nplus1

Шведские и австралийские ученые под руководством Тины Санделин (Tina Sundelin) из Стокгольмского университета провели два исследования, чтобы лучше понять эффект отложенного подъема на функции организма. В первом исследовании они попросили студентов и работников университета заполнить анкету о привычках сна и пробуждения. В общей сложности на опрос ответили 1732 человека, средний возраст респондентов составил 34 года. В общей сложности 1195 респондентов (69 процентов) сообщили, что хотя бы иногда используют функцию отложенных будильников или устанавливают несколько будильников. В основном это происходит в рабочие дни (71 процент), а 60 процентов сообщают, что засыпают между будильниками. У таких людей дополнительный утренний сон в среднем длился 22 минуты, а средний интервал между будильниками составлял восемь минут. Хотя респонденты не сообщали о плохом качестве сна, те, кто дремал по утрам, в три раза чаще чувствовали сильную сонливость после пробуждения (p < 0,001).

Во втором исследовании — эксперименте — приняло участие 30 человек, которые обычно дремлют по утрам. Они спали в лаборатории с надетыми датчиками аппарата полисомнографии в течение трех ночей. В течение первой ночи происходил процесс адаптации, после второй ночи они просыпались в стандартном для себя режиме — с несколькими будильниками, — а в третью, сразу же вставали в крайне допустимое время окончательного пробуждения при стандартном режиме. Сразу же после окончательного пробуждения (в среднем — в 7:12) включался потолочный светильник и участники сдавали образец слюны на кортизол и проходили когнитивное тестирование. Они также оценивали свою сонливость и работоспособность после каждого когнитивного теста и свое настроение. Процедуру повторяли через 40 минут, после чего они завтракали и покидали лабораторию. Затем когнитивные тесты и оценки сонливости и настроения повторялись на смартфонах участников примерно в обеденное время и во второй половине дня. Ограничений на употребление кофе вне лаборатории ученые не устанавливали.

Ученые не обнаружили существенных различий в структуре сна между двумя режимами пробуждения в течение всего периода ночного сна. Инерция сна отмечалась в обоих режимах пробуждения, что отразилось на когнитивных тестах (скорость арифметических подсчетов, кратковременная память, тест Струпа). В режиме дремоты эта инерция была меньше, при этом участники показали лучшие результаты по арифметической скорости, кратковременной памяти и в тесте Струпа. Исследователи не зафиксировали значительной разницы в уровне кортизола между двумя режимами. Также различий не было и в оценке настроения и сонливости. Примечательно, что утренняя дремота была особенно полезна для людей с поздним хронотипом — «сов».

Также ученые не нашли значимой связи между режимом пробуждения и когнитивных способностей в обеденное время или во второй половине дня, хотя после утренней дремоты участники немного чаще сообщали о том, что чувствуют себя немного сонливее во время обеда и прилагали больше усилий во время тестов во второй половине дня, по сравнению с режимом единовременного пробуждения.

Сюжет

Сюжет игры вертится вокруг побега юной Элизабет — наследницы Захари Хейла Комстока, основавшего летающий город Колумбия в 1893 году. Мы играем за частного сыщика Букера ДеВитта, которого наняли загадочные близнецы — физики Розалинда и Роберт Лютесы — для организации побега Элизабет в обмен на закрытие долгов.

По ходу игры мы выясняем, что ученые играют ключевую роль в событиях во вселенной BioShock Infinite. Строго говоря, Розалинда и Роберт — это не брат и сестра, как они представляются людям, а два варианта одного и того же человека из параллельных миров. Расщепление реальностей происходит в моменты совершения судьбоносных решений —  и это прямая отсылка ко многомировой интерпретации квантовой механики.

Взаимодействие между мирами стало возможным благодаря независимым открытиям Лютесов нового типа взаимодействия (поле Лютес). Изначально этот физический эффект заключался в левитации отдельного атома (частицы Лютес). Розалинда на деньги Комстока смогла масштабировать эффект на массивные тела, благодаря чему стало возможно создание целого летающего города.

Продолжая эксперименты с воздействием на атом полем Лютес, ученая обнаружила, что на тот же самый атом воздействует что-то еще. Оказалось, что поле Лютес проникает во все миры сразу. В одном из параллельных миров Роберт Лютес проводил аналогичные опыты с другой версией этого атома. Скоро физики установили друг с другом контакт посредством азбуки Морзе и объединили усилия. Коллаборация создала машину Лютесов, которая открывает полноценные порталы (разрывы) между мирами, и Роберт переместился в Колумбию, которой не существовало в его реальности (потому что там не существовало Комстока).

Последовавшая далее по сюжету гибель «близнецов» им не особенно повредила: Лютесы приобрели неуязвимость и способность появляться в любой из версий миров в любом месте и любом времени. Ученые приняли решение использовать эту способность для предотвращения катастрофы — войны, которую могла развязать Колумбия.

Рождение квантовой механики и левитация атомов

По меркам нашей с вами реальности открытия Розалинды и Роберта существенно опередили свое время. Они свободно оперируют терминами из квантовой механики, в то время как на самом деле эта область физики начала развиваться лишь в XX веке, после статьи Макса Планка 1900 года. Это была попытка описать спектр абсолютно черного тела, для которой физику пришлось допустить, что энергия электромагнитного излучения испускается и поглощается отдельными «порциями» (собственно, квантами).

Физики отказались от классической онтологии для корректного описания микромира только к середине 20-х годов XX века — усилиями Нильса Бора, Эрвина Шрёдингера и многих других. В 1930 году Поль Дирак подвел строгий математический базис под квантовую механику и связал ее со специальной теорией относительности, опубликовав книгу «Принципы квантовой механики». Во вселенной Bioshock Infinite эту книгу еще в в середине 80-х годов XIX века написала Розалинда Лютес.

Идея «квантовой левитации» атомов — так окрестили открытие Розалинды ее современники — не такая уж фантастическая, как кажется. Сегодня мы умеем манипулировать атомами с помощью оптических пинцетов — лазерных лучей, сфокусированных в одну точку, в которой гравитация атома компенсируется воздействием оптической силы (подробнее об этом изобретении читайте в материале «Скальпель и пинцет»).

Впрочем, принцип работы оптических ловушек далек от идеи поля Лютес, которое как-то влияет на гравитацию тела. Причем механизм этого воздействия не очень ясен. В основной части игры мы узнаем, что атом просто «отказывается падать». Это можно интерпретировать как подавление константы связи между массой и гравитационным полем без какого-либо изменения остальных взаимодействий, в которых участвует материя.

В результате выключения гравитации тела должны какое-то время двигаться вровень с поверхностью Земли (для наблюдателя рядом — оставаться на месте) по инерции, а затем, по мере вращения планеты, взлетать — подобно камню, выпущенному пращей.

Однако в домах Колумбии не царит невесомость, да в дополнении Burial at Sea частицы Лютесов сразу после активации поля стремятся вверх, что больше похоже на антигравитационное отталкивание. В целом, воздействие поле Лютес на материю напоминает эффект массы из Mass Effect (о нем подробнее читайте в материале «Масса эффектов»).

Война интерпретаций

Квантовая механика позволяет объектам находиться в суперпозиции состояний с какими-либо четко определенными свойствами (наблюдаемыми). Например, подброшенная квантовая монетка в каждый момент времени находится не в одном из двух чередующихся состояний (орел или решка), а в их смеси. Такие простые квантовые системы в физике называют кубитами.

Эксперимент показывает, что результат измерения, то есть броска монетки, имеет вероятностный характер. Причем эта вероятностность — фундаментальное свойство мира, а не чисто эпистемологический эффект, связанный с наличием каких-либо скрытых параметров в экспериментах, результаты которых удобно объяснять, введя понятие суперпозиции. Иными словами, классическая физика убеждена, что если она знает все начальные условия броска, то может точно предсказать его результат. Квантовая же физика знает, что полнота знания ей с этим не поможет: в любом случае придется ждать результата.

Другой парадокс связан с тем, как вместе с принятием посылок квантовой механики меняется наше представление о самом акте измерения. Этот процесс в любом варианте опосредуется взаимодействием между квантовым объектом, частицей, — и классическим объектом, измерительным прибором. Но прибор, в конце концов, это сумма всех его частиц, а значит тоже должен квантоваться. А уравнения квантовой механики говорят нам, что если частица в суперпозиции взаимодействует с другой (например, атом излучает фотон), то обе частицы оказываются запутанными. Это выражается в том, что представить волновую функцию всей системы в виде произведения волновых функций частиц по отдельности — математически невозможно. Вместо этого мы имеем сумму, каждое слагаемое которой соответствует одному из вариантов развития событий (с точки зрения наблюдаемой первой частицы) с некоторым вероятностным весом.

Но на практике мы наблюдаем лишь то, что частица просто находится в одном из состояний, из которых должна быть построена ее суперпозиция. Эта проблема встает очень остро, когда мы пытаемся сохранить квантовую запутанность для большого числа объектов — нам это нужно при создании квантового компьютера. Взаимодействие со средой разрушает ее. Физики называют этот процесс декогеренцией.

Исторически первой интерпретацией квантовой механики — то есть описания физической реальности, которая стоит за абстрактными математическими уравнениями, — была копенгагенская. Ее сформулировали Бор и Гейзенберг. Согласно ей редукция (или коллапс) волновой функции при измерении — это объективный и необратимый процесс, который происходит вне рамок процессов, которые описывает уравнение Шрёдингера. И понимать то, что сообщает уравнение Шрёдингера о состоянии квантового объекта до коллапса его волновой функции, надо буквально. В этот момент он действительно находится во всех возможных состояниях, шанс которых «выжить» после измерения отличается.

В середине XX века Хью Эверетт предложил, а Брайс Девитт (в честь него, кстати, получил свою фамилию протагонист BioShock Infinite) развил другой подход к проблеме измерения. В многомировой интерпретации предполагается, что в момент взаимодействия прибор в самом деле запутывается с квантовой частицей, равно как и лаборант, который следит за его показаниями. Тогда каждый член получившейся волновой функции описывает ситуацию, в которой лаборант вместе с прибором наблюдают коллапс состояния частицы, но результат этого коллапса будет разный в разных членах. А эта волновая функция (и все ее члены) — часть еще более крупной системы, которая в пределе представляет волновую функцию всей Вселенной. И поскольку всю Вселенную никто не наблюдает, ее волновая функция не коллапсирует (и не сколлапсирует), так что локальные события до бесконечности продолжают ветвиться, множа все больше параллельных вариантов развития событий.

Многомировая интепретация имеет множество вариаций. В ряде из них учитывается запутанность всех вселенных в мультиверсе между собой, что, без сомнения, очень привлекательно для научной фантастики. Неспроста BioShock Infinite регулярно подвергается сравнению с другими произведениями. По мнению авторов книги «Создание трилогии BioShock. От Восторга до Колумбии», сюжет Infinite больше всего напоминает таковой у сериала «Грань» (Fringe) — причем не только наличием параллельных вселенных, но и темой похищения ребенка, способностями отдельных персонажей и многим другим.

Зачем физикам метафизика

Помимо многомировой и копенгагенской интерпретацией существует еще с десяток других, включая «никакую» интерпретацию, выраженную фразой «Заткнись и считай!».

Как показывают опросы физиков (совершенно нерепрезентативные, впрочем), копенгагенский и многомировой варианты  — самые популярные среди специалистов по квантовой механике, которым не лень принять ту или иную позицию (их общее число примерно такое же, как и число ученых, индифферентных к интерпретации квантмеха).

Важно, однако, то, что разговоры об интерпретации это уже область сугубо метафизическая — у нас нет способа верифицировать ни одну из них и потому выбирать какую-то из них совершенно не обязательно, все сводится к личным предпочтениям конкретного человека (то есть являются вопросом веры или, если угодно, философских убеждений). Из-за этого многие физики довольно болезненно воспринимают ситуацию, когда популярное изложение квантовой механики опирается на строго одну из интерпретаций как истинно верную.

Многомировая интерпретация как драйвер сюжета

Разберемся теперь, как многомировая интерпретация вплетена в мир Bioshock Infinite. И начнем с близнецов.

Квантовый мультиверс предполагает, что расщепление миров должно начинаться с события атомарного масштаба. Если Лютесы имеют разный пол в разных версиях реальности, значит этому должно предшествовать одно или несколько таких событий. Что бы это могло быть?

Розалинда уверена, что их с Робертом геном отличается всего на одну хромосому: X у нее вместо Y у него. Эти две хромосомы отличаются по размеру более, чем в пять раз. Учитывая, что X-хромосома содержит в себе около 150 миллионов пар оснований, сложно представить простой физический процесс (или даже несколько), которые могли бы привести к тому, что геном двух людей отличался всего лишь одной хромосомой. Другими словами, слова «всего одно» для квалификации отличия Розалинд от Роберта подходит здесь не очень хорошо.

Гораздо более правдоподобным кажется сценарий, в котором одна или несколько мутаций мешают сформироваться мужской половой системе. А поскольку по умолчанию половая система развивается по женскому типу, носитель таких мутаций может вырасти женщиной — как внешне, так и на гормональном уровне — несмотря на то, что его клетки содержат Y-хромосому. По такому принципу возникают, например, синдром Свайера и синдром нечувствительности к андрогенам, — причем в обоих случаях может хватить одной или нескольких точечных мутаций. Можно представить себе, что вселенная расщепилась на две: в одной квант ионизирующего излучения испустился и вызвал мутацию, а в другой не испустился (и, соответственно, никакой мутации не вызвал). Такая же запутанность может возникнуть и при поглощении кванта. Мутации могут быть вызваны и туннелированием протона — мы рассказывали, что этот процесс также существенно квантовый.

Играя внимательно, можно понять, что альтернативные миры могут отличаться друг от друга совсем небольшими деталями.. Чтобы свергнуть Комстока с помощью Букера, Лютесы прокручивают историю раз за разом, перебирая различные варианты развития событий. К этому отсылает фраза про «константы и переменные», которую мы слышим во время прохождения игры. Ученые контролируют процесс с помощью калибровочных тестов: подбрасывания монетки и выбора украшения для Элизабет. В первом случае монета всегда падает одной стороной (константа), во втором случае возможна вариативность (переменная). Судя по отметкам на доске, которую держит Роберт, игрок управляет 123 попыткой спасти Элизабет.

Идея о том, что каждый атом представлен в каждом члене суммы глобальной волновой функции, развита в способностях Элизабет. Согласно событиям игры, она была похищена из своего мира в тот, где она никогда не рождалась, но при переходе часть ее мизинца осталась в родном мире. Лютесы утверждают, что это по какой-то причине дало ей способность создавать разрывы (причем в любую точку пространства-времени другого мира), для блокировки которых им пришлось разработать специальное устройство — «сифон».

Если придерживаться логики игры, то Элизабет умеет создавать и поддерживать лютесово поле. Это согласуется с эффектом разрушения сифона — после него разум всех Элизабет во всех мирах синхронизировался, что похоже на состояние «общего атома», с которым работали Розалинда и Роберт. Это очень красивый ход, но он не очень хорошо стыкуется с многомировой запутанностью. Эта интерпретация хорошо подходит для описания волновых функций частиц. Но у нас нет никаких гарантий, что все версии Элизабет состоят из одних и тех же «общих атомов». 

Дополнение Burial at Sea показывает, что происходит в случае смерти одной из копий: мир, где она происходит, становится для Элизабет недоступным. Попасть туда она может, только если выйдет из суперпозиции — другими словами, сколлапсирует. Тут авторы игры вообще отступают от многомировой интерпретации — коллапс волновой функции это фишка из копенгагенской интерпретации, во многомировой его нет.

Решения Элизабет — не единственные примеры коллапса в игре. Мы также встречаем настойки (infusions) — напитки, повышающие боевые характеристики Букера. Это мерцающие разным цветом бутылочки, которые обретают конкретный цвет и свойства, когда игрок делает выбор. Считается, что, как и Элизабет, настойки находятся в состоянии квантовой суперпозиции, а игрок «измеряет» их, выпивая.

Оперевшись на нелинейный мультиверс, разработчики с неизбежностью притащили во вселенную игры все причитающиеся этой концептуальной системе парадоксы вроде парадокса убитого дедушки (о нем и других временных парадоксах мы рассказывали в материале «Убить дедушку и выжить»). Впрочем, этим парадоксам у авторов нашлось применение: Лютесы уверены, что если довести ситуацию в конкретном мире до парадокса, то соответствующая ветка развития событий будет уничтожена, и именно этот механизм используется в игровой концовке. Даже если принять за аксиому, что парадокс стирает миры (для чего нет особых оснований), удаление «комстоковых» вселенных должно исключить существование самих Лютесов, которых мы, тем не менее, встречаем в дополнении. Логические нестыковки и дыры — это одна из самых частых претензий к игре со стороны критиков.

И все же BioShock Infinite чрезвычайно хорош тем, что глубоко лезет в идеи из квантовой физики. Конечно, о реализме показанного в игре можно говорить лишь на концептуальном уровне, однако и этого немало. Сюжетные повороты, концовки основного сюжета и дополнения до сих пор заставляют игроков разбираться с пост-ньютоновскими физическими концепциями и их метафизическими обвесами. В конце концов, саму игру также можно рассматривать, как очередную интерпретацию реальности, с которой большинство профессиональных физиков взаимодействуют лишь на уровне абстрактных уравнений, — что, безо всякого сомнения (говорю это как физик-теоретик!) полезно и для ученых, и артистов.

Гретчен Даббс из Университета Южного Иллинойса сообщила о результатах исследований древнеегипетского могильника Саут-Томбс в Тель-эль-Амарне. Около 1353-1332 годов до нашей эры в этом погребальном комплексе похоронили примерно шесть тысяч человек.

В 2012 году археологи раскопали здесь сильно потревоженную могилу. По сохранившимся фрагментам скелета антропологи определили, что в погребении покоились останки женщины, умершей в возрасте более 40 лет. Даббс отметила, что при жизни женщина ломала правую локтевую кость, кроме того, на ее костях видны патологические наросты. Однако больше всего исследовательницу заинтересовало кальцинированное образование, обнаруженное в могиле среди перемешанных костей. Оно представляет собой объект яйцевидной формы, максимальная длина которого достигает 43,5 миллиметра. Цвет его поверхности неоднородный — от цвета слоновой кости до светло-коричневого.

Изучив морфологию, размер и внутреннее строение этого объекта, Даббс пришла к выводу, что находка, скорее всего, представляет собой камень из мочевого пузыря. Судя по его размеру, на протяжении продолжительного времени женщина, вероятно, испытывала болевые ощущения, которые могли привести к нарушению сна, неспособности выполнять домашние дела или профессиональные обязанности. Хотя иногда даже довольно крупные камни в мочевом пузыре не проявляются в виде каких-либо симптомов

Врачи реанимации и интенсивной терапии регулярно сталкиваются с пациентами, у которых отсутствуют стволовые рефлексы. Это один из первых признаков смерти головного мозга, поэтому в таких случаях назначается стандартизированное обследование на предмет потенциальной смерти мозга, и важно, чтобы любые другие факторы не влияли на постановку этого диагноза. Среди таких факторов в литературе отмечаются интоксикация лекарственными препаратами.

Существует ограниченный объем данных о тяжелой интоксикации баклофеном — миорелаксантом, который применяют при различных нервно-мышечных заболеваниях с повышенным мышечным тонусом, — которая сопровождалась подавлением всплесков на электроэнцефалографии (ЭЭГ) и клиническим проявлениями в виде глубокой комы и отсутствием всех стволовых рефлексов. Однако в большинстве этих исследований отсутствовал всесторонний анализ клинических случаев.

В отделение неотложной помощи Университетской клиники Базеля госпитализировали пожилую пациентку (около 70 лет) после того, как она потеряла сознание дома. Ее муж сообщил врачам под руководством Себастьяна Бергера (Sebastian Berger), что жена жаловалась на плохое самочувствие перед тем, как упасть в обморок, и перенесла генерализованные тонико-клонические судороги. Прибывшие парамедики диагностировали у пациентки кому с оценкой четыре по шкале Глазго. У нее был ритмичный пульс (52 удара в минуту), повышенное артериальное давление — 184/118 миллиметров ртутного столба и снижение частоты дыхания до 11 дыхательных движений в минуту при нормальном насыщении периферической крови кислородом — 95 процентов.

В анамнезе пациентки числилась прогрессирующая идиопатическая болезнь Паркинсона, для терапии которой она принимала леводопу, прамипексол и амантадин. Также ей назначали баклофен перорально при необходимости. По словам ее мужа она страдала прогрессирующей нарушение моторики, речи и неустойчивостью походки с частыми падениями.

Из-за продолжительной глубокой комы и снижения частоты дыхания пациентку интубировали и перевели на искусственную вентиляцию легких с пропофолом. Позже ей провели компьютерную томографию головы с контрастным усилением, которая не выявила признаков церебральной ишемии, кровоизлияния, окклюзии артерий или изменений перфузии головного мозга. Лабораторные исследования также не показали отклонений. Оценка по шкале комы Глазго упала до трех, перестали вызываться рвотный, кашлевой и зрачковый рефлексы, а также остановилось самостоятельное дыхание. ЭЭГ показала паттерн спонтанного подавления всплесков, который не изменился после быстрого введения антагониста бензодиазепинов.

Хотя изначально врачи подозревали тяжелую гипоксически-ишемическую энцефалопатию, они не исключали интоксикацию как возможный диагноз, поэтому отправил кровь на анализ лекарственных веществ, которые она принимала. В течение следующих десяти часов (14 часов с момента потери сознания) на ЭЭГ регистрировались прогрессирующие изменения, характерные для смерти мозга, — от спонтанного подавления всплесков до генерализованных периодических разрядов с трехфазной морфологией и, в конечном счете, к непрерывной фоновой тета-активности. В течение последующих шести часов стволовые рефлексы постепенно начали восстанавливаться, а муж пациентки обнаружил несколько пустых блистеров из-под баклофена, что указывало на интоксикацию 280 миллиграммами баклофена. Анализы крови также показали высокую концентрацию препарата в организме (3440 микрограмм на литр, токсическое действие начинается от 1000 микрограмм на литр).

Пациентке проводили дезинтоксикационную терапию, через три дня она вышла из комы, а на 11 день ее экстубировали, однако у нее сохранились проблемы с глотанием, из-за чего ей установили чрескожную гастростому. Затем пациентку перевели в специализированную клинику неврологической реабилитации, а позже — в психиатрическую больницу для лечения тяжелого депрессивного эпизода после суицидальной попытки (так врачи трактовали прием большого количества баклофена).