Это подводит нас к тому заклинанию деления, при помощи которого мы, возможно, могли бы найти средство обойти закон Мура: нужно отделить идею компьютеров от их электронного воплощения. Полупроводники реализуют логические операции, отделяя положительные заряды от отрицательных. Может быть, мы сможем найти некое новое состояние материи, которое разделяет не электрические заряды, а нечто другое?
Возможно, естественно будет обратиться к ближайшему родственнику электричества – магнетизму.
Хотя у электричества и магнетизма есть много сходств, между ними есть и одно важное различие: электрические заряды существуют, а магнитные нет. Магнитный заряд представлял бы собой северный полюс магнита без южного – или наоборот. Электрический ток – это течение электрических зарядов; поскольку не существует магнитного заряда, не может быть и магнитных токов. Казалось бы, это с самого начала исключает возможность существования магнитного аналога полупроводников. Однако давайте рассмотрим эту идею более пристально.
Хотя окружающие нас объекты в большинстве своем содержат положительные и отрицательные заряды в равных количествах, сила электричества заключается в отделении одних от других. Если заезжий коммивояжер предложит вам купить волшебную ткань, которой можно стирать электроны с отдельных атомов, вы, наверное, сочтете его либо волшебником, либо шарлатаном. Но такая ткань существует: из нее сделан любой шерстяной свитер. Если потереть им воздушный шарик, отрицательно заряженные электроны перейдут со свитера на шарик. Если бы это явление не было таким привычным, оно казалось бы в высшей степени волшебным. Но для магнитов такого заклинания деления не существует. А почему, собственно?
Простой ответ состоит в том, что у магнита всегда есть северный полюс и южный полюс. В переводе на профессиональный язык это означает, что магниты представляют собой «магнитные диполи», то есть имеют два полюса. Разрезав магнит пополам, вы получите два магнита меньшего размера, и у каждого из них будет два полюса. Если продолжить разрезать магнит на все более мелкие части, в конце концов вы дойдете до одиночного электрона, который – поскольку это элементарная частица – разделить невозможно. У электрона есть собственное магнитное поле – его спин, – и он тоже имеет северный и южный полюса. Раз два полюса есть даже у элементарной частицы, кажется, что на заклинание деления, способное разделить их, нечего и надеяться.
Но в этом есть нечто странное. Электрон имеет отрицательный электрический заряд: он является «электрическим монополем», то есть одиночным полюсом электричества. Если бы существовал магнитный заряд – северный полюс без южного или наоборот, – он был бы магнитным монополем. Элементарных частиц с электрическим зарядом существует сколько угодно; элементарной частицы с магнитным зарядом никто никогда не наблюдал. Странно тут то, что, по-видимому, не существует никакой фундаментальной причины, по которой это так. Напротив: законы физики имели бы гораздо более изящный вид, если бы были найдены магнитные заряды. В то же время их существование дало бы ответы на некоторые из самых важных вопросов о природе реальности: например, почему электрический заряд, по-видимому, всегда бывает кратным заряду электрона. На поиски элементарных магнитных монополей направлены многие проводящиеся сейчас эксперименты, но пока что в них не нашли ничего. А поскольку у нас нет магнитно заряженных элементарных частиц, не может быть и других магнитно заряженных объектов.
Хочется спросить, как же магнетизм вообще существует, если не существует магнитного заряда. Тут дело в том, что хотя элементарные частицы, по-видимому, никогда не имеют магнитного заряда, иногда бывают магнитными диполями – именно это имеют в виду, когда говорят о спинах частиц. Хотя классические аналоги спина всегда неточны, в общих чертах его можно представить себе следующим образом: когда по проволочной обмотке течет электрический ток, он создает магнитное поле. Можно считать, что спин атома порождается электрическим током, вызванным движением электрона по орбите вокруг ядра. Откуда берется спин у одиночного электрона – вопрос более сложный, но вы можете заметить, что, если зарядить воздушный шарик, потерев об него свитер, а потом закрутить его, вращение заряда и в этом случае будет создавать магнитное поле. Эти аналогии отражают один важный аспект – причину, по которой у магнита всегда обнаруживаются оба полюса. Поднесите свой заряженный шарик к часам. Теперь закрутите его по часовой стрелке – в том направлении, в котором вращаются стрелки часов. Если вы измерите магнитное поле шарика из той точки, в которой вы стоите, вы обнаружите северный полюс, вокруг которого шарик вращается по часовой стрелке. Но если подойти к шарику с противоположной стороны, там окажется южный полюс, и с этого направления шарик кажется вращающимся против часовой стрелки. Вы увидите, что разделить полюса магнита так же невозможно, как отделить движение по часовой стрелке от движения против нее.
Но, несмотря на все это, надежда на магнитный полупроводник все же есть. Дело в том, что физика конденсированного состояния изучает не элементарные частицы, а эмерджентность.
Один из узлоделов, назначенных на каждый остров, становится узловым мастером. Эта звание говорит не только о совершенном владении искусствами вязания узлов, но и о мудрости в делах правления. Узлового мастера каждого острова выбирает клан наблюдателей. Тот факт, что эта задача является главным делом наблюдателей, говорит о важности этого назначения. У наблюдателей есть набор испытаний, которым они подвергают членов клана узлоделов в очень юном возрасте. Некоторые из этих испытаний непосредственно связаны с узлами – например состязания в развязывании и повторении узлов, которые проводятся между узлоделами. В других нужно продевать предметы в отверстия или обносить их вокруг препятствий в соответствии с определенными последовательностями, а также создавать вязаные или шитые узоры. Бывают задания в форме загадок, например:
У этой нити есть два конца, левый и правый.
Покажи мне нить, у которой лишь левый конец.
Цель этого испытания – не столько получение верного ответа, сколько удовольствие от процесса завязывания мысленного узла, начинающегося с загадки. Даже если на первый взгляд она похожа на шутку или банальность, узловой мастер заметит в такой фразе тончайшую нить смысла, потянув за которую, он начнет разматывание бесконечного клубка. Беседа двух узловых мастеров ведется так, что случайный наблюдатель может вполне резонно решить, что они несут полную бессмыслицу. Такой наблюдатель недоумевает, каким образом мастера понимают друг друга и в конце концов приходят к разумным выводам. На самом же деле мастера заняты переплетением двух нитей рассуждений…
Эта книга не предназначена для разоблачения секретов волшебства. Она не претендует на роль недолговечной телепрограммы 1990-х годов[77] «Тайны великих магов. По ту сторону фокусов» (Breaking the Magician’s Code: Magic’s Biggest Secrets Finally Revealed), которую вел актер Митч Пиледжи, известный по сериалу «Секретные материалы». Это меня огорчает. Нескрываемое пренебрежение Митча к трюкам, исполняющему их «Фокуснику в маске» и публике у экранов домашних телевизоров превратили шоу в превосходное развлечение для воскресного дня. Однако сейчас – один-единственный раз – я поступлюсь честью мундира фокусника и наконец открою одну из величайших тайн иллюзионизма – как распилить человека пополам.
Точнее, я наконец расскажу, что я думал о том, как устроен этот фокус, потому что оказалось, что я ошибался. Я предполагал, что в ящике спрятан второй человек: я думал, что вижу голову одного человека и ноги другого. На самом деле, как объяснил нам Митч, когда мы видим ноги, торчащие из ящика, это муляж с дистанционным управлением.
Давайте все же разработаем свой собственный вариант этого фокуса, работающий так, как предполагал я. В таком случае то, что кажется нам одним человеком, разрезанным на две части, – это на самом деле два целых человека. Возможно, вы видели в таком варианте фокус, исполнитель которого притворяется, что волшебным образом отрывает один из своих больших пальцев: на самом деле он прячет палец в другой руке. (Если, конечно, у него нет муляжа большого пальца с дистанционным управлением.) Если у нас есть несколько экземпляров предмета, мы можем сделать вид, что делим один и тот же предмет пополам. В физике конденсированного состояния речь идет не о двух экземплярах, а об огромном их множестве.
Представьте себе несколько магнитов, разложенных в ряд, концами друг к другу. Северный полюс каждого из них покрашен в красный цвет, а южный – в синий. Если в достаточной степени расфокусировать зрение, весь ряд магнитов кажется фиолетовым. При переворачивании одного из магнитов получается двойной синий участок, а рядом с ним – двойной красный. Эти двойные участки настолько велики, что они остаются синими или красными, даже если смотреть на них расфокусированными глазами; мы получили участок концентрации северных полюсов рядом с участком концентрации южных. Перевернем теперь следующий в ряду магнит. Один из двойных участков – скажем, красный, – сдвинется на один шаг. Переворачивая следующие магниты, можно перемещать участки концентрации северных и южных полюсов независимо друг от друга. Так можно разделить полюса!
Переворачивание магнитов
Чтобы подчеркнуть, насколько это поразительно, вот вам простая иллюстрация невозможности разделения концов магнита. Представьте себе, что магнит лежит перед вами северным полюсом влево. Тогда ясно видно, что пытаться получить северный полюс без южного – все равно что пытаться получить левый конец без правого! Разделение полюсов, даже в эмерджентном смысле, дает ответ на загадку узлоделов – «