Еще сто лет назад Альберт Эйнштейн только-только опубликовал свою революционную и новую теорию гравитацию, атомные ядра были полнейшей загадкой, а квантовая «теория» представляла собой вереницу домыслов. Сверхпроводимость, природа химической связи и источник энергии звезд сбивали с толку самых лучших физиков.

Постепенно тайное становилось явным: появилась космология Большого Взрыва, черные дыры, кварки, глюоны, триумф симметрии и ее нарушения, радио, телевидение, мазеры, лазеры, транзисторы, ядерный магнитный резонанс, взрыв микроэлектроники и телекоммуникаций и, конечно, ядерные бомбы. Мы прошли долгий путь. Можно с уверенностью сказать, что 100 лет назад никто даже близко не мог предвидеть, какой будет современная физика.

Сегодня у нас есть гораздо более глубокое понимание физического мира, которое (по мнению многих) обеспечивает более стабильную платформу для футурологических спекуляций. Если забросить физика из прошлого на 50 лет вперед, в наше время, многое он поймет очень скоро, а если на 25 лет, то еще быстрее. Возможно, думать сегодня о том, что будет через 100 лет, не так уж и глупо.

В любом случае думать о физике в долгосрочной перспективе — совсем не значит строить точные прогнозы, как в бизнес-плане. Это не реальная цель. Это скорее полезное упражнение для тренировки воображения. Оно приводит нас к вопросам, которые могут дать ценные плоды. Каковы слабые места в нашем текущем понимании и практиках? Каковы пределы роста технологий и возможностей?

В каких местах два этих вопроса могут пересекаться?
Эти изыскания ведут нас в двух основных направлениях. Одно из них, в котором мы стремимся совершенствовать наше понимание основ, — это направление вглубь. Мы ищем скрытые связи между разными аспектами мира, которые кажутся разделенными: поверхностно разные силы — сила и вещество, материя и пространство-время, история и закон, информация и действия, разум и материя. Другое, в котором мы применяем наши знания, — это направление роста. Мы значительно расширим сенсориум человека.

Мы разработаем саморемонтирующиеся, самособирающиеся и самовоспроизводящиеся машины, они продолжат развитие титанических компьютеров и инженерных проектов. Продвинутые числовые и квантовые симуляции, дополняющие понимание материи, произведут революции в химии, медицине и материаловедении — подтолкнув тем самым эпоху квантового интеллекта. Художники и ученые будут работать вместе, облекая красоту в новые богатые формы.

Унификация V: действие и информация

Информация играет все большую и большую роль в нашем описании мира. Многие из терминов, которые возникают естественным образом в обсуждении информации, имеют отчетливый физический характер. К примеру, мы часто говорим о плотности информации, о потоке информации. Абстрактное, на первый взгляд, понятие информации кажется не привязанным к конкретным аспектам физической реальности.

Вглядываясь глубже, мы находим, что есть далеко идущие аналогии между информацией и конкретной физической величиной, а именно (отрицательной) энтропией. Это уже отмечалось в оригинальной работе Клода Шеннона, где он представил современное техническое определение информации. В настоящее время многие обсуждения микрофизического происхождения энтропии — и основ статистической механики в целом — начинаются с обсуждений информации и незнания. Думаю, будет справедливым заметить, что унификация, связывающая физическую величину энтропии и концептуальное количество информации, уже произошла.

Энтропия, в свою очередь, имеет загадочные связи с основной величиной, действием, которую мы используем, чтобы сформулировать самые фундаментальные законы физики. Грубо говоря, действие — это то, что вы получаете от энтропии, когда позволяете времени стать мнимым числом. К сожалению, доказательства этой связи являются косвенными. Другими словами, мы пока не понимаем ее правильно.

Я подозреваю, что эта связь очень тесная, и в следующие сто лет станут основным принципом действия, а значит, и динамическим законом физики.

Унификация VI: разум и материя

Хотя многие детали остаются не выяснены, кажется, будет справедливым сказать, что метаболизм и размножение, две из наиболее характерных черт жизни, на молекулярном уровне широко понимаются как физические процессы. Фрэнсис Крик, один из открывателей структуры ДНК, выдвинул «удивительную гипотезу», что однажды будет возможно понимать базовую психологию, включая биологические когнитивные процессы, память, мотивацию, эмоции, на сопоставимом с физическим уровне.

Можно назвать это «сокращением» разума до материи. Но разум остается разумом, и его понимание едва ли упростится в случае сокращения до физического. Было бы интересно понять, как он работает, но до чего ж это сложно!

Как по мне, куда симпатичнее и целесообразнее рассматривать эту удивительную гипотезу как ожидание разнообразия граней поведения материи. Учитывая все невероятное, чему нас учит физика о материи, я уверен, у нас будет много работы.

Через 100 лет биологическая память, когнитивная обработка, мотивация, эмоции — все это будет понятно на молекулярном уровне. И если физика научится описывать материю в терминах информации, как мы обсуждали ранее, круг идей будет замкнут. Разум станет более материальным, а материя станет более подобной разуму.

Источник