Беседы об информатике

Электрон, скажем точнее, классический электрон, находящийся в покое и ни с чем не взаимодействующий, обладает энергией-массой и электрическим зарядом. С точки зрения этих двух характеристик все электроны абсолютно подобны друг другу. В свое время было поставлено несчетное количество опытов, чтобы выяснить, а не отличаются ли друг от друга заряды электронов хоть на самую малость? Вывод однозначный: у всех электронов заряд одинаковый. Заряд электрона — одна из наиболее фундаментальных физических констант. Он не изменяется даже при скоростях, приближающихся к скорости света, когда меняется очень многое.

Постоянство заряда электрона — интересное и далеко не очевидное свойство нашей Вселенной. Мы принимаем его как должное, но если задуматься, а главное, опереться на наш повседневный опыт, то естественнее было бы предположить, что заряды, да и другие свойства физических объектов, должны хоть немного, но отличаться друг от друга. Но сейчас уже нет оснований делать на этот счет какие-либо предположения, поскольку постоянство заряда электрона — научно доказанный факт. Более того, в точности таким же зарядом обладают все отрицательно заряженные элементарные частицы (кроме кварков, если таковые действительно существуют): отрицательные мюоны, пи-мезоны, гипероны и тому подобные. Другая группа частиц, представителем которой является протон, обладает таким же по величине, но противоположным по знаку электрическим зарядом. Подобные факты наводят на мысль, что Вселенная строилась и продолжает строиться по чертежам. Развивать эту мысль мы здесь не станем, она легко уведет нас в область чистой фантазии.

Вернемся к электронам. Вторым достаточно постоянным свойством электрона является его масса-энергия покоя. Вообще говоря, масса-энергия электрона изменяется в весьма больших пределах, но ни при каких условиях не может стать меньше некоторой постоянной величины, называемой массой покоя. Эта величина одинакова для всех электронов.

Совсем недавно, каких-нибудь пятьдесят лет тому назад, перечисление свойств электрона на этом бы закончилось. Все электроны во Вселенной представлялись в точности подобными друг другу. Но любой электрон обладает еще третьим свойством: собственным моментом количества движения, или, короче, спином. Абсолютная величина спина у всех электронов во Вселенной опять-таки одинаковая, но спин — вектор, он имеет не только абсолютную величину, но и направление. Направления спинов у разных электронов различны. Получается, что каждый электрон несет определенную информацию о самом себе. Эта информация складывается из значений заряда и массы, которые, взятые в совокупности, позволяют отличить электрон от неэлектрона, а также из направления спина, характерного для данного электрона среди других электронов.

Речь идет о классическом электроне. С позиций квантовой физики электрон вообще лишен индивидуальности: про электрон нельзя говорить «тот», «этот», «данный». Надо высказываться осторожно, например так: если вообще есть какие-либо причины выделять некоторый электрон среди других, то основанием к этому может служить направление его спина.

Сказанное поясним примером. Имеется ион атома гелия, то есть ядро гелия, несущее положительный электрический заряд, равный двум единицам, и связанный с этим ядром единственный электрон. Если наш ион находится в окружении свободных электронов, то почти наверняка он захватит один из них и превратится в нейтральный атом гелия. С той же степенью уверенности можно утверждать, что электрон не будет захвачен, если направление его спина совпадает с направлением спина электрона, уже связанного с ядром.

Так проявляется в данном случае принцип Паули, и так информация (некая физическая величина), которой располагает электрон, управляет построением структуры, которую называют атомом гелия.

Другим примером процесса создания структуры под воздействием информации является изготовление сдобной булочки на основе кулинарного рецепта.

Построение атома гелия, испечение сдобной булочки, застройка по архитектурному проекту городского района или целого города — в основе своей одинаковые процессы, отличающиеся лишь количественно.

Кстати, утверждение о количественном различии не совсем обоснованно. Ведь только с позиций сегодняшних знаний мы считаем электрон чем-то достаточно элементарным.

Итак, одним из свойств информации является способность управлять построением структур. Но это далеко не единственное ее свойство.

Второе свойство информации — сохраняться в течение любых промежутков времени. Молекула РНК хранит в себе некий чертеж, который может представлять собой чертеж простейшего организма — вируса или чертеж столь сложной системы, как человеческий организм.