Джон Фарндон - Вопрос на засыпку. Как заставить мозги шевелиться

При столкновении света с материей фотоны редко проходят через нее. Как правило, они притягиваются электронами – если и дальше пользоваться аналогией с лесом, то это как если бы наших беглых солдат поймали на опушке, – и электроны забирают их энергию. В случае с непрозрачными веществами б о льшая часть этой энергии превращается в тепло – именно потому стены нагреваются на солнце. В случае с оконным стеклом, однако, большинство электронов лишь приходят в возбужденное состояние на короткий срок, после чего «отпускают» оставшуюся энергию в виде новых фотонов, как правило, с идентичной энергией.

Таким образом, когда солнце светит в окно, фотоны не проходят сквозь него. Они поглощаются атомами в стекле – и затем заново испускаются несколько раз, прежде чем оказаться на другой стороне с высокой, но не стопроцентной вероятностью. Но почему электроны большинства твердых тел поглощают фотоны, а стекло – нет? Все дело в энергетических уровнях. Электроны, вращаясь вокруг ядра, располагаются на определенных уровнях, и если они поглотят фотон, то перейдут на более высокий уровень. Для непрозрачных твердых тел фотоны, по-видимому, обладают достаточным количеством энергии, чтобы электроны могли перейти на следующие уровни. Но стекло относится к особому типу тел, называемых аморфными. В таких телах расстояние между энергетическими уровнями гораздо больше, и фотоны видимого света не обладают достаточной энергией, чтобы позволить электронам переходить на другие уровни, поэтому большинство из них не поглощается. Стекло замедляет видимый свет, рассеивает, отражает или поглощает лишь его малую часть. А вот ультрафиолетовый свет несет достаточное количество энергии, и потому его фотоны поглощаются стеклом.

В целом вторичное излучение фотонов происходит так быстро, что передача света через стекло, хоть и замедляется до половины скорости света в вакууме, происходит практически моментально. Однако фантасты писали с присущей им мечтательностью о «медленном стекле»: окне, через которое свет проходит так неторопливо, что его можно упаковать, объездить с ним весь мир и спустя несколько месяцев любоваться неизменным видом. В 2013 году ученые из Франции и Китая поместили молекулы красителя в жидкокристаллическую матрицу, чтобы замедлить групповую скорость света до одной миллиардной его максимальной скорости (при добавлении атомов натрия, охлажденных до одной миллионной градуса выше абсолютного нуля, в состоянии, называемом конденсатом Бозе – Эйнштейна, свет может полностью остановиться). Также в 2013 году сотрудники Саутгемптонского университета сумели перегруппировать атомы кристаллов стекла, тем самым создав феноменальную «память стекла». Триста шесть терабайт информации может храниться в пластине размером с компакт-диск на протяжении нескольких столетий.

Впрочем, одним из наиболее экстраординарных свойств стекла является не прозрачность, а частичное отражение. Объяснение этого явления на квантовом уровне настолько запутанно, что я даже не буду пытаться его приводить.

Я решил прибегнуть к относительно сложному квантовому объяснению проходимости света через стекло, отвечая на вопрос «Как мы видим сквозь стекло?», но, разумеется, есть и другие пути. Например, я мог сосредоточиться на первой части вопроса – «как мы видим» – и рассмотреть способность человека фиксировать визуальные образы с позиций научного знания, рассказав не только о физическом восприятии образов органами зрения, но и о процессе обработки этих изображений мозгом. Надо было так и поступить, вышло бы гораздо проще…

Если исходить из того, что мыслительные процессы требуют наличия мозга, то ответ однозначно «нет», поскольку термостат не обладает мозгом. Но что такое мышление? И можно ли думать, не имея мозга?

Мышление – это то, чем мы занимаемся круглосуточно. Наша жизнь полна мыслей: банальных, глубоких, забавных, грустных, умных и (чаще всего) не очень… Они постоянно ураганом несутся сквозь наши головы – даже когда мы намеренно пытаемся ни о чем не думать.

Иногда мы сознаем свои мысли. Иногда они просто существуют на задворках нашего разума, в то время как мы даже не подозреваем об их существовании. Попробуйте подумать о том, как вы думаете, – и вы внезапно ощутите, что ваша голова переполнена мыслями, что вы успеваете уловить лишь некоторые из них, в то время как остальные проносятся мимо. Таким образом, мышление связано с сознанием, но они – два разных понятия, и термостату не обязательно обладать сознанием для наличия способности думать (я вернусь к этой проблеме позже).