Холодильник Эйнштейна. Как перепад температур объясняет Вселенную - Пол Сен

Придя к власти, нацисты немедленно объявили бойкот еврейским предприятиям, стали провоцировать насилие против евреев и издали закон “О восстановлении профессионального чиновничества”, запретивший немецким государственным учреждениям нанимать евреев на службу. Тысячи немецких евреев были уволены из научных организаций. В их число вошла Эмми Нётер, которая так упорно пробивала себе путь к работе в Гёттингенском университете. В апреле 1933 года она получила уведомление от прусского Министерства науки, искусства и народного просвещения: “Согласно параграфу 3 статута профессиональной гражданской службы, утвержденного 7 апреля 1933 года, настоящим лишаю вас права преподавать в Гёттингенском университете”. Поразительно, что Нётер после этого осталась в городе и продолжила преподавать, но снова неофициально, у себя дома. Один студент имел наглость явиться к ней в коричневой рубашке штурмовика, члена военизированного нацистского формирования “Штурмовые отряды”, или СА. Нётер не проявила беспокойства.

К счастью, Нётер имела репутацию блестящего математика, и, когда стало известно о ее увольнении, ей предложили место в американском колледже Брин-Мар. Нётер эмигрировала, получив финансовую поддержку от Фонда Рокфеллера. С конца 1933 года она преподавала в Брин-Маре и Принстоне и через два года умерла от осложнений после неудачной операции. Через год после того, как Нётер покинула Гёттинген, нацистский министр образования Бернгард Руст спросил 71-летнего Давида Гильберта, слабого здоровьем ученого, который наблюдал, как его ближайших друзей и коллег вытесняют из страны, “действительно [ли] математический институт серьезно пострадал после ухода евреев”. “Пострадал? — ответил Гильберт. — Да ведь он вообще перестал существовать!”

И все же в 1933 году, несмотря на надвигающуюся бурю, были и слабые проблески надежды. Например, вскоре побега в Вену Лео Сцилард познакомился с директором Лондонской школы экономики Уильямом Бевериджем, который теперь лучше известен как основатель послевоенного британского социального государства. Сцилард и другие ученые, включая экономистов Игнаца Ястрова и Джейкоба Маршака, настояли, чтобы Беверидж обратил внимание на положение еврейских ученых в Германии. В результате вскоре после этого был создан Совет помощи ученым, в задачу которого входило спасение деятелей науки, лишившихся источников заработка.

По предложению Бевериджа Сцилард перебрался в Лондон, где неустанно работал над популяризацией деятельности Совета и организацией более широкой международной поддержки ученым, преследуемым нацистами. В Лондоне он жил на деньги, которые заработал при проектировании холодильника с Эйнштейном. Без них Сцилард не смог бы бежать из Германии, не говоря уже о том, чтобы посвятить столько времени помощи людям, которые бежали от нацистов. Таким невероятным способом холодильники Эйнштейна и Сциларда все-таки спасали жизни.

Информация материальна

Решительно незаурядный молодой человек.

Ученый Вэнивар Буш о Клоде Шенноне

Всякий раз, когда вы осуществляете поиск в интернете, океаны и атмосфера становятся чуточку теплее. Энергии, необходимой для выполнения примерно 100 поисковых запросов в Google (а мне не составляет труда превзойти это число за рабочую неделю), хватило бы, чтобы нагреть чашку воды и заварить чай. По собственным данным Google, в 2018 году компания потребила чуть более 10 млн мегаватт-часов энергии, а это сравнимо с энергозатратами небольшого государства вроде Литвы. Центры обработки данных по всему миру используют около 1 % мирового электричества. На долю информационных и коммуникационных технологий приходится более 2 % мировых выбросов углекислого газа — примерно столько же, сколько на долю авиации. По приводимым в некоторых исследованиях оценкам, к 2030 году информационный сектор будет потреблять 20 % мирового электричества.

Энергия необходима для питания машин, обрабатывающих и пересылающих информацию, и эта энергия в итоге становится бесполезной теплотой, которая рассеивается в океанах и атмосфере планеты. Информационная эпоха, как и промышленная революция XIX века, в основном поддерживается водой и паром. Эти вещества толкают турбины, которые генерируют большую часть переносящего информацию электричества. Установленные на огромных серверных фермах

системы охлаждения, отводящие теплоту от обрабатывающих информацию машин, как правило, также функционируют за счет термодинамических свойств воды.

В силу этого в последние годы наблюдается всплеск интереса к связи информации с термодинамикой. Можно ли сказать, что она имеет исключительно практический характер и объясняется способом создания компьютеров и коммуникационных систем? Или же она на самом деле глубже? Если так, то каким образом столь призрачная вещь, как информация, которая включает в себя такие разнообразные понятия, как мысли, слова, музыка, изображения, фильмы и даже гены, может быть связанной с четко определенными физическими величинами, например энергией и энтропией? И всегда ли при обработке информации рассеивается теплота и увеличивается энтропия Вселенной?

Пионеры информационной эпохи не задавались такими вопросами. Подобно первым конструкторам паровых машин и холодильников, не понимавшим лежащую в основе функционирования этих аппаратов науку, создатели ранних вычислительных технологий плохо разбирались в фундаментальных принципах их работы.

* * *

В начале 1910-х годов “Американская телефонная и телеграфная компания”, или AT&T, переживала тяжелые времена. “Мамаша Белл”, как называли ее в народе, была основана тестем Александра Грэхема Белла в 1877 году, но к началу XX века уже не выдерживала конкуренции со множеством небольших предприятий, обеспечивающих местную телефонную связь в различных американских городах. Не желая сдавать позиции, руководство AT&T разработало план прокладки первой линии дальней телефонной связи, которая должна была соединить два побережья США.

С технологической точки зрения задача была грандиозной. Телефонный микрофон генерирует сложный сигнал — и не без нужды, ведь этот сигнал представляет собой электрическую копию множества разных звуков, из которых состоит речь. Наши голосовые связки создают колебания давления воздуха, которые микрофон пытается воссоздать в качестве колебаний электрического тока. Динамик преобразует последние обратно в колебания давления воздуха, то есть в звук. Трудностей здесь немало. Микрофон и динамик телефона искажают сигнал, как и соединительные кабели сети. Даже при использовании лучших проводов сила сигнала снижается по мере его движения по сети, и вскоре он растворяется в фоновом шуме, то есть в совокупности случайных электрических эффектов, которые осложняют движение сигнала по проводу. Здесь можно увидеть намек на связь информации с термодинамикой — в частности, с ее вторым началом. Хотя на заре XX века инженеры этого не понимали, процесс искажения сообщения, которое становится все более неразборчивым, сходен с процессом рассеяния тепла.

Чтобы решить задачу по прокладке линии дальней телефонной связи, AT&T наняла команду ученых, наставником которых был Роберт Милликен, ведущий американский физик, в 1923 году получивший Нобелевскую премию. Такая мудрая стратегия окупилась сполна, когда студенты Милликена усовершенствовали устройство, называемое электронной лампой. Это позволило телефонным мастерам спроектировать усилители сигнала, которые поддерживали приемлемо низкий уровень фонового шума. Теперь разговоры могли перемещаться на 5000 км по медным проводам, натянутым на линии из 130 тысяч деревянных столбов, идущей через всю Америку. 25 января 1915 года Александра Грэхема Белла попросили в рекламных целях повторить слова, которые он произнес 39 годами ранее в ходе первого в истории телефонного разговора со своим давним ассистентом Томасом Уотсоном. Тогда они находились в одном здании. Теперь Белл был в Нью-Йорке, а Уотсон — в Сан-Франциско. “Мистер Уотсон, идите сюда, вы мне нужны!” — сказал Белл.