ОПТРОНИКА
Казалось бы, о чем еще мечтать? Но конструкторская мысль не знает пределов. Если упомянутая первичная ЭВМ была способна выполнять около тысячи отдельных операций в секунду, то сейчас мы подходим к быстродействию, измеряемому сотнями миллионов операций в секунду. И все же этого недостаточно. Поэтому проводятся опыты с оптическими интегральными схемами. Суть здесь состоит в том, что различные примеси влияют не только на электропроводность, но и на прозрачность полупроводниковых материалов. Прозрачность опять-таки может зависеть не только от наличия примеси, но и от различных условий, в которых находятся области с примесями.Оптическая интегральная схема — это снова кристалл полупроводника, в котором по различным путям между компонентами проходят не электрические токи, а световые лучи. В результате быстродействие оказывается выше еще примерно на порядок. Правда, само понятие «световой луч» здесь уже оказывается условным. Например, в так называемых голографических устройствах переработки информации состояния отдельных областей, которыми в данном случае являются группки из нескольких молекул — домены, определяются их намагниченностью. Намагничиваются или перемагничиваются домены с помощью светового луча. А почему нет? Ведь свет — это электромагнитные колебания, имеющие как электрическую, так и магнитную компоненту. Эта магнитная компонента вполне способна намагнитить отдельные области достаточно малых размеров. А размеры настолько малы, что появился даже специальный термин «молектроника».Так, может быть, мы достигли пределов возможного? Нет, отнюдь. Спросите любого специалиста по электронике, и он скажет вам, что, по его мнению, мы находимся лишь в самом начале пути. Оно и на самом деле так. Несмотря на всю фантастичность только что нарисованной картины, пока еще в области переработки информации мы не достигли в целом (хотя и превзошли, как говорят, по отдельным показателям) даже тех параметров, которых достигла природа в процессе эволюции. Но эволюция слепа — она действует методом проб и ошибок. Поэтому есть все основания ожидать, что целенаправленный инженерный поиск в конце концов превзойдет природу.
Но мы не только соревнуемся с природой, мы непрерывно учимся у нее и используем ее методы в своих целях. В качестве еще одного примера технических информационных систем рассмотрим новую, стремительно развивающуюся и чрезвычайно перспективную отрасль промышленной индустрии — иммунную биотехнологию.Для проведения химического анализа традиционными методами иногда приходится решать чрезвычайно сложные задачи. Например, чтобы с помощью химических методов отличить инсулин, взятый из поджелудочной железы свиньи, от инсулина бычьего, надо, чтобы оба препарата были абсолютно чистыми. Затем необходимо определить последовательность аминокислот в цепочке белковой молекулы и того и другого препарата, чтобы удостовериться, что в том месте молекулы свиного инсулина, где находится аминокислота треонин, в молекуле бычьего инсулина вместо нее стоит аминокислота аланин. Но так же точно выглядит и молекула инсулина овцы. Чтобы удостовериться, что это не она, надо рассмотреть еще один участок молекулы: в овечьем инсулине должна быть аминокислота глицин вместо аминокислоты серина, которая типична и для свиного и для бычьего инсулина. Легко представить себе, насколько сложен и длителен подобный анализ и какая требуется квалификация специалистов.Положение существенно упрощается, если использовать для анализа антитела. В 1890 году впервые в истории медицины американский и японский исследователи Беринг и Китазато использовали антитела на практике. Они вводили кроликам токсины (ядовитые продукты обмена веществ) возбудителя дифтерии и полученную от них сыворотку с антителами —антисыворотку-—использовали для лечения дифтерии у детей. Лечение оказалось в высшей степени успешным и применяется до сих пор. Только теперь вводят не цельную антисыворотку иммунизированных животных, а выделенные из них иммуноглобулины, которые и содержат антитела.Открытие антител и одновременное их прикладное использование было удостоено Нобелевской премии, которую Беринг и Китазато получили в 1902 году. И поныне технология получения антител—иммунная биотехнология— делится на три этапа: иммунизация животного соответствующим антигеном, получение от него кровяной сыворотки с антителами и выделение из нее максимально очищенных антител против данного антигена, будь то микроб или токсин, клетка животного происхождения или гормон, фермент или любой белок.Для выделения нужного антитела можно использовать следующие приемы. Сначала животное иммунизируют (а проще говоря, заражают) смесью различных веществ, в которой содержится и то вещество, для которого нужно получить антитела. Вступает в действие иммунный механизм животного, и вырабатываются антитела против всех веществ, входящих в состав смеси. Для каждого вещества вырабатывается своя, сугубо специфичная группа антител, никак не реагирующая на другие вещества. Затем получают сыворотку, которая, очевидно, содержит все эти антитела. Теперь задача сводится к тому, чтобы выделить только одну, интересующую нас группу антител. Для этого поступают следующим образом. Смешивают сыворотку со смесью различных веществ, которые теперь заведомо не содержат данного вещества (например, овечьего инсулина). В результате взаимодействия все другие антитела, прореагировав с соответствующими веществами, потеряют активность и в смеси останутся лишь нужные антитела. Они и могут быть использованы для выполнения анализов.С помощью антител упомянутые выше три вещества можно проанализировать всего за несколько часов. Причем чувствительность анализа высочайшая — до 10-12 грамма на литр, то есть антитела выловят инсулин из среды даже в том случае, если в литре его будет всего лишь одна триллионная доля грамма. Доверить эту операцию можно начинающему экспериментатору. И вовсе не надо иметь очищенные препараты — они могут быть с чем угодно смешаны и входить в состав сложнейших многокомпонентных систем, например, в сыворотку крови, питательную среду, в которой выращивались микроорганизмы, в смесь на выходе сложных биохимических реакций.Вряд ли следует указывать здесь, что всякий анализ — это метод получения информации о составе анализируемого вещества, а анализ, проводимый со столь высокой точностью, позволяет получить очень большое количество информации.Информационная техника и информационные методы буквально пронизывают сейчас все, с чем приходится ежедневно сталкиваться современному человеку. Поэтому, заканчивая главу, посвященную роли информации в технике, мы должны сказать, что в предшествующих строках мы не только не нарисовали сколь-нибудь исчерпывающей картины присутствия информации в различных системах, но не сделали даже одного мазка этой картины. Несколько рассмотренных нами примеров выбрано из огромного множества подобных им, и понадобились они лишь для того, чтобы помочь прийти в следующей главе к некоторым заключительным выводам.
СУЩЕСТВУЮТ ЛИ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ?
Эту последнюю главу мы начнем с рассмотрения двух примеров, которые не подошли ни под один из заголовков предыдущих глав. Первый пример мы заимствовали из статьи Д. Киржница и В. Фролова, опубликованной в одиннадцатом номере журнала «Природа» за 1981 год.Черные дыры — эти гипотетические небесные объекты — в последние годы привлекают к себе большое внимание. Их аномально сильное тяготение действует как своего рода клапан: вещество непрерывно захватывается таким объектом и падает на него, как в дыру.В то же время никакое тело, даже квант света, не может вырваться из этих объектов наружу, поэтому любому внешнему наблюдателю они должны представляться черными.Пока с уверенностью нельзя сказать, что черные дыры открыты, хотя возможность их существования неизбежно следует из общей теории относительности.Согласно общей теории относительности вблизи тяготеющих масс пространство искривляется. Если тяготеющая масса очень велика, такое искривление пространства приводит к его замыканию. Подобное замкнутое пространство и есть черная дыра. Обнаружение черных дыр, в которые так верит большинство специалистов, имело бы чрезвычайно важное значение для астрофизики и космологии. Однако уже сегодня интерес к черным дырам выходит далеко за рамки науки о космосе. В процессе исследования этих необычных объектов обнаружилась их глубокая связь с фундаментальными проблемами физики. В частности, это связано с удивительными термодинамическими свойствами черных дыр, которые, как оказалось, в принципе не могут быть холодными телами, а обязательно должны излучать подобно нагретому до определенной температуры черному телу. Такое явление называют эффектом Хокинга.
