Передача інформації в часі

Введення

Існує безліч способів передачі інформації в просторі. Наприклад,

послати листа з Москви до Нью-Йорка можна або поштою, або через інтернет, або з використанням радіосигналів. Причому людина, що знаходиться в Нью-Йорку може написати відповідь лист і послати його в Москву будь-яким з вище зазначених способів.

Інакше йде справа з передачею ірформаціі в часі. Наприклад, в 2010 році

потрібно послати листа з Москви до Нью-Йорка, але так, щоб цей лист могли

прочитати в Нью-Йорку в 2110 році. Як це можна здійснити? І яким чином

людина, яка прочитає даний лист в 2110 зможе переправити відповідь

листа до Москви в 2010 рік? Можливі варіанти вирішення подібного роду питань будуть дані в даній роботі.

1. Пряма задача передачі інформації в часі

По-перше, розглянемо методи розв`язання прямих задач передачі інформації у часі (з минулого в майбутнє). Наприклад, в 2010 році потрібно послати листа з Москви до Нью-Йорка, але так, щоб цей лист могли прочитати в Нью-Йорку в 2110. Як це можна здійснити? Найпростіший метод вирішення такого роду завдання добре відомий з давніх часів - це використання речових носіїв інформації (паперу, пергаменту, глиняних табличок). Таким чином, спосіб передачі інформації в Нью-Йорк 2 110 року може бути, наприклад, таким: необхідно написати послання на папері, відправити його поштою з проханням, щоб даний лист зберегли в архіві Нью-Йорка до 2 110 року, а потім прочитали ті, кому цей лист призначається. Однак, папір - це не надто довговічний хранитель інформації, вона схильна до окислення і термін її придатності обмежений у кращому випадку кількома сотнями років. Для того щоб передавати інформацію на тисячі років вперед можуть знадобитися вже глиняні таблички, а на інтервалах в мільйони років - таблички з нізкоокісляемих і високоміцних металевих сплавів. Так чи інакше, але, принципово, питання передачі інформації з минулого в майбутнє людство вирішило давно. Сама звичайна книга - це і є спосіб надіслати інформацію нащадкам.

2. Зворотній завдання передачі інформації у часі

Тепер розглянемо методи розв`язання обернених задач передачі інформації у часі (з майбутнього в минуле). Наприклад, в 2010 році людиною А посланий лист з Москви до Нью-Йорка і належить в Нью-Йоркський архів на сто років. Яким чином людина B, який прочитає даний лист в 2 110 року зможе переправити відповідь лист до Москви в 2010 рік? Іншими словами, як людина A, який писав даний лист, може отримати відповідь з 2 110 роки?

На перший погляд, завдання звучить фантастично. З погляду простого обивателя,

отримання інформації з майбутнього здійснити неможливо. Але згідно з уявленнями теоретичної фізики це далеко не так. Наведемо простий приклад.

Розглянемо замкнуту систему n матеріальних точок з позицій класичної механіки. Припустимо, що відомі координати і швидкості кожної з цих точок в деякий момент часу. Тоді, вирішуючи рівняння Лагранжа (Гамільтона) ([6]), ми можемо визначити координати і швидкості всіх цих точок у будь-який інший момент часу. Іншими словами, застосовуючи рівняння класичної механіки до замкнутій системі механічних об`єктів, ми можемо отримувати інформацію з майбутнього про стан даної системи.

Інший приклад: розглянемо поведінку електрона в стаціонарному полі сил тяжіння атомного ядра з погляду квантово-механічних уявлень

Шредінгера-Гейзенберга ([6]). Припустимо також, що впливом інших зовнішніх полів можна знехтувати. Знаючи хвильову функцію електрона в деякий момент часу і потенціал поля атомного ядра можна обчислити дану хвильову функцію в будь-який інший момент часу. Тим самим можна розрахувати ймовірність знаходження електрона в тій чи іншій точці простору в той чи інший проміжок часу. Іншими словами, ми можемо отримувати інформацію з майбутнього про стан електрона.

Однак виникає питання: якщо закони як класичної, так і квантової фізики говорять нам про те, що інформацію з майбутнього отримувати можна, чому ж це досі не здійснювалося на практиці в звичайному житті? Іншими словами, чому жодна людина в світі не отримував ще листи від своїх далеких нащадків, написаного, наприклад, в 2110?

Відповідь на це питання лежить на поверхні. І у випадку з системою матеріальних точок, і у випадку з електроном в полі атомного ядра, ми розглядали поведінку замкнених систем, тобто таких систем, впливом зовнішніх сил на які можна знехтувати. Людина не є замкнутою системою, він активно обмінюється речовиною та енергією з навколишнім середовищем.

Таким чином, ми отримали умова розв`язання оберненої задачі для передачі інформації у часі:

Для здійснення передачі інформації в часі всередині відкритої підсистеми

необхідно з достатньою точністю дослідити поведінку мінімально можливою замкнутої системи, що містить дану підсистему.

По всій видимості, для людства як сукупності відкритих підсистем (людей), мінімально можливою замкнутою системою є Земна куля разом з

атмосферой.Такую систему будемо називати ПЗСЗ (або наближеній до замкнутої

системою Землі). Слово "наближена" вживається тут у зв`язку з тим очевидним фактом, що абсолютно точно соответствющая теоретичного определеніяю замкнутих систем в природі не існує ([7]). Таким чином, для того щоб передбачити поведінку однієї людини в майбутньому необхідно вивчити і передбачити поведінку в сукупності всіх складових планети Земля і її атмосфери. Причому точність, з якою необхідно робити відповідні розрахунки, повинна бути не менше, ніж розміри клітини. Дійсно, перш ніж написати лист, людина А повинен подумати, про що писати цей лист. Думки виникають за допомогою передачі електромагнітних імпульсів між нейронами в головному мозку. Отже, для того щоб передбачити думки людини, необхідно передбачити поведінку кожної клітини в мозку у людини. Приходимо до висновку, що точність, з якою необхідно знати початкові дані для ПЗСЗ істотно перевершує точність будь-яких сучасних вимірювальних приладів.

Однак з розвитком нанотехнології є надія, що потрібної точності приладів можна буде досягти. Для цього необхідно "заселити" Землю нанороботами. А саме, в кожну частину ПЗСЗ, порівнянну за своїми розмірами, з розмірами клітини, (будемо називати її наносотой) необхідно помістити наноробота, який повинен вимірювати параметри наносоти і переправляти їх у потужний комп`ютер (будемо називати його наносервером). Наносервер повинен обробляти інформацію від усіх нанороботів з ПЗСЗ і отримувати єдину картину поведінки ПЗСЗ з необхідною для передачі інформації в часі точністю. Сукупність усіх нанороботів, "заселили" таким чином Землю і атмосферу будемо називати стільниковим наноефіром. При цьому всю вищеописану конструкцію, що складається з наноефіра і пов`язаного з ним наносервера назвемо ТПІВ ПЗСЗ (або технологією передачі інформації в часі на основі наближеної до замкнутої ситеми Землі). Взагалі кажучи, такого роду технології вимагають, щоб в кожній клітині людського тіла знаходився наноробот. Однак, якщо розміри нанороботів будуть нічточно малі, в порівнянні з розмірами клітини, то людина не буде відчувати присутність нанороботів в своєму тілі.

Таким чином, хоча в наш час у промислових масштабахах неможливо вирішити зворотну задачу передачі інформації в часі, в майбутньому, з розвитком

нанотехнологій, така можливість швидше за все з`явиться.

У подальших міркуваннях термін ТПІВ ми застосовуватимемо до всіх технологій, описаним нами в пунктах 1 і 2.

3. Зв`язок передачі інформації в часі з передачею інформації в просторі.

Треба відзначити, що планета Земля віддає енергію у вигляді інфрачервоного випромінювання в космічний простір і отримує енергію у вигляді світла від Сонця і зірок. Обмін енергією з космосом відбувається і більш екзотичними способами, наприклад, за допомогою падіння метеоритів на Землю.

Наскільки ПЗСЗ придатна для практичної передачі інформації в часі, повинні показати майбутні експерименти у сфері нанотехнологій і наноефіра. Не виключений варіант, що сонячне випромінювання буде вносити істотну погрішність в методи аналізу ПЗСЗ і наноефіром необхідно заповнити всю Сонячну стстему, реалізуючи тим самим технологію ПІВ ПЗСС (або технологію передачі інформації в часі на основі наближеної до замкнутої ситеми Сонця). При цьому, ймовірно, що в ПЗСС середня щільність наноефіра може бути менше, ніж щільність наноефіра на Землі. Але й ПЗСС буде обмінюватися енергією з навколишнім середовищем, наприклад, з найближчими зірками. У зв`язку з цим очевидно припущення, що практична передача інформації в часі буде здійснюватися з певними перешкодами.

Крім того, похибка, пов`язану з незамкнутістю реальних систем, може

істотно збільшити і людський фактор. Припустимо, вдалося здійснити ТПІВ на основі ПЗСЗ. Але людство вже давно запускає космічні апарати за межі атмосфери Землі, наприклад, для дослідження Місяця, Марса,

супутників Юпітера та інших планет. Ці космічні апарати обмінюються

сигналами із Землею, тим самим порушуючи замккнутость ПЗСЗ. Причому, електромагнітні сигнали, що містять інформацію, мабуть, набагато більш сильно впливають на порушення замкненості, ніж випромінювання від зірок, яке не несе ніякого інформаційного навантаження, а, отже, не так сильно впливає на поведінку людей. ПЗСЗ і ПЗСС - це окремі випадки пріблженних до замкнутих систем об`єктів (ПЗСО). Таким чином, ми приходимо до висновку, що для якісної передачі інформації у часу усередині ПЗСО необхідно, зокрема, максимально можливо обмежити обмін інформаційними сигналами між ПЗСО і зовнішнім світом.

Крім кількості перешкод, викликаних неповною замкнутістю реальних систем, завадостійкість ТПІВ буде також визначатися обсягом ПЗСО. Чим більше просторові розміри ПЗСО, тим менший помехоустойчивостью буде володіти ТПІВ. Дійсно, кожен наноробот буде передавати сигнал на наносервер з деякою погрішністю, залежної, зокрема, від похибки вимірювальних приладів наноробота. У загальному випадку, при обробці даних на наносервере, похибки від усіх нанороботів будуть складатися, тим самим зменшуючи завадостійкість ТПІВ.

Крім того, існує ще один важливий фактор возніковенія перешкод - це глибина проникнення в часі. На даному факторі перешкод зупинимося більш докладно. Розглянемо вже згаданий нами приклад системи матеріальних точок, що підкоряється законам класичної механіки. У загальному випадку, для знаходження координат і швидкостей точок у будь-який момент часу нам необхідно вирішувати (наприклад, чисельно ([4], [9])) диференціальні рівняння Лагранжа (Гамільтона). Очевидно, що з кожним кроком по часу звичайно-різницевого алгоритму, похибка рішення, що вноситься шумами в початкових даних, буде ставати все більш істотною. Нарешті, на якомусь кроці, шуми перевищать рівень корисного сигналу і алгоритм розійдеться. Таким чином, ми приходимо до висновку, що на відносно малих проміжках часу похибка передачі інформації в часі буде менше, ніж на відносно великих тимчасових інтервалах. Причому, чим сильніше шуми в початкових даних, тим меншої глибини за часом ми можемо достич. А шуми в початкових даних безпосередньо залежать від похибок, викликаних порушенням замкнутості і пропорційних обсягом ПЗСО. Отже, ми приходимо до висновку:

Максимально можливі відстані передачі інформаційних сигналів в просторі і в часі пов`язані між собою за законом зворотного пропоционально.

Дійсно, чим більшу глибину проникнення сигналу в часі потрібно забезпечити для ТПІВ, тим менших розмірів і з меншим енергообміну (із зовнішнім середовищем) необхідно розглянути ПЗСО. Запишемо дане твердження у вигляді математичного співвідношення:

(1) dxdt = f,

де dx - відстань від центру мас ПЗСО до точки простору, між якою і центром мас здійснюється обмін інформацією. dt - глибина проникнення інформаційного сигналу в часі, f - константа, яка не залежить від dx і dt.

Незалежність константи f від будь-яких фізичних параметрів носить гіпотетичний характер. Крім того, точне значення даної константи незвестно і є завданням майбутніх експериментів з наноефіром. Відзначимо також схожість даної закономірності з відомими співвідношеннями квантової фізики Гейзенберга ([6], [7]), де в правій частині стоїть постійна Планка.

4. Деякі історичні відомості і аналогії

На початку двадцятого століття була створена технологія передачі інформації

в 3D просторі за допомогою електромагнітних сигналів. Розробкою цієї

технології одночасно і незалежно один від одного займалися багато

вчені того часу (Попов, Марконі, Тесла та ін.). Однак промислове впровадження радіо здійснив Марконі. В кінці дев`ятнадцятого століття конкуренту Марконі, Теслі (спільно з Едісоном), вдалося створити технологію передачі електромагнітної енергії на великі відстані по металевих дротах. Після цього Тесла намагався здійснити передачу як інформації так і енергії, але вже бездротовим способом. А Марконі поставив перед собою більш скромну мету: обмін лише інформацією з мінімальними витратами енергії на ці цілі.

Після успіху Марконі експерименти Тесла були згорнуті у зв`язку з тим,

що радіопередача виявилася достатньою для промислових потреб того часу.

Отже, у разі обміну інформацією в пронстранстве, ми маємо, принаймні, два принципово різних підходи: передачу тільки інформації

з мінімалнимі витратами енергії (метод Марконі) і передачу як інформації

так і енергії в просторі (метод Тесла). Як показала історія, метод Марконі виявився практично здійсненним і став основою науково-технічного прогресу

в двадцятому столітті. При цьому Метод Тесла, хоча і отримав своє гідне застосування в техніці (змінний струм), в бездротовому сенсі повного практичного підтвердження свого не отримав ні в промислових масштабах, ні на експерименті.

У разі ТПІВ ситуація якісно така ж. Подання про подорожі в часі, яке можна отримати з фантастичної літератури, в цілому відповідає другому підходу, а саме, методу Тесла, і належить до тимчасових переміщень молекулярних тіл або, іншими словами, до передачі енергії в часі. Метод Тесла досі не вдалося повною мірою здійснити на практиці ні для просторових, ні для тимчасових переміщень, і, можливо, він так і залишиться тільки плодом уяви письменників-фантастів.

При цьому, передача інформації в часі, без істотного перенесення енергії, - це качественнний перший підхід до обміну інформацією, який відповідає принципам Марконі. Частково, ТПІВ здійснена на практиці і в наш час (див. Пункти 1 і 2), і є певні надії, що повною мірою дані технології будуть створені в майбутньому.

Вперше, припущення використовувати підхід Марконі до можливості передачі інформації в часі було висловлено математиком Лідією Федоренко в 2000 році. Похилий вік і слабке здоров`я не дозволили їй интесивно продовжувати дослідження в даному напрямку. Проте їй вдалося сформулювати твердження про обмін інформацією в просторі-часі, яке, на думку автора, можна назвати принципом Марконі-Федоренко:

У просторово-часовому континуумі ([1], [6]) передача енергії або принципово неможлива, або вимагає набагато більш складною технологічної бази, ніж передача інформації.

Даний принцип цілком і повністю ґрунтується на експериментальних фактах. Дійсно, наприклад, здійснювати управління марсоходом за допомогою радіосигналів набагато менш енергозатратно, ніж доставити даний марсохід на Червону планету. Інший приклад, якщо людині А, що живе в Москві, потрібно переговорити з людиною В, котра проживає в Нью-Йорку, то для людини А це набагато легше зробити по телефону, ніж витрачати багато сил і часу на переліт через Атлантику. Марконі, винаходячи радіо, також керувався даним принципом, бо пересилаючи допомогою електромагнітних сигналів лише інформацію, можна істотно заощадити на енерговитратах. Крім того, згідно з принципом Марконі-Федоренко можна виключати ймовірність того, що в ряді випадків передача енергії в просторово-часовому континуумі принципово неможлива. Відсутність будь-яких експериментальних фактів переміщення енергії (наприклад, молекулярних тіл) назад у часі (наприклад, з теперішнього часу в минуле), очевидно, свідчить на користь даного принципу.

У даній статті хочеться ще раз відзначити, що передача інформації в часі (ТПІВ) - це не фантастика, це реальні технології, які частково існують і зараз, які постійно вдосконалюються, і, швидше за все, досягнуть свого максимального практичного застосування в самому найближчому майбутньому. На основі цих технологій можна буде обмінюватися інформацією з людьми як з минулого, так і з майбутнього.

Хочеться також відзначити, що принципи ТПІВ істотно відрізняються як

теоретично так і технічно від підходів Тесли (тобто тих підходів до подорожей у часі, які можна почерпнути з фантастичної літератури і які логічно назвати "технологією" передачі енергії в часі (ТПЕВ)).

Однак і ТПІВ і ТПЕВ мають під собою одну й ту ж ідеологічну основу:

бажання людей обмінюватися інформацією як через простір, так і через час. Тому розумно запозичувати частина термінології ТПЕВ стосовно до апаратної стороні ТПІВ. У наступному параграфі ми спробуємо визначити, що з точки зору ТПІВ є аналогом основного технологічного пристрою

ТПЕВ, а саме, машини часу.

5. Деякі технічні характеристики ТПІВ

У фантастичній літературі можна знайти в різних варіантах опис машини, якогось технічного пристрою, за допомогою якого людина може здійснювати подорожі в часі. Це пристрій називається машина часу. З погляду ТПІВ повний аналог даного пристрою зробити неможливо, так як у просторі передається не енергію (не молекулярні тіла), а всього лише інформація (інформаційні сигнали). Однак, для ТПІВ є можливість зробити апарат, який за своїми основними функціональними можливостями буде практично відповідати машині часу. Даний апарат ми називатимемо машиною часу, що відноситься до ТПІВ або, скорочено, МВТПІВ.

Отже, опишемо основні принципи дії МВТПІВ. Частково нам вже зрозуміло, за рахунок чого МВТПІВ буде функціонувати. Основою передачі сигналів через МВТПІВ служитиме наноефір, що заповнює ЗСО. Ці сигнали буде обробляти наносервер і передавати на МВТПІВ. Припустимо, людині А, що живе в 2015 році потрібно прийняти повідомлення від людини В, що живе в +2115 році. Він набирає на консолі управління МВТПІВ дані людини В (наприклад його паспортні дані або щось інше) і відправляє запит на наносервер. Наносервер обробляє запит користувача А, перевіряє, чи існує людина У в 2115 році, посилав він будь-які повідомлення людині А в 2015 рік. При виявленні сответствующих повідомлень, наносервер відправляє їх на МВТПІВ користувача А. Якщо ж людина А не знає дані людини В, то він може просто звернутися на сервер із запитом, не залишав хто-небудь для нього повідомлень з майбутнього. Аналогічно, якщо користувачеві А потрібно відправити повідомлення користувачу В на сто років вперед, то він на консолі МВТПІВ набирає дане повідомлення і відправляє його на наносервер. Наносервер запам`ятовує це повідомлення і через сто років передає його людині В. Відзначимо, що для передачі інформації вперед в часі (від А до В) використання наносервера необов`язково, а цілком достатньо для даної мети використовувати звичайне запам`ятовуючий пристрій, на якому можна зберігати інформацію протягом ста років (див. пункт 1). Також зауважимо, що для зв`язку наносервера і МВТПІВ можна використовувати радіосигнали. Таким чином, технологічно, МВТПІВ буде являти собою пристрій, цілком аналогічне мобільному телефону або рації. Більш того, будь-який самий звичайний сучасний мобільний телефон може функціонувати як МВТПІВ. Але для цього він повинен приймати радіосигнали немає від вузла стільникового зв`язку, а від наносервера. Однак, нетривіальний момент всієї вищеописаної технології полягає в зворотної передачі інформації у часі (від В до А), де вже необхідно задіяти наноефір.

Отже, можна сподіватися, що в майбутньому, з розвитком технологій, дві людини, розділені між собою часовим проміжком в сто і більше років зможуть спілкуватися між собою подібно до того, як у наш час люди розмовляють один з одним по мобільному телефону.

6. Практичне застосування ТПІВ.

Інтерес автора до питання створення машини часу обумовлений рядом причин, але головна з яких полягає у вивченні питання воскресіння людей після їхньої смерті. Автором в даному питанні переслідується не тільки науково-практичний інтерес, а й особисті зобов`язання повернути до життя свою бабусю, математика і філософа, Лідію Федоренко. Питання воскресіння людей в даний час розкритий широко лише у релігійному та фантастичній літературі, в науковому світі з цього приводу переважають швидше скептичні настрої.

Однак, технології типу ТПІВ дозволяють дати певну надію родичам померлих на можливість воскресіння їх близьких в недалекому майбутньому. Справа в тому, що теоретично, наносервер, роблячи свої розрахунки в інверсному часу ([3], [6]) (т. Е. Описуючи минуле за початковими даними), може з достатньою точністю відновити будова кожної клітини всіх живих організмів в ПЗСЗ, в тому числі, і клітин головного мозку будь-якої людини, коли-небудь живе на землі. Це означає, що за допомогою ТПІВ на основі ПЗСЗ можна відновити інформацію, що міститься в головному мозку людини на будь-який момент часу в минулому. Говорячи повсякденною мовою, можна відтворити душу людини і перекачати її в наносервер. Анологично можна відновити і ДНК клітини людини. Таким чином, отримавши всю вищеперелічену інформацію з минулого, можна клонувати по ДНК тіло померлої людини і перекачати туди його душу з наносервера, тим самим виконавши повне воскоешеніе.

Можна припустити, що в майбутньому, коли МВТПІВ буде коштувати не більше, ніж звичайний мобільний телефон, технології воскресіння людей будуть практично безкоштовними. Мабуть, через кілька десятиліть єдиним юридичною перешкодою воскресіння, наприклад, Юлія Цезаря або Людовика Шістнадцятого буде лише юридичне питання (відсутність письмового заповіт померлого з побажанням воскреснути). Технічних перешкод оживити будь-якого раніше померлої людини, швидше за все, не буде. Таким чином, на думку автора, в даний час, необхідно створювати громадські організації, які будуть збирати і зберігати юридично завірені заповіти громадян, з тим щоб всі бажаючі воскреснути в майбутньому, змогли це зробити законно.

Висновок

У даній роботі були розглянуті теоретичні, технічні та практичні аспекти технології передачі інформації в часі, технології, яка виникла в стародавньому світі, активно розвивалася в двадцятому столітті, і, мабуть, досягне вершини свого розвитку в найближчі кілька десятиліть. Однак, в даний час деталі даної технології потребують суттєвого опрацювання. Наприклад, неясно точне значення константи f у співвідношенні просторово-часової невизначеності (1). Крім того, саме співвідношення вимагає експериментальної перевірки. (Зауважимо, що подібну перевірку, по всій видимості, можна чисельно здійснити вже зараз, з використанням сучасної комп`ютерної техніки.) Невідомі також оцінки похибок (шумів), пов`язаних з відхиленням від замкнутості всіх реально існуючих систем тел (у тому числі ПЗСЗ і ПЗСС), необхідна плоность наноефіра, необхідні характеристики наносервера і т. д.

Частина з існуючих в цьому напрямку завдань можна вирішувати вже зараз (головним чином за допомогою чисельного моделювання на комп`ютері). Є певна група проблем, які вимагають більш серйозного рівня розвитку нанотехнологій, ніж ми маємо нині. Однак, досить впевнено можна говорити про те, що всі ці завдання можуть бути вирішені досить скоро, у найближчі кілька десятків років. Автор планує продовжувати свої теоретичні та практичні дослідження в даному напрямку. Питання та пропозиції прохання надсилати на електронну адресу: [email protected].

Література:

1. Борн М .. ейнштейнівської теорія відносності. - М .: МИР, 1972.

2. Blagovestchenskii AS, Fedorenko DA Inverse problem of acoustic wave propagation in a structure with weak lateral inhomogeneity. Proceedings of the International Conference "Days on Diffraction". 2 006.

3. Васильєв. Рівняння математичної фізики. - М .: Наука, 1981.

4. Калінкін. Чисельні методи. - М .: Наука, 1978.

5. Курант Р., Гільберт Д .. Методи математичної фізики в 2 томах. - М .: Физматлит, 1933/1945.

6. Ландау Л. Д., Ліфшиц Е. М. Теоретична фізика в 10 томах. - М .: Наука, 1969/1989.

7. Савельєв. Курс загальної фізики в 3 томах. - М .: Наука, 1982.

8. Смирнов В.І .. Курс вищої математики в 5 томах. - М .: Наука, 1974.

9. Федоренко Д. А., Благовіщенський А. С., Каштан Б. М., Mulder W. Зворотній завдання для рівняння акустики. Матеріали міжнародної кнференціі "Проблеми геокосмосі". 2 008.