Навчимося ми коли-небудь проходити крізь стіни? Будувати зоряні кораблі, здатні літати швидше світла? Читати думки? Ставати невидимими? Рухати предмети силою думки? Миттєво долати космічний простір?

Мене з дитинства мучив подібні питання. Подібно багатьом фізикам, я виріс з мрією про подорожі в часі, променевих гармат, силових полях, паралельних всесвітів і т. п. Магія, фентезі і наукова фантастика були для моєї уяви гігантської ігровим майданчиком. З них почалися моя нев'януча любов і інтерес до неможливого.

Пам'ятаю, як я дивився по телевізору повтор старого серіалу «Флеш Гордон». Щосуботи я приклеювався до екрану, спостерігаючи за пригодами Флеша, д-ра Заркова і Дейла Ардена. Ще більше здивування викликала у підлітка фігурувала у фільмі чудова техніка майбутнього: ракетні кораблі, щити невидимості, променеві гармати і міста в небі. Я не пропустив жодного тижня. Ця програма відкрила для мене абсолютно новий світ. Із завмиранням серця я думав, що коли-небудь полечу на ракеті на іншу планету і буду досліджувати її незвідані території. Я був втягнутий в орбіту цих фантастичних ідей і твердо знав, що моя власна доля теж буде пов'язана з чудесами науки, про яких розповідав серіал.

Як виявилося, я був не самотній. Багато успішні вчені зізнавалися, що першим кроком до науки для них стало захоплення науковою фантастикою. Приміром, великий астроном Едвін Хаббл був ще в дитинстві зачарований книгами Жуля Верна. Начитавшись французького фантаста, він відмовився від багатообіцяючою юридичної кар'єри і всупереч бажанню батька почав займатися наукою. З часом Хаббл став найбільшим астрономом XX ст. Уяву Карла Сагана, видатного астронома і автора бестселерів, запалили романи Едгара Раїса Берроуза про марсіанські пригоди Джона Картера. Подібно героєві цих романів. Саган мріяв коли-небудь дослідити червоні піски Марса.

Я був дитиною, коли помер Альберт Ейнштейн, але я пам'ятаю, як люди тихо говорили про його життя і смерті. На наступний день я побачив у газеті фотографію його столу з незакінченою рукописом найбільшою роботи, яку він не встиг завершити. Я запитав себе: «Яка проблема може бути настільки важливою, щоб видатний вчений нашого часу не зміг її вирішити?»

У статті говорилося, що у Ейнштейна була нездійсненна мрія, була задача, повністю вирішити яку не в змозі жоден смертний. Лише через багато років я дізнався, яким же питанню була присвячена незакінчена рукопис: величною і всеохоплюючої «теорії всього». Мрія Ейнштейна, якій були присвячені три останніх десятиліття його життя, допомогла мені зосередити свою уяву і зусилля. Мені захотілося хоч трохи взяти участь у завершенні праці Ейнштейна - об'єднання всіх законів фізики в єдину теорію.

Ставши старше, я почав розуміти, що Флеш Гордон, звичайно, герой і дівча завжди дістається йому, але головне особа, без якого цей серіал просто не міг би існувати, - вчений. Без доктора Заркова не було б ні ракетного корабля, ні подорожі на Монго, ні порятунку Землі. Героїзм героїзмом, але без науки не буде і наукової фантастики.

Зрештою я зрозумів, що всі ці казки просто політ фантазії, що наука нічого подібного не допускає. Дорослішаючи, людина відмовляється від подібних фантазій. Мені не раз говорили, що в справжньому житті доводиться відмовлятися від неможливого і задовольнятися реальним.

Однак я вирішив, що ключем до мого захоплення неможливим повинна стати фізика. Без міцної і надійної фізичної бази можна без кінця говорити про футуристичних технологіях - не розуміючи навіть, можливі вони в принципі чи ні. Я зрозумів, що мені необхідно зануритися в світ вищої математики та вивчити теоретичну фізику. Так я і зробив.

У старших класах, працюючи над проектом для молодіжної наукової виставки, я зібрав в маминому гаражі прискорювач. Першим ділом я відправився на фірму Westinghouse і здобув там 400 фунтів обрізків трансформаторної сталі. За різдвяні канікули я намотав на шкільному стадіоні 22 милі мідного дроту. В кінці кінців я спорудив прискорювач частинок (бетатрон) на 2,3 Мев; він споживав 6 кВт електрики (тобто все, що можна бьшо отримати в нашому будинку) і створював магнітне поле, в 20 000 разів перевищує по потужності магнітне поле Землі. Моєю метою було одержати пучок гамма-променів, досить потужні зливи для створення антиречовини. Цей шкільний проект привів мене на Національну наукову виставку і зрештою допоміг здійснити мрію - отримати стипендію в Гарварді. Я зумів домогтися своєї мети: стати фізиком-теоретиком і піти по стопах свого кумира, Альберта Ейнштейна.

Сьогодні я отримую електронні листи від сценаристів і письменників-фантастів, вони просять допомогти їм уточнити, чи не суперечить їх вигадка законам фізики.
«Неможливе» щодо

Як фізик я твердо засвоїв, що «неможливе» дуже часто відносно. З дитинства пам'ятаю, як вчителька одного разу підійшла до висіла на стіні карті Землі і вказала на узбережжя Південної Америки і Африки. «Не дивно, - запитала вона, - що дві берегові лінії збігаються, майже як деталі дитячої головоломки?» Ще вона сказала, що деякі вчені міркують про те, що колись ці материки були, можливо, частиною одного величезного континенту. Але це нерозумно. Ніяка сила не в змозі розірвати і розтягнути два гігантських материка. «Це неможливо, і навіть думати про це не треба», - зробила висновок вчителька.

Пізніше в тому ж році ми вивчали динозаврів. «Не дивно, - сказала вчителька, що мільйони років тому динозаври домінували на Землі, а потім раптово зникли? Ніхто не знає, чому вони вимерли. Деякі палеонтологи вважають, що їх убив великий метеорит з космосу, але це неможливо, це з області наукової фантастики».

Сьогодні ми знаємо, що тектонічні плити, а з ними і материки дійсно рухаються, а 65 млн років тому гігантський метеорит 10 км у поперечнику, швидше за все, дійсно погубив і динозаврів, і багато в чому інші форми життя на Землі. За своє коротке життя мені не раз доводилося бачити, як те, що раніше вважалося неможливим, перетворюється у встановлений науковий факт. Так має сенс говорити, що переміщуватися з одного місця в інше? Або що неможливо побудувати космічний корабель, здатний забрати нас на багато світлових роки від Землі до зірок?

Сьогоднішні фізики в більшості своїй скажуть, що подібні чудеса неможливі. Але може бути, вони стануть можливі через кілька століть? Або через десять тисяч років, коли наші технології отримають новий розвиток? А може, через мільйон років? Іншими словами, якщо ми зараз зустрінемо цивілізацію, обогнавшую нас на мільйон років, не здасться нам звична для них техніка «дивом»? В цьому і полягає одне з центральних питань цієї книги: " якщо що-то «неможливо» сьогодні, то залишиться це неможливим і через сто, і через мільйон років?

Беручи до уваги дивовижний прогрес науки за останні сто років - у першу чергу мова йде про створення квантової теорії і загальної теорії відносності,-ми сьогодні можемо оцінити, коли можуть бути реалізовані деякі з цих фантастичних технологій - якщо, звичайно, це взагалі коли-небудь відбудеться. З появою ще більш передових теорій, таких як теорія струн, фізики починають потихеньку переглядати своє ставлення навіть до таким фантастичним, здавалося б, ідеям, як подорожі в часі і паралельні всесвіти.

Подумайте, всього 150 років тому багато чого з того, що представляється нам сьогодні природним і навіть буденним, вчені оголошували «неможливим». У 1863 р. Жюль Берн написав роман під назвою «Париж в XX столітті»; роман цей був покладений в шухляду і забутий більш ніж на 100 років, поки його випадково не виявив правнук письменника. Таким чином, цей роман був вперше опублікований в 1994 р. В ньому Берн намагався уявити, як буде виглядати Париж в 1960 р.; роман рясніє описом пристроїв і технологій, які в XIX ст. вважалися неможливими, включаючи факси, глобальну комунікаційну мережу, скляні хмарочоси, автомобілі на газі і швидкісні потяги на спеціальних естакадах.

Не дивно, що Жюль Берн зміг передбачити багато з такою приголомшливою точністю. Все життя письменник був близький до світу науки і знав, про що думають багато вчених. Глибоке розуміння основ науки дозволяло йому робити вражаючі пророцтва.

Як не сумно, але багато видатні вчені XIX ст. вибирали протилежну позицію і поспішали оголосити мало не будь-яку невідому технологію принципово неможливою. Лорд Кельвін, можливо, найвидатніший фізик Вікторіанської епохи (він похований у Вестмінстерському абатстві поруч з Ісааком Ньютоном), впевнено заявляв, що літальні апарати «важче за повітря», такі як літаки, ніколи не злетять. Він вважав рентгенівські промені обманом і був упевнений, що у радіо немає майбутнього. Лорд Резерфорд, відкрив атомне ядро, заперечував можливість створення атомної бомби, і порівнював будь-які спроби такого роду з «гонитвою за сонячним зайчиком». Хіміки XIX ст. оголошували пошуки філософського каменю - легендарної субстанції, здатної перетворити свинець на золото, - науковим тупиком. Хімія XIX ст. базувалася на фундаментальному принципі незмінність хімічних елементів, у тому числі й свинцю. Але ми сьогодні можемо в принципі перетворити атоми свинцю в атоми золота за допомогою потужного прискорювача. Представьте собі, який фантастикою здалися б на межі XIX і XX ст. наші телебачення, комп'ютери та Інтернет!

Ближче до наших часів, можна навести інші приклади. Так, чорні діри довгий час вважалися науковою фантастикою. Сам Ейнштейн у 1939 р. написав статтю, в якій довів, що чорні діри можуть виникнути в природних умовах. Але космічний телескоп імені Габбла і рентгенівський телескоп «Чандра» вже встигли виявити в космосі тисячі чорних дір.

Ці та інші технології вважалися «неможливими» тому, що в XIX та на початку XX ст. вчені не знали ще багатьох фундаментальних законів фізики і науки. Враховуючи величезні прогалини в знаннях того часу, особливо на атомному рівні, не дивно, що вчені розглядали подібні досягнення як неможливі.
Навіщо вивчати неможливе?

Як не дивно це звучить, але серйозне вивчення неможливого нерідко призводило вчених до відкриття нових, вельми багатообіцяючих і зовсім несподіваних областей науки.

Приміром, марні і безплідні спроби створити «вічний двигун» тривали не одне століття. В результаті фізики зробили висновок про те, що такий пристрій існувати не може; їм довелося відстоювати закон збереження енергії і три закони термодинаміки. Таким чином, самі по собі безплідні пошуки вічного двигуна допомогли відкрити нову галузь науки - термодинаміку, яка послужила базою, зокрема, для створення парового двигуна, почала машинної ери і сучасного індустріального суспільства.

В кінці XIX ст. вчені вважали, що вік Землі ніяк не може становити кілька мільярдів років; це просто неможливо. Лорд Кельвін категорично заявив, що сучасна Земля охолола б усього за 20-40 млн років, що суперечило даними геології і дарвінівської біології, які стверджували, що Землі цілком може бути кілька мільярдів років від роду. Зрештою було доведено, що неможливе можливо; виявилося, що ядерні сили, відкриті мадам Кюрі та іншими вченими, цілком здатні утримувати ядро Землі в розплавленому стані мільярди років за рахунок радіоактивного розпаду.

Якщо ж вчені ігнорують неможливе, то, як правило, самі і програють в кінцевому підсумку. У 1920-х і 1930-х рр. засновник сучасної ракетної техніки Роберт Годдард піддавався серйозній критиці; багато хто вважав, що ракети ніколи не зможуть піднятися в космос. Його заняття навіть називали саркастично «дивацтва Годдарда». У 1921 р. редактори New York Times щосили знущалися над роботою доктора Годдарда: «Професор Годдард не знає взаємозв'язку між дією і протидією і не розуміє, що для отримання реакції потрібно що-небудь трохи краще вакууму. Схоже, йому не вистачає елементарних знань, якими щодня оперують школярі». Ракети неможливі, бушував редактор, тому що в космосі немає повітря і, отже, не від чого відштовхуватися. Сумно, але тільки один глава держави зрозумів перспективне значення годдардовских «неможливих» ракет - і це був Адольф Гітлер. В результаті під час Другої світової війни німецькі неможливо передові ракети «Фау-2» сіяли смерть і руйнування в Лондоні і мало не поставили Англію на коліна.

І це ще не все. Вивчення неможливого могло змінити хід світової історії. У 1930-ті рр. вчені - включаючи і Ейнштейна вважали, що створити атомну бомбу «неможливо». Фізики вже знали, що в глибинах атомного ядра, згідно з рівнянням Ейнштейна Е = mc2, укладена величезна кількість енергії, але енергія, яка высвобождалась при розпаді одного ядра, була надто незначною, щоб про неї варто було серйозно говорити. Але фізик-атомник Лео Сцилард згадав прочитаний колись роман Герберта Уеллса «Звільнений світ» (1914), де письменник передбачив створення атомної бомби. У романі стверджувалося, що якийсь фізик розкриє секрет атомної бомби в 1933 р. Нагоди було завгодно, щоб Сцилард натрапив на цю книгу в 1932 р. Роман підстьобнув його уяву, і в 1933 р., в точності як було передбачено Уеллсом майже за два десятиліття до цього, він придумав, як примножити енергію одного атома за допомогою ланцюгової реакції; при цьому енергію поділу одного атома урану можна буде збільшити в багато трильйони разів. Після цього Сцилард запустив кілька принципових експериментів і організував таємну переписку між Ейнштейном і президентом Франкліном Рузвельтом. Результатом цих переговорів стали Манхеттенський проект і створення атомної бомби.

Знову і знову ми бачимо, як вивчення неможливого відкриває для науки абсолютно нові горизонти, розширює межі людських знань в області фізики і хімії і змушує вчених переглядати саму концепцію «неможливого». Сер Вільям Ослер одного разу сказав: «Філософія одного століття в іншому стала абсурдом, а вчорашня дурість-завтрашньої мудрістю».

Багато фізики готові підписатися під знаменитим висловом Т.Х. Уайта, який написав у своїй епопеї «Король минулого і прийдешнього»: «Все, що не заборонено, обов'язково!» У фізиці ми постійно стикаємося з наочними свідоцтвами цього. Якщо не існує фізичного закону, який прямо забороняв би якесь явище, воно, швидше за все, буде згодом знайдено. (Таке відбувалося кілька разів[1] при пошуку нових субатомних частинок, Намагаючись проникнути за межі забороненого, фізики нерідко відкривали нові фізичні закони.) З твердження Т.Х. Уайта можна зробити ще більш сильний висновок: «Все, що не є неможливо, обов'язково!»

Приміром, космолог Стівен Хокінг довго намагався знайти новий закон фізики, який забороняв би подорожі в часі, - він назвав його «гіпотезою збереження хронології». Однак довгі роки тяжкої праці ні до чого не привели: він не зміг довести висунутий принцип. Навпаки, не так давно фізики зуміли продемонструвати, що закон, який забороняв би подорожі в часі, перебуває за межами сьогоднішньої математики. Тепер, оскільки закону, який не дозволяв би побудувати машину часу, не існує, фізикам доводиться дуже серйозно розглядати таку можливість.

Мета даної книги - розглянути ті технології, які сьогодні вважаються «неможливими», але через кілька десятків або сотень років можуть стати звичайними.

Одна з «неможливих» технологій починає це перетворення вже зараз: мова йде про телепортації (принаймні, на рівні атомів). Всього лише кілька років тому фізики сказали б, що миттєве перенесення об'єкта з однієї точки простору в іншу порушує закони квантової фізики. Автори сценарію першій частині телевізійного серіалу «Зоряний шлях» були настільки вражені критикою з боку вчених, що додали в сюжет якісь компенсатори Гейзенберга», які повинні були забезпечувати роботу телепортирующих пристроїв і примиряти їх з законами фізики. Але сьогодні завдяки недавнім революційних відкриттів фізики можуть переміщувати атоми з одного кінця кімнати в інший, а фотони - з одного берега Дунаю на інший.
Навіщо передбачати майбутнє?

Передбачати майбутнє завжди трохи небезпечно, особливо якщо мова йде про час, знаходиться від нас на сотні або тисячі років. Фізик Нільс Бор любив говорити: «Прогнозувати дуже важко. Особливо майбутнє». Але тим часом Жюля Верна і сьогоднішнім днем існує принципова різниця. Сьогодні фундаментальні закони фізики в основному зрозумілі. Фізики сьогодні добре уявляють собі закони, що керують світом самих різних об'єктів, які різняться за розмірами на 43 порядку - вражаючий діапазон, куди входить і внутрішня будова протона, і розширюється Всесвіт. В результаті фізики можуть судити з розумної ступенем впевненості про те, що приблизно буде представляти собою технологія майбутнього, і краще відрізняти технології лише немислимі від дійсно неможливих.

Тому в даній книзі я розділив «неможливе» на три категорії.

У першу категорію потрапляє те, що я називаю невозможностями I класу. Це технології, сьогодні неможливі, але не порушують відомих законів природи. Таким чином, вони можуть стати можливими вже в цьому сторіччі або, може бути, в наступному в зміненій формі. До цієї категорії відносяться телепортація, двигуни на антиречовину, деякі форми телепатія, телекінез і невидимість.

До другої категорії відноситься те, що я позначив як неможливість II класу. Це технології, лише недавно серйозно помітні на передньому краї наших уявлень про фізичному світі. Якщо вони взагалі можливі, то реалізація їх може розтягнутися на тисячі і навіть мільйони років. Сюди відносяться машини часу, можливість гіперпросторових подорожей і подорожі крізь кротові нори.

До останньої категорії належить те, що я називаю невозможностями III класу. Це технології, які порушують відомі нам фізичні закони. Дивно, але неможливих технологій цього типу виявилося дуже мало. І якщо коли-небудь виявиться, що вони теж можливі, це буде означати фундаментальне зрушення в наших уявленнях про фізику.

Уявляється, що така класифікація має сенс - адже вчені з ходу відкидають багато технологій, що постійно присутні в науково-фантастичних творах, як абсолютно неможливі, але насправді мають на увазі лише, що вони неможливі для примітивної цивілізації на кшталт нашої. Наприклад, відвідування Землі інопланетянами зазвичай вважають неможливим із-за величезних відстаней між зірками. Але якщо для нас подорож до зірок очевидно неможливо, для цивілізації, яка обігнала нас у розвитку на сотні, тисячі або мільйони років, воно може виявитися цілком доступним. Тому дуже важливо класифікувати подібні «неможливості». Технології, недоступні нашої цивілізації в її нинішньому стані, не обов'язково настільки ж неможливими для цивілізації іншого типу. Будь-які твердження про можливе і неможливе повинні враховувати, що за тисячі й мільйони років тіка будь-якої цивілізації піде далеко вперед.

Карл Саган одного разу написав: «Що значить для цивілізації вік, скажімо, мільйон років? Радіотелескопи і космічні кораблі з'явилися у нас кілька десятиліть тому; наша технологічна цивілізація насчитыв повідомляє всього лише кілька сотень років... розвинена цивілізація, за плечима якої мільйони років розвитку, настільки ж випереджає нас, наскільки ми самі випереджаємо якого-небудь лемура або макаку».

Головним у моїх власних дослідженнях і професійної діяльності я вважаю спробу виконати нарешті мрію Ейнштейна і завершити роботу над «теорією всього». Особисто мені дуже подобається працювати над «остаточної теорією», яка дасть, можливо, однозначну відповідь на деякі з найбільш важких питань про «неможливість» в сучасній науці - наприклад, чи можливі подорожі в часі, що знаходиться в центрі чорної діри або що було до Великого вибуху. Я як і раніше відданий своїй мрії про неможливе і нерідко розмірковую про те, коли деякі речі перестануть - і перестануть чи коли-небудь? - бути неможливими і увійдуть в повсякденне життя.