А может, они просто не хотят с нами общаться и тщательно скрывают свое присутствие?

У Александра Березина из НИУ «Московский институт электронной техники» есть мнение, почему мы всё ещё одиноки. В работе «First in, last out» он предлагает свое решение парадокса Ферми. Сам Березин называет его «тривиальным, не обладающим какими-то противоречивыми предположениями», но в то же время «сложным для принятия, поскольку оно предсказывает будущее, которое ожидает нашу собственную цивилизацию. И это будущее будет пострашнее вымирания».

В своей работе Березин отмечает, что основная проблема предложенных ранее решений парадокса Ферми - сужение возможных кругов видов внеземной жизни.

«Какая-то определенная природа цивилизаций, достигающих межзвездного уровня, вообще не должна учитываться, так как не играет никакой роли», — говорит Березин.
«Они могут быть биологическими организмами, как мы, например, либо искусственными интеллектами, восставшими против своих создателей, либо вообще квинтэссенцией коллективного разума планетарного уровня, как тот, что был описан Станиславом Лемом в “Солярисе”».

Но даже с таким разнообразием мы по-прежнему не видим признаков других цивилизаций на просторах космоса. Тем не менее, по мнению Березина, единственным параметром, который необходимо учитывать для решения парадокса – наши возможности обнаружения существования этой жизни.

«Единственной переменной, которую мы способны объективно измерить, является, возможно, то, на каком расстоянии мы способны определить существование жизни в космосе с Земли», — говорит Березин.
«Для простоты давайте назовем это “параметром А”».

Если разумная внеземная цивилизация по каким-то причинам не смогла достичь нужного «параметра А» — не разработала способов межзвездных путешествий, способов коммуникации, либо прочих способов продемонстрировать остальному космосу свое существование – она по-прежнему будет существовать, но не поможет нам в решении парадокса.

Реальное решение парадокса Ферми, предложенное Березиным, следует довольно мрачному сценарию.

«Собственно, почему мы так уверены, что первый живой вид, достигший возможности межзвездных путешествий, не станет в угоду своей дальнейшей экспансии уничтожать все обнаруженные на его пути «конкурирующие» цивилизации?», — задается вопросом Березин.

Те, кто читал роман Дугласа Адамса «Автостопом по Галактике» помнят инцидент, заложивший основу сюжета. Один вид очень высокоразвитых инопланетян решил проложить межгалактическую магистраль прямо через то место, где находится наша Земля, не особо заботясь о жизни, которая может на ней существовать.

Березин поясняет, что это лишь предположение. Ученый отмечает, что высокоразвитая цивилизация может уничтожать другие живые формы даже и не подозревая об этом.

«Они могут делать это совершенно случайно и даже не замечать этого. Мы же тоже не замечаем, как разрушаем муравейник при строительстве дороги? Мы даже не задумываемся об этом».

Березин не говорит, что мы представляем собой муравьев. Причина, по которой мы не познакомились с внеземными цивилизациями, не в том, что они еще не решили проложить через нас новую дорогу. Напротив, ученый считает, что мы в будущем сами станем разрушителями миров, которые ищем все это время.

«Если предположить, что предложенная гипотеза верна, то какое будущее нас ждет? Единственным решением будет обращение к антропному принципу. Мы станем первыми, кто выйдет на межзвездный уровень. И, вероятнее всего, последними, кто завершит свое существование».

Опять же, такое потенциальное разрушение всего живого на пути экспансии не обязательно должно быть заранее спроектировано и организовано – это может быть результатом более масштабной системы — чего-то, что не поддается любым попыткам контролировать процесс.

В качестве примера Березин приводит искусственный интеллект, не ограниченный предоставленной ему властью.

«Всего один злой ИИ потенциально будет способен заселить целое сверхскопление копиями самого себя, превратив каждую солнечную систему в некое подобие коллективного суперкомпьютера. И здесь даже нет смысла спрашивать о том, зачем ему это делать», — говорит Березин.
«Ответ будет очевидным: потому что он может».

По мнению Березина, мы можем стать победителями в смертельной конкуренции, о принятии участия в которой даже и не подозреваем. Более того, мы – это и есть ответ на парадокс. Именно наш вид является тем, кто заселит всю Вселенную, уничтожив всё, что попадется по пути. Исключить эту вероятность невозможно, считает Березин. Для остановки этого процесса потребуется существование сил гораздо больших, чем простая свобода воли.

Сам Березин признается, что он очень надеется на то, что ошибается в своем предположении.

«Единственный способ выяснить правду – продолжать исследование Вселенной в надежде найти другую жизнь», — говорит ученый.

В XVIII веке люди стали более серьёзно изучать теорию электричества и это послужило началом эры связи. В эту эпоху были сделаны первые небольшие, но значимые шаги в сторону быстрой передачи информации.

В 1753 году шотландский учёный Чарльз Моррисон, предложил передавать сообщения с помощью электрических зарядов, посылаемых по многочисленным изолированным друг от друга проволочкам. Количество проволочек должно равняться числу букв алфавита. Через провода электрический заряд должен передаваться на металлические шарики, которые притягивали легкие предметы с изображением букв. Увы, идею ему не удалось довести до конца. Но её подхватил другой учёный – Жорж Луи Лесаж из Женевы.

Система, разработанная учёным, основывалась на прокладке 24 медных неизолированных проволок в глиняной трубе, внутри которой через каждые 1,5...2м устанавливались перегородки-шайбы из глазурованной глины или стекла с отверстиями для проволок. Есть версия, что Лесанж в 1774 г. в домашних условиях провёл несколько удачных опытов телеграфирования с электризацией бузиновых шариков, притягивающих буквы. Передача одного слова занимала 10...15 мин, а фразы 2...3 часа.

Однако широкое распространение получило устройство, работа которого не была связана с электричеством. Начиная с 1794 года в Европе стала использоваться система семафорного телеграфа, изобретённая французским инженером Клодом Шаппом. Устройство получило названием «Гелиограф» и позволяло передавать информацию за счёт солнечного света, а точнее, за счёт его отражения в системе зеркал. Линии связи строились в прямой видимости на расстоянии 8-10 км друг от друга. На высоких башнях были с шесты с подвижными перекладинами, взаимное расположение которых обозначало букву, слог или даже целое слово. На передающей станции сообщение кодировалось, и перекладины поочерёдно устанавливались в нужные положения. Телеграфисты последующих станций дублировали эти положения. На каждой башне посменно дежурили двое: один - принимал сигнал от предыдущей станции, другой - передавал его на следующую станцию.

Для Гелиографа был составлен специальный “телеграфический» словарь. Каждая комбинация знаков соответствовала числу от 1 до 92. В словаре имелось 92 страницы, на каждой из которых записано 92 слова. При передаче известий сообщали 2 числа: первое число означало номер страницы, а второе порядковый номер слова. С помощью этого словаря довольно быстро передавали любое из 8464 слов, записанных в нем.

В посланиях очень часто встречались одни и те же фразы, для ускорения передачи составили еще одну книгу. В ней также были 92 страницы, но уже с 92 фразами на каждой – это позволило передавать ещё и 8464 фразы.
Системы оптического телеграфирования активно использовались вплоть до середины XIX века.

Квантовый мир атомов и частиц причудлив и удивителен. На квантовом уровне частицы могут проникать через непроницаемые барьеры и быть в двух местах одновременно. И это отнюдь не математические причуды, а реальные эффекты, которые можно наблюдать в лаборатории снова и снова. Но на этом удивительные свойства частиц в квантовом мире не заканчиваются. Одной из характерных особенностей квантовой механики является "квантовая запутанность".

Запутанные частицы остаются загадочным образом связанными на любом расстоянии. И вот три независимых европейских группы ученых смогли запутать не просто два отдельных атома, а целые облака, состоящие из большого количества частиц. И самое интересное, что они нашли способ задействовать технологический потенциал своего открытия.

Когда частицы запутываются, они обмениваются свойствами, которые делают их зависимыми друг от друга. И неважно как далеко друг от друга они находятся. Эйнштейн назвал запутанность «жутким действием на расстоянии», поскольку изменение одной частицы в запутанной паре мгновенно воздействует на ее пару — независимо от того, насколько она далека.

Возможные применения

Ученые предполагают, что разработанные методы можно расширить так, что каждый атом в облаке будет использоваться независимо. И если это удастся сделать, для квантовых вычислений это будет просто сказочно. В цифровых вычислениях информация обрабатывается в форме нулей и единиц, или битах. В квантовых же им на замену приходят кубиты. Текущий рекорд количества работающих кубитов в виде запутанных ионов (заряженных атомов) всего несколько десятков, поэтому тысячи кубитов, которые одновременно работают в облаке, будут представлять серьезное достижение.

Другая область, которая получит выгоду от этого прорыва, — метрология, наука сверхточных измерений. Когда между двумя частицами или системами образуется запутанность, измерения, сделанные на одной половине, раскрывают информацию о другой. Это позволяет измерять параметры с большей чувствительностью, чем было бы возможно в противном случае. Запутанность, используемая таким образом, сможет повысить точность атомных часов и систему глобального позиционирования (GPS), либо помочь в производстве более чувствительных детекторов для МРТ-машин, например.

Понимание и использование квантовых эффектов, таких как запутанность, позволят создавать новые технологии, возможности которых будут превосходить наши современные. Поэтому так много внимания уделяется исследованиям в области квантовых технологий и поэтому так важны любые прорывы в этой области.