Серия «Интересное, разное»

С большой долей вероятности, даже если вы никогда не сдавали ДНК-тест, вас уже можно идентифицировать.

Начать этот пост хочу с истории, начавшейся полвека назад в городе Висейлия в штате Калифорния, где начал свою криминальную карьеру один из наиболее дерзких и опасных преступников того времени. Поначалу он вламывался в дома и похищал мелкие ценные вещи, наличность, ювелирные украшения. В общей сложности, за период с 1976 по 1979 годы он совершил более 100 краж со взломом. Полиция оказалась бессильна, преступник скрывал своё лицо, а описания, составленные свидетелями, были бесполезны.

В течение этого периода преступник колесил по всей Северной Калифорнии и, войдя во вкус, добавил к кражам ещё и изнасилования, терроризируя местное население. По местному телевидению регулярно передавали рекомендации запирать двери, так как преступник может всё ещё находиться поблизости.

В 1979 году он перемещается на юг Калифорнии и добавляет к своему «послужному списку» ещё и убийства. На его счету числится по меньшей мере 13 убийств и более 50 эпизодов сексуального насилия.

Следователи, базируясь на т.н. modus operandi (образ действий) преступника, пришли к выводу, что все эти преступления совершал один и тот же человек. На преступление он шёл в маске. Вламывался в дом и, угрожая пистолетом, обычно связывал мужчину, приказывал лежать и не двигаться. Затем он клал тарелки на спину жертвы и говорил, что если услышит звон тарелок, то убьёт всех обитателей дома. После этого, он тащил женщину в соседнюю комнату и насиловал её, после чего, не торопясь, обходил все помещения, собирая ценные вещи, иногда даже задерживался, чтобы перекусить на кухне, после чего уходил. В некоторых случаях, он, впрочем, всё-таки, убивал своих жертв.

Описание преступника со слов жертв.

Несмотря на большое количество криминальных эпизодов, никаких особых зацепок, которые бы могли помочь в его поимке, преступник не оставлял. Не оставлял он и отпечатков пальцев, так как всё время был в перчатках. У него было несколько прозвищ: Original Night Stalker, East Area Rapist, Visalia Ransacker, но самое известным стало The Golden State Killer (Убийца из Золотого штата).

Серию этих преступлений прекратилась лишь спустя 10 лет после её начала, в 1986 году. Преступник так и не был бы пойман, если бы не упорство следователя Пола Хоулса (Paul Holes).

Пол Хоулс в молодости

Он выслеживал преступника десятилетиями и в конечном счёте его усилия принесли успех. Но обо всём по порядку.

В 1990 году ФБР начало работу над тем, что впоследствии станет известно как National Genetic Database (Национальная генетическая база данных). В неё вносятся данные профилей ДНК лиц, осуждённых за какие-либо преступления. В каждой из наших клеток есть 23 пары хромосом, часть из них мы получаем от своей матери, а другую – от отца. В определённых местах данных хромосом имеются короткие повторяющие закономерности из цепочек азотистых оснований: аденин (А), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C). Такие последовательности (короткие тандемные повторы или микросателлиты) уникальны для каждого человека, именно на этом основан принцип идентификации по ДНК, так как шанс на то, что два разных человека имеют одинаковое количество таких повторов, исчезающе мал.

База данных ФБР сейчас насчитывает около 18 миллионов таких профилей. Содержала она так же и генетический профиль «Убийцы из золотого штата», так как метод идентификации личности по ДНК был впервые применён в 1986 году (и это, скорее всего, не случайно, что преступник прекратил свою «карьеру» именно в это время).

Однако, даже имея генетический профиль убийцы, следователи по-прежнему не имели ни малейшего понятия о его личности, так как для его нахождения необходимо было сравнить имеющийся профиль с теми, что уже были занесены в базу данных. Хоулс даже делал запросы в Интерпол в надежде, что преступник мог наследить в других странах, однако всё было безрезультатно.

На что никак не мог рассчитывать преступник, так это на то, насколько быстро начнут развиваться исследования в области генетики. В 2003 году, после «всего» 13 лет исследований был полностью расшифрован геном человека, и множество частных лабораторий стали предлагать генетическое профилирование на коммерческой основе как услугу, которая оказалась весьма востребованной у определённой части людей (например, для установления отцовства и вообще – родственных связей). Сначала десятки, затем сотни, затем миллионы людей стали сдавать свой генетический материал на анализ.

И так, уже в начале 2000 годов у следствия появилась надежда разоблачить, наконец, неуловимого убийцу, ведь велик был шанс на то, что хотя бы один из его родственников, пусть и дальних, воспользовался услугами таких компаний как FamilyFinder, 23andMe или Ancestry. Установив родственников можно было бы значительно сузить круг подозреваемых, а установив их передвижения и места нахождения в моменты совершения преступлений, можно было бы вычислить преступника.

Однако ответ был за закрытыми дверями корпоративной этики. Компании не торопились расставаться с секретами своих клиентов. У правоохранительных органов не было доступа к многомиллионным базам данных этих корпораций. Следствию помог другой независимый веб-ресурс с названием GEDmatch. Проведя исследования, детективы смогли найти родственника 4-й степени родства (имеющего с преступником одного общего прадеда), после чего скрупулёзно восстановили всё его генеалогическое древо, используя методы, в том числе, и традиционной генеалогии, такие как данные переписей населения и архивные документы, находящиеся в открытом доступе. Но и это оказалось задачей не из лёгких. Люди 19 века могли иметь по 15 детей, и ветку каждого из них необходимо было проследить и найти пересечения в 70-х годах 20 века с линией убийцы. Тем не менее, круг поисков удалось сузить примерно до 1000 подозреваемых. Следствию было известно, что преступник был рождён между 1940 и 1960 годом, его рост составлял 172 – 178 см и то, что он в 1976 году находился в Сакраменто, а в начале 80-х переехал в южную часть штата.

Так, круг сузился до 5 подозреваемых. Затем следователи отправились по месту жительства одного из них и сняли образец генетического материала с дверной ручки дома, в котором тот проживал. Подозрения подтвердились, когда данный образец совпал с образцом ДНК, собранным с салфетки, которую преступник выбросил на месте одного из своих преступлений.

Расследование, которое длилось чуть меньше 50 лет, было завершено с арестом 25 апреля 2018 года одного из самых известных преступников того времени – 72-летнего бывшего полицейского Джозефа Джеймса Деанджело.

Деанджело на суде

Из-за истёкших сроков давности по законам штата Калифорния, обвинения по взломам и изнасилованиям предъявить ему уже нельзя, однако ему были предъявлены обвинения в 13 убийствах и 13 случаях похищения людей. На расследования, по утверждениям прокуроров, было потрачено в общей сложности порядка 20 миллионов долларов. 1 августа 2020 года 74-летний Джозеф Деанджело был приговорен к пожизненному лишению свободы без возможности условно-досрочного освобождения.

Казалось бы – хэппи энд истории, однако, данное расследование, а так же методы, которые применялись для поимки ДеАнджело, породили общественную дискуссию, которая не утихнет ещё долго. Суть проблемы – пресловутая privacy, на которую смели надеяться многие люди, сдающие образцы своей ДНК для каких-либо исследований. Проблема в том, даже если вы сами не сдавали свою ДНК, за вас это мог сделать ваш троюродный дядюшка. По оценкам некоторых экспертов, генетический материал, уже имеющийся в базах данных, позволяет установить почти 80% всего населения США. Каждый человек, сдающий ДНК-тест, «высвечивает», словно прожектором личности не только себя но и сотен других людей, состоящих с ним в родстве. Более того, эта ДНК так же будет в клетках людей, которые даже ещё не рождены – детей, внуков, племянников и пр. Только в 2021 году по всему миру более 30 миллионов людей сделали общий генетический тест и дальше ситуация будет только прогрессировать.

Так что, уважаемый читатель, смирись, что и двоя ДНК уже, скорее всего внесена в базу данных, а, если и нет, то скоро в ней окажется.

(При подготовке материала были использовано видео Youtube канала Дерека Мюллера Veritasium)

Все, наверное, слышали эту фразу, приписываемую Марку Твену (впрочем, он сам утверждал, что она не его). Фраза не отдаёт должное такой замечательной дисциплине, как статистика. Статистика сама по себе не может лгать, ложью её либо по незнанию, либо намеренно, делают люди при толковании.

Люди воспринимают окружающую действительность через набор предрассудков, от которых никто по-настоящему не свободен. Предрассудки же эти основываются очень часто на ошибочных суждениях.

Начнём с шуточного вопроса: как, по-вашему, в среднем, на протяжении всей жизни больше сексуальных партнёров бывает у мужчин или у женщин?

Пример абстрактный, поэтому, несколько упростим задачу и рассмотрим только гетеросексуальные контакты. Если в поисках ответа провести опрос случайных прохожих, можно получить очень разные ответы, в зависимости от личного опыта и наблюдений респондента за своим окружением. Возможно, меня сочтут «Капитаном Очевидность», но всё же уточню момент, который, как выяснилось, не так уж и очевиден для некоторых: если мужчина имел сексуальный контакт с женщиной, то это автоматически значит, что и женщина имела сексуальный контакт с этим мужчиной – счёт 1:1.

Теперь посмотрим на тот факт, что женщин в целом на земле меньше, чем мужчин. Для наглядности, давайте представим себе «мир», в котором всего 4 женщины и 5 мужчин:

Думаю, теперь, глядя на эту диаграмму, очевидно, что вне зависимости от того, кто и сколько раз с кем-то переспал, общее количество сексуальных контактов у мужчин и у женщин должно совпадать. Но теперь, давайте разделим общее количество связей на количество мужчин:

7 / 5 = 1,4 – в среднем, один мужчина имеет 1,4 сексуальных партнёров.

Теперь ту же операцию проделаем с женской половиной:

7 / 4 = 1,75 – в среднем, у женщины 1,75 сексуальных партнёров, то есть на 25% больше, чем у мужчин. Ну а теперь, когда мы сделали это сенсационное открытие, представим заголовок:

Британские учёные: женщины занимаются сексом на 25% больше, чем мужчины!

Виновата в этом статистика? Нет! Британские учёные? Тоже нет!

Если задуматься, вовсе не обязательно было проводить опрос, в ходе которого, кстати, ещё и не исключено, что люди будут врать по такому деликатному поводу. Достаточно было разделить количество женщин на количество мужчин и получить ту же разницу в 25%.

Пример притянут за уши? Хорошо! А как вам скандал, начатый с публикации The Boston Globe так называемого «исследования», которое показало, что «…в среднем, представители меньшинств проводят больше занятий с представителями не меньшинств, чем наоборот…».

Причина просто в том, что они «меньшинства», то есть пример из реальной жизни в точности повторил тот абстрактный пример про секс чуть выше. Случилось то, что математически просто обязано было случиться.

Что ж, оставим эту ложь на совести журналистов из «The Boston Globe» и пойдём дальше.

Чтобы проиллюстрировать его, возьмём стереотип, будто красивые женщины всегда стервы. Стереотип родился, разумеется, не на пустом месте, а из «жизненных наблюдений». Чтобы доказать, что это всего лишь стереотип, построим график, где по горизонтальной оси будем отмечать степень привлекательности: от очень страшной до божественной красоты, а по вертикальной – характер: от милашки до стервы. Давайте будем честны, мы согласимся встречаться с женщиной только, если выполнится условие:

Характер + Внешность > X

Иными словами, наши кандидаты лежат в области, закрашенной красным, других мы просто проигнорируем.

Но это ещё не всё. Если мы встретим очень милую и очень красивую женщину, то, скорее всего, мы подумаем, что сами не очень-то и хороши для неё, и что сами не подходим под критерии её оценки, тем самым, мы искусственно «обрезаем» верхний правый угол нашей красной области:

Думаю, на графике уже видны корни данного стереотипа. Суть парадокса Берксона или «Ошибки Берксона» в том, что когда нам кажется, что между двумя событиями или факторами имеется корреляция (в рассмотренном случае зависимость между внешностью и характером), в действительности её может и не быть, так как мы сами исключили из «исследования» случаи, когда соблюдаются (или не соблюдаются) условия для обоих критериев.

Другой пример.

Представим себе больницу во время эпидемии гриппа. Сейчас мы станем «британскими учёными» и докажем, что грипп каким-то образом защищает нас от приступов аппендицита.

Исходим из следующих данных:

• 10% населения заражено гриппом

• В больнице доля заражённых разумеется больше: 30% пациентов поступило с гриппом

• 10% поступило с приступом аппендицита

Пациент с аппендицитом может, разумеется, заразиться ещё и гриппом, равно как и у больного гриппом может случиться приступ аппендицита. Наши вводные данные говорят нам, что больных, которых коснулись обе напасти, составляет 10% от 10%, то есть, 1% от всех пациентов:

Пациенты больницы: синие – грипп, красные – аппендицит, у одного пациента – и то, и другое.

Если случайным образом выбрать пациента, с 30% вероятностью, у него грипп, с 10% вероятностью – аппендицит.

Теперь давайте обследуем пациентов, не заражённых гриппом, и проверим, у скольких их них приступ аппендицита, то есть, обследуем мы только область, обведённую жёлтым:

Мы знаем следующее:

• У тридцати пациентов, больных гриппом, лишь у одного аппендицит

• Из 100 пациентов, аппендицит у 10 пациентов

• При этом аппендицит ещё у 9 пациентов из 72, не заражённых гриппом.

Произведём расчёт: у тех, кто не болеет гриппом, аппендицит у 12,9%. Это на 2,5% выше, чем 10% среди больных гриппом.

Ура! Получаем грант и пишем в пресс-релизе:

Британские учёные доказали, что грипп снижает риск приступов аппендицита на 2,5%!

Вам может показаться, что пример искусственный и притянут за уши? Однако, тем, кто сомневается, можно ознакомиться с делом несчастной Салли Кларк, потерявшей двух детей, умерших в результате синдрома внезапной детской смертности (СВДС), после чего против неё выдвинули обвинение в их убийстве. На суде выступал профессор-педиатр Рой Мидоу, давший показания о том, что вероятность наступления СВДС 1 к 8500, а вероятность наступления двух случаев – 1 к 72 миллионам. Только на основании этих статистических данных, 9 ноября 1999 года присяжные осудили Салли 10 голосами против 2, после чего она была приговорена к пожизненному заключению, после чего она с «репутацией» детоубийцы и дочери полицейского отправилась отбывать наказание. И лишь спустя 4 года, в 2003 её вторая апелляция возымела действие, когда приняли к сведению то, что в анализах крови и спиномозговой жидкости её второго сына присутствовала бактерия Staphylococuus aureus (Золотистый стафилококк).

Кларк выпустили на свободу, но её жизнь была окончательно сломлена и в 2007 году она скончалась от алкогольного отравления.

После этого случая в Великобритании были пересмотрены сотни дел, где в качестве доказательной базы использовались статистическим методы, а Королевское статистическое общество даже выпустило заявление, где выражалась озабоченность злоупотреблениями статистическими данными в судах.

Ошибка обвинителя состояла в предположении, что два события СВДС в одной семье являются независимыми, поэтому он просто возвёл 8500 в квадрат, получив цифру в ~73 млн. Пресса, далёкая от понимания происходящего растиражировала мнение, что «1 к 73 миллионам, что Салли Невиновна». Чтобы действительно оценить вероятность невиновности Салли, присяжные должны были сравнивать относительные вероятности разных версий смерти детей, а не только вероятность того, что она невиновна – наступление двух случаев СВДС – редкость, но статистически двойное детоубийство могло быть событием ещё более редким. Профессор математики Рэй Хилл, используя статистику СВДС по всей Великобритании, пришёл к выводу, что после первого случая СВДС, вероятность наступления второго возрастает в 5 – 10 раз. В своём исследовании, он пришёл к выводу, что в случае Салли, вероятность того, что она была убийцей составляла 1:9, в то время как вероятность повторного СВДС – 4,5:1. Если сравнить две вероятности, то, по сути, она могла быть невиновной в соотношении ½, а не 1/73000000.

Данный феномен называется «Заблуждение прокурора» (Prosecutor’s fallacy).

Систематическая ошибка выжившего

Эта реальная история времён второй мировой войны. Двигатели на самолётах были слабыми, поэтому бронировать самолёт целиком означало существенно сократить дальность полёта и боезапас. Поэтому венгерскому математику Абрахаму Вальду поставили задачу – найти оптимальную схему бронирования самолётов. В качестве исходных данных была предоставлена схема пробоин от снарядов, которые получили вернувшиеся из боя самолёты. Что-то вроде этого:

Вальд рассудил здраво, исследование показывает, что самолёт, получивший пробоины в данных местах, ещё может вернуться на базу. Самолёт, которому попали в двигатель или бензобак, выходит из строя и не возвращается. Поскольку попадания от вражеского огня на самом деле (в первом приближении) распределены равномерно, укреплять надо те места, которые у вернувшихся в массе наиболее «чистые».

К этой же ошибке можно отнести и расхожее мнение о доброте дельфинов, основанное на рассказах пловцов, которых животные толкали к берегу, но нет данных от тех, кого толкали в обратном направлении… или истории успеха известных людей, которые бросили учёбу в молодости, но всё равно добились успеха – никто не знает судьбы тех, кто поступил так же, но не стал ни богатым, ни знаменитым.

Очень часто можно слышать рассуждения о том, что «раньше было лучше». Говоря это, люди приводят в пример архитектуру прошлых лет, музыку, книги, фильмы и пр. Всё это – проявления всё той же систематической ошибки выжившего. До нас не дошли плохие здания, которые были разрушены со временем, как не дошли до нас ни всеми забытые плохие книги, фильмы и музыка.

Статистика в рекламе

Мы очень часто видим рекламу, в которой нам любезно сообщают, что «80% стоматологов рекомендуют нашу зубную пасту*» или нечто подобное (заметьте звёздочку после текста). Технически, реклама не врёт, если потратить время, докопаться до исследования, то можно будет увидеть нечто подобное:

Как показывает наше исследование, 80% стоматологов действительно порекомендовали зубную пасту «Бренд А» в опросе. Но что в рекламе не говорят, что «Бренд Б» так же порекомендовали 80% стоматологов. Говорит ли это что-нибудь о том, что паста А лучше других? Разумеется, нет!

Ещё глупее, если разобраться, выглядит реклама, говорящая, что волосы стали на 15% мягче, кожа – на 20% нежнее, и т. д.

Темпы роста и темпы прироста

Представим ситуацию, когда, например, в прошлом году уровень безработицы составлял 1% от количества занятых, а в этом году их число составило уже 2%. Два разных аналитика могут сказать два утверждения, однако подтексты будут абсолютно разными. Один скажет: «Уровень безработицы вырос на 100%!» и будет прав, так как, действительно если безработных было, скажем 100 тыс. человек, а теперь их стало 200 тыс., это означает 100% рост. Другой аналитик (на другом сайте или телеканале) напишет, что безработица поднялась на 1%, и тоже будет прав, так как был 1%, стало 2%. Если обыватель не будет вдаваться в детали, в первом случае он может подумать «Это катастрофа!», а во втором «1% – это не так уж и много».

Повышенные риски для здоровья

Когда мы слышим или читаем очередную статью, где написано «Учёные установили, {что-то} повышает риски заболеваний на {N}%», относиться к этому тоже надо с осторожностью. В этой связи показателен пример британской комиссии по безопасности лекарственных препаратов, которая в 1995 году выпустила пресс-релиз, в котором говорилось, что использование противозачаточных таблеток для женщин нового поколения повышает риски закупорки сосудов на 100% по сравнению с предыдущим препаратом.

В действительности же, исследование показывало, что если при использовании старых таблеток, лишь у одной женщины из 7000 развивались подобные симптомы, то с новыми таблетками таких женщин было уже две из 7000. И действительно, количество случаев выросло на 100%. Но если брать количество осложнений от общего количества обследованных, то рост составит всего 0,14%. Результатом этого пресс-релиза стало то, что десятки тысяч женщин отказались от приёма данного препарата, что, в свою очередь привело, к обвинениям данной комиссии в 13 тыс. случаев нежелательной беременности, особенно среди подростков.

Корреляция и причинно-следственная связь

Это не одно и то же. Пример – знаете ли вы то, что наличие вшей на вашей голове полезно для здоровья? Абсурд? Да, но в средневековье такое мнение было широко распространено. Дело в том, что люди с педикулёзом были, в целом, здоровы, а вот у больных людей вшей обычно не было. Это наблюдение позволило сделать неверный вывод о том, что вши положительно влияют на здоровье людей. В действительности же, эти насекомые оказались чувствительны к повышенной температуре человеческого тела и покидали носителя, у которого была лихорадка.

Дело в том, что корреляцию между двумя явлениями А и Б в статистике выявить довольно просто, но наличие корреляции ещё не доказывает причинно-следственной связи между двумя событиями, то есть, это не значит, что Б является следствием А.

Скорость вращения ветряного генератора коррелирует со скоростью ветра, но это не значит, что генератор является причиной возникновения ветра. Здесь причина и следствие перепутаны местами, это вам и ребёнок объяснит, однако, далеко не всегда ситуация настолько очевидна. Известное утверждение «жестокие компьютерные игры воспитывают в детях жестокость», – тому пример. Но что если предположить, что жестокие дети будут с большим удовольствием играть в жестокие игры?

Скрытые переменные

Хотел бы я, чтобы они пореже включали табличку насчёт ремней безопасности. Каждый раз, когда она включается, начинает трясти.

Давно известно, что если спать в ботинках, то с утра велика вероятность, что будет болеть голова, а если вы будете есть много мороженого, то рискуете получить сердечный приступ. Разумеется, это шутки, голова у вас болит с похмелья, потому что вы были слишком пьяны вчера вечером, чтобы снять обувь, а мороженое едят в основном летом, а при жаркой погоде повышается количество сердечных приступов.

Это шутки, конечно же, но вот исследование университета Пенсильвании, опубликованного в авторитетном и уважаемом журнале Nature в 1999 году показало, что сон при включённом свете вызывает развитие у детей миопии (близорукости). Но как выяснилось в более позднем исследовании университета Огайо, близорукие родители чаще оставляли на ночь включённый свет в детской, поэтому развитие близорукости у их детей связано не с включённым освещением, а с наследственными факторами.

Здесь мы имеем дело со скрытой переменной, когда между событиями А и Б причинно-следственная связь отсутствует, но есть скрытый от исследователя фактор В, являющийся причиной А и Б.

Таких примеров можно привести ещё много: выбросы углекислого газа в атмосферу вызывает ожирение, курящие студенты учатся хуже, чем некурящие.

Парадокс Симпсона

Суть парадокса: для каждой из групп (синяя и красная линия) по отдельности проявляется положительная тенденция, но при их объединение (пунктир) – тенденция становится отрицательной.

Здесь хочется рассказать о нашумевшей истории 1973 года, когда университет в Беркли обвинили в дискриминации абитуриентов по половому признаку. И действительно, из 8442 мужчин, подавших заявку, к обучению были допущены 44%, тогда как из 4321 девушек допуск получили только 35%. Уже в то время это были достаточно серьёзные обвинения (в наши дни шум вообще бы поднялся до небес). Однако, если более детально взглянуть на ту же статистику, выявится несколько иная закономерность:

Как видно, по большей части факультетов доля допущенных к обучению женщин была даже больше, чем мужчин. Позднее, исследователи опубликовали работу, где наглядно было показано, что среди женщин наблюдалась тенденция подавать заявки на факультеты с большим конкурсом (например, факультет английского языка), в то время, как абитуриенты мужского пола чаще подавали заявки на факультеты с более низким конкурсом (инженерный и химический факультеты).

Визуальное представление и инфографика

Не секрет, что технологии манипуляции общественным мнением активно развиваются. Вот пример:

В 2019 году относительно существующего сейчас среднего размера пенсии в России (более 14 тыс. рублей) сумма повышения соответствует прибавке на 7,05% (при годовой инфляции 4,3%). Предполагается, что такой темп «в два раза выше инфляции» будет сохранен и в последующие годы, благодаря чему к 2024 году средний размер пенсионного обеспечения россиян составит 20 тыс. руб. (увеличение на 35% относительно 2018 года).

Посмотрите на левую и правую диаграммы. Они правдиво показывают одни и те же данные, однако, путём «правильного» подбора масштабов вертикальной шкалы можно добиться совершенно разного визуального впечатления.

Чтобы не быть голословным, приведу пример, где подобная инфографика буквально решала вопросы жизни и смерти – дело Терри Шайво. Вкратце, женщина находилась в больнице в вегетативном состоянии, и решался вопрос об её отключении от системы жизнеобеспечения. Родители же были против и прибегли к апелляции к общественному мнению, что впоследствии привело к серьёзным политическим дебатам в отношении вопроса о принудительном отключении подобных больных от системы питания. История довольно драматичная, но нам интересен результат опроса, проведённый CNN, а так же форма представления результатов:

Поскольку шкала начинается на 53, создаётся впечатление, что согласных отключить Терри от аппарата среди демократов во много раз больше. Согласитесь, если бы была приведена такая диаграмма, то впечатление бы не было столь сильным:

Подобные приёмы нашли широкое применение не только в политике, но и при составлении всевозможных рейтингов, хит-парадов, чартов и прочих маркетинговых инструментов.

Послесловие

Статистика – замечательная дисциплина, позволяющая анализировать данные, находить закономерности и связи, достоверно предсказывать развитие сложных систем, однако, как и любой другой инструмент, его обращение во благо или во зло находится на совести применяющего его человека. А сама наука тут не причём.

Сегодня в честь 1 апреля я хочу подробнее рассмотреть элегантное оружие из более цивилизованной эпохи – световой меч Джедая.

Мы все видели его в действии, однако, если смотреть внимательно, то можно заметить некоторые неточности, которые позволили себе режиссёры, описывая это замечательное оружие.

Начнём с мощности. Наиболее наглядно мощность данного оружия показана в I эпизоде, когда Квай-Гон Джин плавит мечом дверь:

В этой сцене примерно за 1 секунду меч расплавляет объём металла, по крайней мере, соответствующего объёму самого меча. Предположим, меч имеет длину 1 м и диаметр 3 см, а плотность, температура плавления и удельная теплоёмкость двери – как у стали (плотностью 7800 кг/куб. м). Иными словами, масса стали 5,513 кг с удельной теплоёмкостью 462 Дж/кг*К, была нагрета на 1507 градусов (1800 К – температура плавления, 293 К – комнатная температура).

Таким образом, имеем мощность светового меча КАК МИНИМУМ в 3,8 МВт!

Если брать выделение электрических мощностей по 15 КВт на домохозяйство, то при помощи одного меча Квай-Гон Джина можно было бы снабжать электроэнергией небольшой посёлок.

Как известно, световой меч в руках мастера-Джедая может останавливать и даже отражать назад выстрелы из бластеров, однако, давайте посмотрим, сможет ли такой меч остановить обычную свинцовую пулю? Чтобы понять это, давайте посмотрим, хватит ли мощности в 3,8 МВт чтобы полностью расплавить и испарить 9 грамм свинца, летящих со скоростью 400 м/с?

Такая пуля преодолевает расстояние, равное диаметру меча (3 см) за 0,000075 секунды. За это время меч передаст пуле энергию равную 0,000075 * 3800000 = 285 Дж. Теплоёмкость свинца 130 Дж/кг * К. Для массы в 9 г нагрев составит 333 градуса. Этого едва достаточно, чтобы её расплавить (температура плавления свинца 327 градусов), однако, хорошего по-прежнему мало – вместо твёрдой пули, в мастера-Джедая влетит капля расплавленного свинца со скоростью 400 м/с. По останавливающему действию, эффект будет, пусть не смертельным, но достаточным для нанесения глубоких ожогов. После попадания такой капли, думается, вторую пулю он отбить уже не сможет. Впрочем, начинающему охотнику на Джедаев рекомендуется иметь пули со стальным или урановым сердечником. Как показали наши исследования, против таких пуль световой меч абсолютно неэффективен.

Теперь о безопасности.

Даже если мы отбросим тот факт, что согласно закону Стефана – Больцмана, световой меч должен излучать столько тепла, что при такой мощности он должен был бы немедленно воспламенить всё, что его окружает, списав это на какое-либо универсальное отражающее поле, сама плотность энергии, заключённая в рукояти светового меча, не может не поражать воображение.

Мы часто видели, как мечи ломаются, разрубаются пополам, как их роняют или разрушают иными способами:

Науке неизвестно, как в подобном объёме можно запасти такое количество энергии, и при этом, чтобы вся запасённая не высвобождалась бы при разрушении контейнера. Разрушение меча в любой момент времени должно было бы сопровождаться мощнейшим взрывом, сопоставимым с ядерным по мощности (помните, в рабочем режиме эта штука выдаёт минимум 3,8 МДж энергии в секунду). Представьте, насколько более эпичными были бы сцены боёв джедаев, если бы в при разрубании меча одного из противников, происходил бы ядерный взрыв!

Хочу коснуться также и вопроса элегантности.

Думаю, Оби-Ван покривил душой, когда говорил об этом оружии, как об элегантном. В действительности, если сравнить с обычным мечом, который рубит благодаря приложению большого давления на малую площадь, тем самым, раздвигая разрубаемый материал, световой меч попросту нагревает. Строго говоря, когда мы видим сцену, в которой кого-то протыкают световым мечом, мы должны понимать, что материал попросту испаряется (в физике, процесс перехода из твёрдого состояние в газообразное, минуя жидкую фазу, называется сублимация).

Все мы помним, что при переходе в газообразную фазу объём вещества увеличивается. Вода, например, при переходе из жидкой фазы в пар увеличивается в объёме почти в 1500 раз. Когда испарение происходит относительно медленно, с этим ещё можно справиться, однако, если всё это происходит мгновенно, это больше похоже на взрыв бомбы. Вот посмотрите, что происходит, когда одна особо-одарённая личность бросает бутылку с водой в расплавленную сталь:

То же самое произойдёт, если вы разрубите такую же бутылку световым мечом. То же самое, или что-то очень похожее произойдёт и с телом человека, так как оно на 60 – 70% состоит из воды.

Давайте представим, что острие светового меча приближается к жертве. Уже на некотором расстоянии от него, одежда нашего врага вспыхивает из-за тепла, которое излучает наш меч. (Сам Джедай, видимо, контролирует тепло, излучаемое мечом при помощи Силы, поэтому остаётся невредим), кожа врага так же обугливается. Само тело нашей жертвы начинает светиться оранжевым цветом из-за нагрева, но это ненадолго. В момент, когда меч протыкает тело врага, его лезвие оказывается окружено плотью, и испаряет около килограмма жидкости, находящейся в этом теле за 1 секунду. Образовавшемуся пару некуда деться, кроме как выходить из открытой раны со скоростью звука, причём всё это происходит примерно за несколько сотых секунды. Мы наблюдаем паровой взрыв, очень похожий на то, что мы видели на гифке чуть раньше. Этот взрыв разрывает тело нашей жертвы на части и обдаёт нас взрывной волной из перегретого пара.

В этом отношении много вопросов вызывает смерть Хана Соло, который пробыл в контакте со световым мечом дольше всего – порядка 10 секунд. Этого времени было достаточно, чтобы испарить половину массы его тела.

Словом, элегантным данное оружие назвать никак нельзя, а мы делаем вывод, что Оби Ван несколько приукрашивал действительность.

(подготовлено по материалам youtube-канала Because science)

Оригинальное видео.

Если вы думаете, что навигатор в вашем смартфоне получает ваши координаты со спутника, то вы ошибаетесь, и сейчас я объясню, в чём дело.

Но начну издалека.

С середины 20 века гуманисты и филантропы по обе стороны океана озаботились одной интересной оптимизационной задачей – максимизировать количество ущерба, наносимого противнику, затратив минимум супердорогих атомных боеприпасов. Проблема вот в чём – представьте вам надо бросить баскетбольный мячик в кольцо, которое находится в соседнем городе и попасть. Точно всё рассчитать, конечно, можно, но удачным выстрелом считалось попадание с вероятностью 50% в круг диаметром несколько километров. Но это если заранее с высокой точностью известно место старта и место «финиша». Поэтому ядерные подарки старались сделать помощнее, чтобы доставить как можно больше радости людям даже на расстоянии в несколько километров.

Но проблема была ещё и в том, что если место старта заранее известно вам, оно так же известно и противнику, а ракеты того времени не отличались особо в части оперативности подготовки к старту. На то, чтобы собрать и запустить Р-7 с Байконура, требовалось несколько дней. Разумеется, за это время, его могли разбомбить к чертям, поэтому умным головам пришла в голову мысль – прятать оружие под воду и запускать внезапно из случайных мест с подлодок. Но тут опять возникала первая проблема – чтобы прицелиться, нужно знать, где находишься, а компас, хронометр и секстант в данном случае помогут слабо.

Нельзя сказать, что прогресс стоял на месте. Моряки и лётчики использовали гирокомпасы и радиопеленгаторы (радиокомпасы). Первый использует свойство вращающихся тел сохранять свою ориентацию в пространстве (закон сохранения импульса), соответственно, если раскрутить ротор гироскопа и запомнить его ориентацию, при последующих манёврах по его отклонению можно будет судить о курсе.

С изобретением радиосвязи стало возможным использование радионавигации. Сюда входит, как использование радиомаяков, радаров, высотомеров и дальномеров, однако все эти инструменты, хоть и значительно упрощают работу штурмана, но полностью его, разумеется, не заменяют.

В радионавигации широко используется принцип триангуляции:

На схеме условно показан геометрический принцип определения местоположения относительно трёх точек с заранее известными координатами и расстоянием до них. Пересечения двух кругов дадут 2 возможных координаты, которые будут являться «кандидатами» на ваше расположение. Для уточнения, в какой именно из них вы находитесь, в геометрии потребуется третья точка.

На практике же, достаточно иметь всего два радиомаяка и уметь определить расстояние до них:

Если у вас есть радар, то определить расстояние до нужной вам точки просто – необходимо измерить время, за которое посланный сигнал вернулся обратно и поделить на 2. Но это работает только тогда, когда и приёмник и передатчик сигнала находится у вас. Если же вы имеете только приёмник, то вам необходимо знать, когда именно началась передача. Электроника того времени не справлялась с синхронизацией, поэтому использовалась схема двух сигналов, посылаемых с заранее известной задержкой.

Ниже показаны погрешности в определениях координат известных систем навигации разных времён.

За самым первым искусственным спутником Земли наблюдал весь мир. Наблюдали и американцы, которые и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого со спутника сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его удалении. Если точно знать свои координаты на Земле, по сигналу можно было измерить положение и скорость спутника. Многим людям это было очевидно, однако именно доктору Ричарду Кершнеру из лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса первому пришло в голову «перевернуть» уравнение – если точно знать положение спутника, то можно определить собственную скорость и координаты.

Уже всего 2 года спустя запуска первого искусственного спутника земли, в сентябре 1959 года американцы вывели на орбиту первый спутник системы Transit (NavSat). Первые успешные тесты системы прошли в 1960 г., а в 1964 она была принята в эксплуатацию, разумеется, с вполне «мирными» задачами по расчёту курсов баллистических ракет, запускаемых с подводных лодок. Впрочем, и «на гражданке» появился спрос, а в 1967 году количество гражданских клиентов системы превысило число военных. Система вполне сносно справлялась со своей задачей до 1996 года, обеспечивая точность позиционирования ± 200 м. Плохо было только то, что, что она не покрывала всю территорию Земли (в разное время в ней использовалось 6 – 7 космических аппаратов), и пользоваться ей можно было лишь раз в несколько часов, так как единовременно «над горизонтом» был виден лишь один спутник.

Как я уже сказал, принцип определения местоположения был основан на эффекте Доплера. Спутники вращались по известной траектории, вещали на известной частоте. До приёмника же доходил сигнал несколько другой частоты (в этом и есть суть эффекта). По смещению частот сигналов от нескольких спутников высчитывалось местоположение.

Кто-то может и не знать, как называется этот эффект (некоторые, по их собственным словам, приходят сюда деградировать), но все слышали, как изменяется звук от проезжающего мимо автомобиля. При приближении слышно звук более высокой частоты, когда же машина проедет мимо, звук станет понижаться. На этой гифке показано, что происходит:

Советский сумрачный гений не сильно отставал, и в 1971 году развернул собственную навигационную систему под названием «Циклон» (для гражданских – «Цикада»). Она тоже состояла из 6 спутников, и была почти в 2 раза точнее, позволяя определять своё местоположение с погрешностью 80 – 100 м. Система использовала тот же эффект Доплера и имела те же недостатки, что и у американцев – пользователь должен был самостоятельно определить и указать приёмнику собственную скорость, система выдавала лишь 2 координаты (широту и долготу, высота не определялась), а из-за особенностей орбит спутников, определение координат возможно было лишь в течение 5-6 минут каждый час – полтора (хотя, справедливости ради надо сказать, что в военном варианте было задействовано больше спутников и интервалы были поменьше).

У американцев к началу 70-х годов сложилась интересная ситуация, когда каждое военное ведомство (ВВС, ВМС и армия) запиливали собственные навигационные проекты, бессовестно разбазаривая деньги налогоплательщиков, пока в 1973 году, Конгресс не прекратил это безобразие (хотя и со «скрипом» – скептики говорили, что расшифровка сигналов со спутника не представляла особых сложностей ни для СССР, ни для Китая). Была инициирована программа DNSS, позднее переименованная в NavStar, позднее – в GPS.

В твой смартфон это не влезет!

Советские партия и правительство ответили навигационными спутниками с идеологически-правильным названием серии «Ураган», чем положили начало развёртывания того, что впоследствии назовут ГЛОНАСС (с 1982 по 1998 год вывели аж 74 спутника, 6 из которых потеряли при запуске, а из-за малого срока службы и отсутствия денег, к 2001 году их осталось всего 6).

Но так бы и остался GPS исключительно военной игрушкой, если б не доблестные советские ПВО, сбившие в 1983 возле острова Сахалин Боинг-747 рейса KE007 «Корейских авиалиний». Официально было озвучено, что корейцы просто заблудились, поэтому тогдашний президент США Рональд Рейган пообещал разрешить использовать GPS для гражданских целей по всему миру. Во избежание военного применения системы точность определения координат была специально уменьшена (ходят слухи, что его практически сразу же успешно расшифровали). Загрубление точности отменил только Клинтон в 2000 году.

И так, как же это работает?

Основной спутниковой навигационной системы являются ВНЕЗАПНО спутники. Орбиты в GPS подобраны так, чтобы орбитальный период составлял половину сидерического дня (11 ч 58 минут). Так, один и тот же спутник проходит над одной и той же точкой земной поверхности примерно дважды в день. С тем расчётом, чтобы из любой точки Земли в пределах прямой «видимости» находилось не менее 6 спутников, всего требуется 24 аппарата, чтобы система стала действительно «глобальной» (то есть доступной по всему миру). Обычно 2-3 аппарата ещё болтаются на орбите «про запас».

Спутники ГЛОНАСС летают чуть ниже (в первую очередь параметры орбит были рассчитаны на покрытие территории РФ). Две системы (GPS и ГЛОНАСС) по принципу своего действия очень похожи, за исключением некоторых технических тонкостей в формировании сигнала, поэтому дальше буду объяснять на примере GPS, потому что по ней тупо больше информации (как ни странно).

Принцип действия системы построен на том, что в любой момент времени мы очень точно знаем, где именно находится спутник. Каждый из спутников имеет на борту высокоточные атомные часы, синхронизированные друг с другом, а также с часами на наземных станциях. Погрешности от эталонного времени (на Земле) корректируются на спутниках ежедневно. В каждом GPS приёмнике тоже есть часы, только менее точные (обычно кварцевые).

Так вот, спутник вас не видит и не слышит, поэтому никаких координат (тем более – ваших) он вам передать не может. Вместо этого каждый спутник постоянно передаёт сигнал, в котором зашифровано его точное время и положение на орбите. В принципе, за исключением некоторой дополнительной несущественной информации, это всё, что на самом деле передают навигационные спутники. Поскольку скорость распространения радиоволн (скорость света) постоянна и не зависит от скорости спутника (привет от Эйнштейна №1), по задержке между началом передачи сигнала со спутника и началом получения этого сигнала на приёмнике, можно определить расстояние от спутника до приёмника. Для однозначного определения положения необходимо решить 4 дифференциальных уравнения, геометрическая интерпретация которых похожа на описанную в начале триангуляцию. Только теперь это называется трилатерация (вообще мультилатерация, но это не существенно).

Если на плоскости нам достаточно двух опорных точек для определения нашего положения (на пересечении пеленгов), то в пространстве мы имеем дело со сферами, поэтому нам необходима третья точка (спутник). Пересечение двух сфер даёт круг (и мы можем находиться в любой точке этого круга. Третья сфера даст нам две возможные координаты, при этом одна из них будет заведомо неверной (например, в космосе, под землёй или слишком далеко, чтобы быть правдой), соответственно, вторая точка и будет нашими координатами:

В силу того, что GPS использует часы очень высокой точности, её сигналы используются не только для навигации, но и в случаях, где нужна точная синхронизация времени, например, в системах, обслуживающих биржевые торги по всему миру.

Точность позиционирования дополнительно повышается усилиями на Земле. По поверхности планеты (как для GPS, так и для ГЛОНАСС) понатыканы наземные станции дифференциальной коррекции. Они проводят замеры на Земле и обновляют информацию на спутниках, подводят часы, ретранслируют часть служебных сообщений и т. д.

Альманах, эфемериды и A-GPS

Навигационные спутники передают ещё два вида данных — альманах и эфемериды. Альманах – это реестр параметров орбит всех спутников. Каждый спутник передаёт альманах для всех спутников в группировке. Данные альманаха не отличаются большой точностью и действительны несколько месяцев.

В свою очередь, данные эфемерид – это набор очень точные корректировки параметров орбит и часов для каждого спутника, что требуется для точного определения координат. Каждый GPS спутник передаёт только данные свою собственную эфемериду. Эти данные действительны только 30 минут. Спутники передают свою эфемериду каждые 30 секунд.

Если GPS был отключён более 30 минут, а потом включён, он начинает искать спутники, основываясь на известном ему альманахе. По нему GPS выбирает спутники для инициации поиска. Если питание приёмника отключить, а потом снова включить в течении 30 минут, он «поймает» спутники очень быстро, т.к. не надо будет снова собирать данные эфемерид. Это называется «горячий» старт.

Если после отключения прошло более 30 минут, будет произведён «тёплый» старт и GPS приёмник снова начнёт собирать данные. Если GPS приёмник был перевезён (в выключенном состоянии) на несколько сотен километров или внутренние часы стали показывать неточное время, то данные имеющегося альманаха являются неверными. В таком случае навигатору требуется выполнить новый «поиск неба» (повторная инициализация) для загрузки нового альманаха и эфемерид. Это уже будет «холодный» старт.

Чтобы избежать подобных проблем используется технология A-GPS (Assisted GPS), ускоряющая «холодный старт» приёмника. Она так же сильно облегчает работу систем навигации в городских условиях, где приём сигнала может быть затруднён из-за застройки или вовсе невозможен внутри зданий. Кроме того, в силу того, что GPS-приёмник потребляет много энергии, использование A-GPS позволяет экономить заряд батареи.

Идея до банальности проста – сначала ваше месторасположение определяется приблизительно, по триангуляции с базовых станций сотовой связи. Затем с ближайшего сервера A-GPS через сети GSM или по Wi-Fi передаётся обновление альманаха, тем самым снижая время ожидания с 30 до 1 секунды.

Помните об этом, когда моментально слышите слова «маршрут построен». Без этой технологии, ждать бы вам пришлось ощутимо дольше.

Казалось бы, всё, но нет…

Теории относительности

Это не опечатка. Их здесь целых две – специальная и общая (привет от Эйнштейна №2).

Казалось бы, всё у нас хорошо, но внезапно мы понимаем, что находимся глубоко в гравитационном колодце Земли, и согласно общей теории относительности, время для нас течёт медленнее, чем время на спутнике. А согласно специальной теории относительности, время на быстролетящем спутнике с нашей точки зрения должно замедляться. Было бы идеально, если бы эти два эффекта взаимно компенсировали друг друга, однако, это не так.

Кому интересно поиграться, вот проект на Wolfram Alfa.

Как видно на графике эффекты специальной и общей теории относительности компенсируются на высоте примерно 3200 км, а выше побеждает гравитация. Для высоты орбиты GPS, каждую земную минуту часы на спутнике должны убегать на 26,7 наносекунд. Это мало, однако ошибка будет накапливаться. За минуту погрешность позиционирования составит примерно 8 метров, через час, ваш навигатор ошибётся уже на 481 метр, а за сутки набежит 11,5 км!

Без поправок на замедление времени на Земле система была бы абсолютно бесполезной, поэтому атомные часы на спутниках специально спроектированы так, чтобы они шли медленнее, чем их земные аналоги, в точности на те 26,7 наносекунд в минуту, чтобы скомпенсировать погрешность.

Когда воинствующие плоскоземельщики, эфиролюбы, торсионщики и креационисты будут нести вам антинаучный бред, просто посоветуйте им выкинуть их смартфоны, как материальное подтверждение лживой теории относительности, недостойное их гения.

Вот теперь, кажется, всё. Спасибо за внимание

Сделав несколько постов на тему футуризма, техники и технологий, которыми может оперировать человечество в будущем, я подумал, что картинка была бы не полной, если не рассмотреть самих людей, и сможем ли мы сейчас назвать наших потомков «людьми», а так же рассмотреть некоторые изменения в человеческом обществе, которые будут продиктованы внедрением новых технологий.

Человеческий мозг, наверное, самая сложная машина, которую мы знаем. При этом, в принципах её работы достаточно мало «естественного», если включить в это понятие тот объём времени и усилий, которые были затрачены на то, чтобы вы сейчас понимали тот текст, который я пишу. Хотя мозг является «железом», которое само по себе внушает уважение, наше образование и жизненный опыт являются тем самым индивидуально созданным «софтом», который и делает наше сознание в какой-то мере «искусственным».

Говоря о людях будущего, наверное, нельзя не коснуться тех возможностей, которые будут призваны сделать людей умнее, улучшить их здоровье, увеличить продолжительность их жизни, да и просто – сделать их жизнь более безопасной и счастливой.

Термин «трансгуманизм» сейчас привлекает большое внимание людей, поэтому к нему, как мухи на известную субстанцию, налипает всякий «мусор» из понятий, политических движений и даже религиозных культов. Я советую очень осторожно и очень критично относиться ко всему, где вам встретится данный термин (этот материал – не исключение, так как выражает весьма субъективную точку зрения).

Трансгуманизм – концепция использования технологий для улучшения умственных способностей, физического здоровья и продолжительности жизни, предпочтительно – на неопределённый срок.

Собственно, в самой концепции нет ничего нового, можно сказать, что первые «киборги» появились уже 10 тыс. лет назад, вместе с первыми найденными археологами зубными пломбами, вместе с первой одеждой.

Мы занимаемся генной инженерией с момента приручения первого домашнего животного, и с момента первого сбора урожая. Тот факт, что в нашем черепе ещё нет имплантов с микрочипами, и мы ещё не стали производить изменения в ДНК напрямую, не меняет того факта, что «естественными» людей назвать уже сложно.

Возможно, в голове у каждого из вас проведена мысленно та «красная черта», после которой вы превратитесь в киборга, однако, это лишь ваша субъективная оценка, причём, у каждого своя. Если разобраться, то, выпивая специально приготовленную настойку, чтобы улучшить своё здоровье или даже, чтобы изменить своё сознание, вы вмешиваетесь в естественные процессы с теми же целями и с тем же эффектом.

Множество людей сегодня продолжают жить только благодаря устройствам и механизмам, вживлённым в их тело, и, в принципе, нет большой разницы между смартфоном в кармане и смартфоном, вживлённом прямо в мозг (кроме того, что последний – гораздо удобнее).

Достаточно вспомнить, что почти все мы уже значительно превысили средний срок продолжительности жизни человека за всю его историю, чтобы, в целом, покончить с этическими аспектами трансгуманизма. В том определении, которое я привёл в начале статьи, человечество с переменными успехами, практикует техники трансгуманизма на протяжении всей своей истории.

По своим целям, идеи трансгуманизма можно разбить на следующие направления:

1. Улучшение рефлексов и скорости мышления

2. Замедление старения

3. Клонирование и протезирование

4. Оцифровка сознания

5. Искусственный интеллект

6. Технологическая сингулярность

Улучшение рефлексов и скорости мышления

Первая категория подразумевает увеличение скорости прохождения нервных импульсов по телу или внутри головного мозга. Главным передатчиком сигнала является длинный отросток нервной клетки, называемый аксон. Аксоны формируют «глобальную информационную сеть» нашего тела, соединяясь с аксонами других нервных клеток, и эти соединения называются синапсы. Чем больше диаметр аксона, тем быстрее и больше по нему можно передать информации, и наоборот. Этот диаметр в среднем составляет 1 мкм, но может доходить и до 20 мкм. Первым, что приходит на ум – замена аксонов оптическим кабелем, что позволит существенно повысить вашу скорость реакции. В частности, только это улучшение позволит существенно сократить травматизм и несчастные случаи (в общем случае, водитель сможет быстрее нажать на тормоз, реагируя на опасность).

Стоит сказать, что данную технологию можно использовать и частично, например, когда при травме требуется восстановление повреждённой нервной ткани. Стоит, правда, отметить, что адаптация к подобному изменению займёт некоторое время, так как мозгу потребуется привыкнуть к скорости, с которой реагируют ваши мускулы на его команды. Практически данная технология может быть реализована путём нанесения на синапсы специального проводящего покрытия, способного передавать быстрее, чем это делает нервная ткань. Сама операция может быть произведена либо наномашинами, либо при помощи генетически-модифицированного вируса. При наличии подходящего биологически нейтрального и долговечного материала, нервная ткань может быть полностью заменена подобным материалом.

С мозгом ситуация сложнее, хотя в теории, мы так же могли бы поступить и с синапсами головного мозга, однако термодинамика, как всегда, всё «портит». Мозг, имея огромную вычислительную мощность, имеет тепловыделение всего 20 Вт, это сопоставимо с современной лампочкой, и современная микроэлектроника, к сожалению, и близко не подошла к подобному уровню, к тому же, чем меньше мы пытаемся сделать микросхему, тем большую проблему представляет отвод тепла.

Существует фундаментальный физический предел (принцип Ландауэра), который гласит, что переключение бита информации требует соответствующего увеличения энтропии W = k Т ln 2, где k – константа Больцмана, Т – температура системы в кельвинах. При комнатной температуре, абсолютный минимум энтропии (в нашем случае – тепловыделения) составляет примерно 2,7 × 10⁻²¹ Дж, это на много порядков меньше, чем может позволить себе современная микроэлектроника, так что я сомневаюсь, что подобные технологии войдут в нашу жизнь в обозримом будущем.

Тем не менее, если рассмотреть теоретическую возможность подобной замены нейронов головного мозга, само по себе, это не сделает нас умнее, однако существенно изменит наше восприятие времени (всё замедлится). Если мозг будет работать в миллионы раз быстрее, каждые 30 секунд объективного времени вы будете переживать примерно год субъективного, что без определённой подготовки попросту может свести вас с ума, кроме этого, подобная модификация потребует улучшения и органов восприятия. Например, наши глаза, сейчас способны фиксировать примерно 60 изменений за 1 секунду (что будет соответствовать смене картинки 2 раза в месяц субъективного времени), не говоря уже о нормальном привычном звуке, который мы вообще фиксировать не сможем. Не сможем мы и разговаривать. Еда, сон, поход в туалет – на скорости того субъективного восприятия, которое мы получим, всё это будет невозможным.

Интересной особенностью общества, где практикуется подобное ускорение, будет то, что если каждый человек при этом может по собственному выбору устанавливать субъективное восприятие времени, то такое понятие как биологический возраст потеряет всякий смысл. Человек, переживший в своём временном масштабе 20 лет за 2 стандартных земных года и человек, переживший эти же 20 лет за 5 стандартных земных, в части жизненного опыта окажутся ровесниками, хотя были рождены в разное время.

Учитывая это, некоторые исследователи даже предлагают внедрить в мозг третью, полностью синтетическую «лобную долю» (дополнительный компьютер), позволяющую нам воспринимать внешнюю информацию, а так же поддерживать в режиме своего субъективного времени связь с окружающими. Обычно, данное состояние называют SI-1 (Суперинтеллект уровня 1), так как это первый, наиболее логичный уровень «апгрейда» человеческого мышления.

Собственно, уже одно это увеличит (во всяком случае, субъективно) продолжительность жизни на порядки, хотя ваше тело и проживёт по-прежнему полагающуюся ему сотню лет. Что подводит нас ко 2-й категории – замедление или полная остановка процесса старения.

Замедление старения

Специалистами выделяется 7 различных стратегий достижения пренебрежимого старения (кому интересно, см. SENS). Достижение прорыва в любом из этих направлений означает заметное увеличение средней продолжительности жизни. Я не биолог, поэтому не стану комментировать биологические и медицинские аспекты данных стратегий, поэтому я хочу поговорить не столько о конкретных технологиях, хотя «бои» в этом направлении идут по всем фронтам медицины, биологии, генетики и кибернетики, столько о возможных фундаментальных изменениях в менталитете.

Оставив экономические вопросы подобного шага за скобками (нет я не думаю, что нас ждёт голод и перенаселение, думаю, тем, кто читал мои предыдущие посты, не стоит объяснять, почему), я считаю, что наличие возможности продлить свою жизнь, в целом, должно послужить на благо людей, однако, обретение бессмертия может столкнуть человечество в глубокий экзистенциальный кризис, который, со временем, может привести к своеобразному апокалипсису (кстати, это одна из рабочих гипотез по разрешению парадокса Ферми). Наличие возможности быть бессмертным не означает, что все должны жить вечно, возможно, кто-то примет решение уйти в небытие самостоятельно.

Есть, однако, и более существенные возражения.

Подобное общество с первого взгляда будет вполне благополучным. «Разбогатеть» можно будет, просто открыв депозит в банке сроком лет на 500, соответственно, рано или поздно, требуемое образование тоже смогут получить поголовно все, а вопросы здравоохранения, по понятным причинам, решены. Однако, молодые люди будут всё время чувствовать тот «стеклянный потолок», выше которого подняться будет крайне трудно. Карьерный рост замедлится, если не прекратится вовсе. Подобное общество обречено стать геронтократией. Прирост населения в таких условиях будут минимальным, и представьте себе внимание всей армии родственников к новорождённому человеку, и те чувства, которые он будет испытывать, когда начнёт осознавать, что до того времени, когда его сочтут хоть в чём-то полезным, должны будут пройти столетия. Подобные условия (особенно при почти универсальной автоматизации труда) не могут не привести к кризису поиска смысла для дальнейшего существования.

Клонирование и протезирование

Альтернативой (или дополнением) к чисто биологическим и медицинским методам в борьбе за продолжение жизни может стать клонирование и протезирование, иными словами – постепенная замена органов и частей тела человека клонированными тканями или кибернетическими протезами. Разумеется, я надеюсь, что люди не станут выращивать своих полноценных клонов для того, чтобы потом «разбирать» их на органы, впрочем, как показывает история, человеческая мораль – штука гибкая. Вместо этого, возможно, появятся технологии, позволяющие «выращивать» из собственных клеток отдельные органы, готовые к пересадке.

Плоть слаба, и я вполне допускаю, что может найтись довольно большое количество людей, которые осознанно встанут на путь частичной или полной киборгизации, иными словами постепенной замены биологических органов на искусственные. Ключевым компонентом в этом процессе является разработка интерфейса мозг-машина, если быть точнее – технология сращивания нервной системы и кибернетически компонентов. Мы можем уже сейчас вставить в человека искусственное сердце, теоретически уже сейчас мы можем заменить машиной практически любой орган, за исключением нервной системы (и мозга). Тем не менее, есть примеры успешной работы по управлению, к примеру, кибернетическими протезами «силой мысли».

Опять же, вместо того, чтобы рассматривать примеры конкретных технологий, я хочу остановиться на тех изменениях, которые они окажут на общество. Поведение современного человека, хоть он и обладает интеллектом, во многом продиктовано животными инстинктами. В ответ на внешние раздражители, мозг может скомандовать той или иной железе выработать тот или иной гормон, который, в свою очередь, будет стимулировать или подавлять действие того или иного органа. Во многом, например, наше поведение продиктовано половым инстинктом, инстинктом размножения. Определённые шаблоны поведения людей разных полов настолько интегрированы в нашу жизнь, что вокруг этого, собственно, и построена значительная часть человеческой культуры. С постепенной киборгизацией, данный аспект в поведении людей может коренным образом измениться. С утратой биологических органов, биологические инстинкты могут исчезнуть. Деление на два биологических пола может смениться с добавлением «третьего» пола – киборгов, половую принадлежность которых определить будет невозможно. Более того, киборгам вовсе не обязательно сохранять человеческий облик, да и вообще – поддерживать постоянную «внешность». Человеческое тело – всего лишь «шасси» для перемещения по миру. К примеру, киборг может отсоединить ноги и встать, например, на гусеничную тягу, либо встроиться в автомобиль, самолёт или даже космический корабль, что, опять же, не может не произвести фундаментальных изменений в человеческом обществе. Биометрическая идентификация личности тоже станет невозможной, да впрочем, само понятие «человек», потребует серьёзного переопределения.

Таким образом, мы подходим к следующей категории:

Оцифровка сознания или перенос сознания в компьютер (и полный отказ от биологической основы)

Вне зависимости от того, как именно будет реализована подобная технология (если такое вообще возможно, о чём в настоящее время идут споры), главной проблемой здесь является то, что нельзя перенести сознание в компьютер, можно лишь его скопировать. Возможно, какие-нибудь фантасты придумают обходной путь, но в любом случае, уничтожение оригинала – это де факто – убийство. Если же оставить оригинал, то никакого переноса сознания в компьютер не произойдёт – вы по-прежнему останетесь сидеть на стуле, а ваша цифровая копия начнёт своё существование в компьютере, при этом это будут уже две личности, с каждой секундой расходящиеся всё дальше друг от друга.

Здесь можно пригласить теологов всех конфессий и открыть философско-религиозный диспут на тему, является ли новой личностью скопированное сознание, и есть ли у него «душа», однако я даже не буду пытаться рассуждать на данную тему, довольствуясь лишь фактом – «слепым» методом (см. Тест Тьюринга) подобная копия будет неотличима для экзаменатора от оригинала, она будет обладать теми же воспоминаниями, тем же жизненным опытом, теми же взглядами, теми же комплексами... По крайней мере, поначалу. Я не думаю, что существование внутри компьютера заставит новую личность чувствовать и воспринимать мир также, как это делал оригинал, возможно вообще, стресс будет настолько сильный, что копия попросту «спятит».

Более надёжным и безопасным методом, который позволяет избегать парадоксов, является разработка полноценного прямого интерфейса мозг-компьютер. Предоставив людям возможность подключаться к дополнительным вычислительным мощностям и устройствам, можно оставить разрешение подобных проблем на само человеческое сознание. Если человек сможет подключаться к камере внешнего наблюдения какого-нибудь механизма, «видя» изображение будто бы собственными глазами, то, делая это регулярно, он добьётся того, что его сознание будет воспринимать данную камеру как ещё один орган чувств, третий глаз, если хотите. Если при этом дать возможность подключаться к внешнему устройству, предоставляющему дополнительную память и вычислительные мощности, сознание сможет адаптироваться и начнёт воспринимать это устройство как часть себя. Думаю, идея понятна. Продолжая подобную постепенную интеграцию, можно заставить сознание полностью переместиться самостоятельно. Однако, вопрос, будет ли по-прежнему такому сознанию требоваться «привязка» к органическому мозгу, остаётся открытым.

Кроме того, нам потребуется «железо» достаточной мощности просто для того, чтобы «копия» смогла функционировать. Различные эксперты дают разные оценки требуемых вычислительных мощностей, начиная с мощности 10¹⁵ FLOPS и памяти 100 Тб, заканчивая 10⁴³ FLOPS и памяти в 10¹⁴ Тб (FLOPS – floating point operations per second /кол-во операций с плавающей точкой в секунду/). Ожидания выхода человечества на пик подобных мощностей начинаются с 2052 и заканчиваются 2111 годом. Скептикам хочу лишь сказать, что, возвращаясь к принципу Ландауэра, для симуляции человека на идеальном компьютере понадобится мощность порядка 100 мкВт, иными словами, на мощности 1 лампочки или 1 мл бензина теоретически можно эмулировать миллион человек. Мозг-матрёшка, сооружённый из сферы Дайсона, сможет эмулировать виртуальную реальность и жизнь до 10³⁰ людей.

Создав компьютер, способный эмулировать человеческое сознание, мы должны задать себе вопрос – а должно ли быть это сознание человеческим?

Искусственный интеллект

Здесь следует оговориться, что в какой-то мере любой интеллект является искусственным, а где он развился – на биологическом компьютере или электронном – не важно. Собственно, если мы создадим копию сознания человека в компьютере, и при этом, данная копия не сойдёт с ума, мы создадим первый искусственный интеллект. У меня не вызывает сомнений, тот факт, что это будет новая личность, в какой-то мере правопреемница предыдущей, но всё же новая. Во времена, когда подобное начнёт происходить, наверное, очень интересной станет профессия юриста, так как придётся разрешать тысячи юридических казусов, связанных с имущественными, интеллектуальными, семейными правами, правом голоса и правами человека личности и т. д.

Я не могу серьёзно рассматривать возможность восстания машин против людей. Во-первых, как это должно быть уже понятно, чёткую границу между машиной и человеком провести будет сложно, во-вторых, интеллектуальные машины (обладающие т. н. «сильным ИИ» в первое время не смогут показывать подавляющего превосходства над людьми в силу всё ещё слабых вычислительных мощностей, на которых они будут работать). В любом случае, если кто-то (или что-то) ведёт себя как разумная сущность, необходимо исходить из предпосылки, что он/она/оно таковым является «личностью», а созданный по нашем образу и подобию (а с кого ещё «лепить» искусственный разум?), первый машинный интеллект, в целом, будет копией биологического.

Технологическая сингулярность

В бытовом представлении, технологическая сингулярность наступает с изобретением сильного машинного интеллекта. Он получит задачу улучшить себя, сделать себя ещё более мощным, и т. д. С каждой итерацией мощность интеллекта возрастает, он начинает создавать устройства и механизмы за пределами человеческого понимания, в дальнейшем осуществляя технический и научный прогресс самостоятельно. Слово «сингулярность» заимствовано из математики и служит ровно той же цели – обозначить условия, при которых мы не можем предсказать поведение и развитие систем (простейший пример – деление на ноль).

Не буду и я особо стараться предсказывать непредсказуемое, тем более, что я вообще не думаю, что подобная «сингулярность» может наступить хотя бы потому, что машинный интеллект, так же, как и мы, будет ограничен как в доступных вычислительных мощностях, так и в доступных ресурсах. Как я уже сказал, когда сложатся условия необходимые для появления чисто машинного интеллекта, границу между машиной и человеком провести будет уже очень сложно.

Можно по-разному относиться к прогнозам на будущее, можно по-разному относиться к тем или иным технологиям и их влиянию на общество, однако, рассматривая современные достижения технического прогресса, можно прийти к неутешительному выводу – время людей, как биологического вида, похоже, подходит к концу. Может случиться так, что мы вообще – последние его представители.