Шрифт:
– Теряем время, – шепнула Анни прямо в ухо Джорджу. – Наши три минуты почти истекли.
Частицы тут, частицы там…
Всё вещество на Земле состоит из крошечных частиц – атомов. Атомы постоянно сталкиваются, обмениваясь частицами электромагнитного излучения – фотонами. Некоторые фотоны мы воспринимаем как тепло, некоторые – как свет, а некоторые используем для связи, специально выпуская их из радиоантенн. А из космоса к нам постоянно летят фотоны и субатомные частицы, которые производятся Солнцем и происходят из более дальних частей Вселенной. Так что Земля, другие планеты, звёзды, да и сам космос – всё это бурлящее варево из крошечных частиц. Как вообще учёному понять поведение чего бы то ни было, когда кругом такое немыслимо огромное количество частиц, которые к тому же движутся?
Чудеса чистой воды!
Один литр воды на Земле содержит примерно 30 миллионов миллионов миллионов миллионов молекул! Но ведь литр воды совсем не похож на гору частиц – он выглядит как сплошной материал, который может существовать в жидком, твёрдом или газообразном состоянии, в зависимости от температуры и давления. Если нагреть воду, она закипит и превратится в пар; сильно охладить – замёрзнет и станет льдом. Это нормальное поведение для воды, в чём легко убедиться на опыте. Но почему все эти примерно 30 миллионов миллионов миллионов миллионов молекул должны вести себя одинаково? Неужели среди них нет молекул-бунтарей? Австрийский физик XIX века Людвиг Больцман предложил математическое объяснение того, почему при огромном скоплении частиц некая конкретная модель их поведения становится наиболее вероятной. Ибо, хотя множество частиц движется совершенно хаотично – каждая сама по себе, – у их совокупности с высокой степенью вероятности образуется среднее общее поведение, при котором поведение отдельных молекул ничего не значит. В литре воды малая часть молекул может иногда случайно отклоняться от этого среднего, но вероятность того, что эта часть будет не малой, а достаточно большой, чтобы производить заметные изменения в том поведении воды, которое мы привыкли считать нормальным, – такая вероятность очень, очень мала.
Однако если бы воду насовсем оставили в покое, то постепенно начались бы значительные случайные отклонения – например, все молекулы могли бы на краткий срок двинуться в одном и том же направлении. Разумеется, вероятность такого события очень-очень-очень мала, так что если вы на какое-то время оставите литр воды в кувшине, то можно не бояться, что вода вдруг выпрыгнет наружу. Но вот если бы её можно было оставить на целую вечность, то такие изменения рано или поздно начали бы происходить – и происходили бы бессчётное число раз.
Что это значит для Вселенной?
Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад при Большом взрыве и расширяется со всё возрастающей скоростью.
Если применить к нашей Вселенной те же правила, какие мы только что применили к воде, то мы увидим, что Вселенная, которая продолжает существовать вечно, будет заключать в себе все возможные случайные отклонения, происходящие бесконечное число раз. Это означает, что идеальная копия нашей нынешней Вселенной – в конце концов, она ведь не что иное, как совершенный порядок частиц! – со временем возникнет случайным образом где– нибудь ещё в этом вареве частиц.
Очевидно, что копия нашей Вселенной будет включать в себя копии мозга всех людей, со всем, что они знают и помнят! Но поскольку получить всё это случайным образом гораздо, гораздо сложнее, чем получить всего лишь один-единственный мозг, то намного вероятнее, что эти случайные отклонения будут создавать отдельный мозг, каждый – с собственной памятью, гораздо чаще, чем целых людей или копии целой Земли.
Итак, в супе из частиц – если его достаточно много, ленном на целую вечность при ненулевой температуре, может случайным образом возникнуть «Больцмановский мозг» – во всех возможных вариантах со всеми возможными воспоминаниями бесчисленное количество раз. Следовательно, если нашей Вселенной предстоит существовать вечно, то в космосе должно плавать бесконечное множество Больцмановских мозгов, каждый со своей памятью, в том числе и в тот момент, когда ты это читаешь – или думаешь, что читаешь.
Ты уверен, что ты не один из них?
Джордж еле заметно кивнул, показывая ей, что слышит.
– Мозес, – сказал он вежливо, – ты сказал, что можешь воспроизводиться бесконечное число раз. Это правда?
– Я устроен так, чтобы воспроизводить своё тело простым и удобным для пользователя способом, – гордо ответил робот. – Я могу отправить свои данные на 3D-принтер и распечатать копию себя.
– Где угодно? – спросил Джордж.
– Где угодно на планете Земля, – ответил Мозес.
У Джорджа мурашки поползли по спине, когда до него дошло, что из этого следует. Стоит нажать на кнопку – и этот робот будет воспроизведён всеми 3D-принтерами на всей Земле, а это значит, что если кому-то вздумается завести себе армию роботов, ему вовсе не обязательно изготавливать их на заводе или ввозить из другой страны. Только задай правильную команду, и все 3D-принтеры, какие есть на Земле, – а Джордж подозревал, что их гораздо больше, чем люди могут себе представить, – напечатают по роботу, и каждый из этих роботов, надо полагать, будет верен своему создателю. Наверное, это самый простой способ захватить власть над всей Землёй, особенно когда вся планета в состоянии хаоса: никто даже не заметит этого нашествия роботов и не попытается его прекратить, а когда заметит и попытается, будет уже поздно. Что, если правительства, армии, полиции и спецслужбы всех стран будут стараться что-то сделать с транспортными и продовольственными проблемами, с раздачей денег из банкоматов, с самолётами, которые не могут подняться в воздух, с прорванными плотинами и взорванными электростанциями и не сразу обнаружат, что Землю захватили роботы? Даже если это будут милые, приветливые роботы, большие любители говорить комплименты…
Джордж вдруг осознал, что в ходе разговора робот медленно, почти незаметно, оттесняет их назад.
– И сколько таких Мозесов сейчас здесь находится? – спросила Анни.
– Только один, – сказал Мозес. – Существует всего один настоящий Больцмановский Мозес.
– Но на этом космическом аппарате есть и другие роботы? – сказал Джордж.
– Правильно! – Мозес вежливо, но настойчиво уводил их назад по коридору. – На этом летательном аппарате много моих копий. Однако ни у одного из этих роботов нет мозга. И не будет.
Им просто негде его взять. И открою вам секрет. – Робот самодовольно ухмыльнулся. – Я гораздо приветливее и любезнее остальных!
– И на Земле они тоже есть? – спросил Джордж.
– Совершенно верно! – радостно ответил Мозес. – Недавно в отдельных точках Земли с помощью 3D-принтеров были созданы дополнительные роботоединицы.
– Ты имеешь в виду злобных роботов? – спросила Анни. – Тех, которые за нами гонялись?
– Я прошёл специальный курс повышенной дружественности по отношению к пользователю, – сказал Мозес. Его широкая улыбка казалась приклеенной. – Но вот остальные…
Анни и Джорджу незачем было дослушивать до конца – они и так прекрасно поняли, что он имел в виду. Но они и не могли дослушать, потому что голос Мозеса заглушила сирена. За спинами у Анни и Джорджа появились два других робота – те самые, со злобными лицами, – и крепко ухватили их своими клешнями.
– Ой! – вскрикнула Анни, когда робот вцепился ей в плечо и поволок в конец коридора.
Джордж ничем не мог ей помочь – он и сам был в том же положении.
– Но я не такой! – грустно блеял сзади Больцмановский Мозес. – Я милый, хороший робот!
Джорджу вдруг захотелось остаться с Мозесом. Конечно, от его дружелюбия как-то не по себе, даже слегка жутковато, но лучше уж его лучезарная улыбка, чем эти грозные железные морды.
Поскольку роботы волокли их задом наперёд, Анни и Джордж не видели, куда именно их тащат. Но роботы отпустили их так же внезапно, как и схватили, и друзья вплыли в такую странную комнату, в каких им ещё не доводилось бывать.
Они словно бы оказались в круглом, прозрачном стеклянном пузыре, плывущем в космосе. По его экватору, на равном расстоянии одно от другого, располагались отверстия, которые вели в такие же цилиндрические коридоры; эти коридоры расходились в стороны от комнаты-пузыря, как спицы на велосипедном колесе.
Что такое 3D-печать, чем она отличается от обычной печати и что в этом такого удивительного?
Что такое «3D»?
Буква D означает «dimension», то есть измерение. Соответственно, то, что мы называем 3D, или трёхмерным, имеет следующие три измерения:
• длина (первое измерение);
• ширина (второе измерение);
• высота (третье измерение). Рисунок на листе бумаги – это двумерное (плоское) изображение, а вот физические объекты, с которыми ты имеешь дело каждый день, например велосипед, тарелка супа или твой собственный нос, – трёхмерны.
Нарезаем колбасу!
Двумерная печать – это то, что мы обычно подразумеваем, говоря «печать» – например, распечатать что-то на принтере, подсоединённом к компьютеру дома, или в школе, или в библиотеке.
Двумерный принтер:
• Как правило, в двумерном принтере используются специальные чернила для перенесения двумерных изображений на бумагу.
• Двумерный принтер берёт электронный файл, описывающий двумерное изображение – например, фотографию, сделанную цифровой камерой, или документ Word, – и затем электронным способом «нарезает» его на множество очень тонких полосочек. Этот процесс иногда называется «нарезкой колбасы» – по сходству.
• Затем принтер берёт каждый электронный кусочек и аккуратно льёт цветные чернила на соответствующий фрагмент бумаги, чтобы получить точное изображение этого кусочка.
• Затем повторяет эту операцию для следующего кусочка, потом для следующего, и так до тех пор, пока на бумаге не отобразится весь рисунок полностью.
• Художники и кинематографисты заставляют 2D-объекты выглядеть как 3D, используя разные приёмы: в рисунках – перспективу, в фильмах – 3D-спецэффекты. Но это – оптическая иллюзия, а сами изображения двумерны: у них есть только ширина (первое измерение) и высота (второе измерение).
Когда мой сын был маленьким, он как зачарованный следил за принтером, из которого с жужжанием выползали фотографии и письма. А потом, когда мы что-то покупали через интернет, например игрушку, он не сводил глаз с экрана, ожидая, что покупка вот-вот выпрыгнет на него из принтера! Между прочим, с точки зрения четырёхлетки это было вполне логично. Интересно, что сейчас это близко к реальности – по крайней мере, для некоторых видов игрушек.
Как сделать настоящий 3D-объект
При 3D-печати создаётся недвумерный, а настоящий трёхмерный объект. Устройства, которые это делают, называются 3D-принтерами.
• Процесс начинается, как и в случае 2D-печати, с электронного файла. Однако это особый вид файла, который называется «модель системы автоматизированного проектирования» («модель САПР»). Он описывает все до единой детали объекта, выбранного для 3D-печати.
• Если посмотреть на модель САПР выбранного объекта на экране компьютера, вы увидите его так, как увидели бы со стороны, но при этом можете как бы «пролететь сквозь него» и увидеть, как он выглядит с любой точки изнутри самого этого объекта.
• 3D-принтер нарезает модель САПР, как колбасу, на электронные «кусочки» и складывает их один на другой; толщина каждого «кусочка» – около 20 микрон.
• Хотя все эти «кусочки» трёхмерны, потому что наряду с шириной и высотой у них есть толщина (она же длина), 3D-принтер воспринимает каждый «кусочек» как двумерный поперечный срез, точно показывающий, как выглядел бы объект в разрезе.
• 3D-принтер печатает каждый «кусочек колбасы», начиная с нижнего, – как обычный принтер печатал бы двумерные изображения. Но он не льёт чернила на бумагу, а воспроизводит все детали каждого «кусочка» как 20-микронный слой «вещества».
• Материал для каждого «кусочка» высыхает и затвердевает, и 3D-принтер перескакивает на следующий уровень и воспроизводит следующий «кусочек» – как 20-микронный слой на предыдущем.
• Этот процесс повторяется снова и снова, пока все «кусочки» модели САПР не будут напечатаны один поверх другого и, таким образом, будет создан настоящий 3D-объект!
20 микрон, или 1/50 миллиметра, – это примерно 25 % толщины волоса! Таким образом, модель САПР-объекта высотой в 10 см будет нарезана примерно на 5000 электронных кусочков.
Факты про 3D-принтеры
• Самый распространённый материал для 3D-принтеров – это пластик, потому что он в жидком виде легко выдавливается наружу в очень малых количествах и быстро затвердевает. К тому же это идеальный материал для изготовления прототипов (моделей новых вещей, таких как здания или автомобили). Поскольку современные устройства могут использовать несколько разновидностей пластика одновременно и печатать в цвете, прототипы получаются весьма реалистичными. Это пока что основное применение 3D-принтеров.
• Сегодня используются два основных типа 3D-принтеров:
1. Экструзионная машина: материал выдавливается из специальной насадки, примерно как торт покрывают глазурью с помощью кондитерского мешка. Эти принтеры очень удобны при производстве разноцветных изделий, потому что можно с лёгкостью добавлять новые насадки.
2. Станки: чаще всего применяются при работе с металлическим порошком. Порошок засыпается в таком количестве, чтобы заполнить один срез; затем мощный лазер сплавляет порошок в твёрдое состояние в строго определённых местах. Когда модель готова, лишний порошок выметают.
• В ближайшие несколько лет, как думают учёные, машины, использующие пластик, станут более привычными в быту, и мы сможем скачивать из интернета данные о формах и распечатывать их в трёхмерном виде – например, трёхмерные шлемы или игрушки. Представьте себе, можно распечатать собственную статую в виде, например, Гарри Поттера!
• На заводских 3D-принтерах печатают, например, лёгкие и прочные детали для самолётов – а это значит, что самолёты становятся безопаснее и потребляют меньше топлива. В таких принтерах применяются металлы и керамика.
• На 3D-принтере можно распечатать медицинское оборудование, например имплантаты бедренных суставов или зубов или черепные пластины для «латания» отверстий в черепе; трёхмерная печать позволяет изготовить их точно такими, какие требуются конкретному пациенту.
Роботы будущего?
Нынешние 3D-принтеры работают довольно медленно и настроены лишь на несколько определённых материалов. Распечатать целого робота пока что невозможно: для этого понадобились бы сложные взаимосвязанные части, сделанные из самых разных материалов: металлические детали, шестерни и двигатели, магниты, провода, пластмасса, масло, смазка, кремний, золото, даже иттрий и вольфрам! Зато вполне можно было бы изготовить детали для роботов на 3D-принтере на полностью автоматизированном заводе, где один робот затем снял бы эти детали с принтера, другой отполировал бы их, третий произвёл бы сборку…
Роботы на 3D-принтере (и при помощи других технологий) делают роботов?
Может быть, именно так будет выглядеть наше будущее?