Сканеры на обратном рассеянии

Ну и наконец, о сканерах для человека. Их существует два типа. Первый – основанный на обратном отражении рентгеновского излучения.

Да-да, именно так. Все-таки дозу радиации в аэропорту вы можете схлопотать. Однако не переживайте, мощность этого рентгена очень-очень слабенькая. В дальнейшем полете на высоте 10 000 метров вы получите дозу в сотни раз большую.

Основаны эти сканеры на том, что рентгеновское излучение может не только пронизывать тела насквозь, но и отражаться. Этот эффект называют комптоновским рассеянием, и происходит он на свободных электронах. Но разве в нашем теле они свободные?

Дело в том, что в легких атомах нашей кожи электроны слабо притягиваются к ядру, поэтому их отчасти можно назвать свободными, от них отражаются рентгеновские лучи. А вот от металлов отражение слабое, так как ядра сильней притягивают электроны. Если зарегистрировать отраженное излучение, то кожа будет выглядеть светлой, а металл и остальное пространство будет черным, ведь оттуда не приходит отраженное излучение. Поэтому все металлические предметы, расположенные в боковых карманах, будут сливаться с фоном и их невозможно обнаружить. Так что, если вас не попросят повернуться боком к сканеру, у вас есть все шансы пронести что-нибудь металлическое незамеченным. Именно это и сделал Джон Корбетт.

Микроволновые сканеры

Второй тип сканеров – микроволновые. Они представляют собой две рамки, которые вращаются вокруг вас. В них расположены излучатели миллиметровых волн, наподобие радиоволн мобильных телефонов, wi-fi. Частота этих волн подобрана так, что они беспрепятственно проходят через одежду, но отражаются от поверхности кожи и металлических предметов.

Сканер формирует трехмерное изображение поверхности тела человека. Однако нужно понимать, что оно одноцветное. Такой сканер не видит особых отличий между металлом, неметаллом, кожей и прочей органикой. Так что замаскировать какой-то запрещенный объект, пожалуй, не составляет труда. Лишь бы маскировка была по форме человеческого тела и хорошо отражала миллиметровые волны.

Этические соображения

После введения таких сканеров многие, мягко говоря, удивились. Действительно, это прямо находка для извращенцев, потому что человек действительно виден голым на изображениях. Так что в современных моделях сканеров настоящее изображение обрабатывается программно, а оператор видит только лишь рисунок человечка. Если программа обнаруживает угрозу, она подсвечивает ее в соответствующем месте на картинке.

В заключение скажем, что, хотя некоторые типы сканеров можно обмануть, безопасность в аэропорту обеспечивается целым комплексом мер – видеокамеры, кинологи, психологи, которые наблюдают за поведением пассажиров. Так что обманывать придется не только сканер.

7.2. Следят ли за нами по GPS?

Во всех фильмах про шпионов у спецслужб есть суперспособность – они могут буквально за секунды найти любого человека на планете, где бы он ни находился. В самых крутых фильмах этого человека в режиме реального времени можно увидеть со спутника.

Конечно, это все фильмы, байки… Ну а вдруг нет? Следят ли за нами спецслужбы, и если да, то как это делают?

Устройство GPS

Сразу скажем: использовать для этого только навигационные системы не получится. Дело в том, что спутники не принимают никаких сигналов. Они словно меланхоличные маяки вращаются в пустыне космоса вокруг Земли и безропотно отправляют на Землю сигналы, а навигатор так же послушно их принимает. Навигатор не отправляет ничего в космос, поэтому найти так человека просто невозможно.

Но как тогда работает эта система? В ее основе лежит бесхитростный принцип. Представьте себе, что вы находитесь на огромной шахматной доске с завязанными глазами. Вам нужно определить ваши координаты. Вы знаете, что в двух углах доски стоят звуковые генераторы, которые издают сигнал каждую секунду, а на руках у вас часы, которые вибрируют тоже каждую секунду. Вибрации часов и звук генераторов синхронизированы. Но вы же знаете, что звук движется с определенной скоростью и приходит к вам с отставанием. Так что по задержке сигнала вы сможете определить сначала расстояние до одного источника. Тогда ваше местоположение будет точно на окружности определенного радиуса от источника. Потом вычислите расстояние до другого источника, и на пересечении окружностей и будет ваше место.

Таким же образом работает любая навигационная система. Только это происходит в трехмерном пространстве, вместо звуковых используются радиоволны, и передатчики для синхронизации используют атомные часы. В остальном все очень похоже. Это по-прежнему определение расстояний до спутников и нахождение себя на пересечении теперь уже сфер, а не окружностей.

Как видите, проследить за кем-то по GPS просто невозможно. Другое дело сотовые сети. Как раз они настроены на взаимную передачу информации, поэтому с легкостью пересылают координаты абонента куда следует и не следует.

Геостационарная орбита

Хорошо, скажете вы. Если я не буду пользоваться мобильным телефоном, могу ли я надеяться на то, что меня невозможно будет засечь из космоса? В принципе да, но… не хочется врать, но опасения по этому поводу уже есть. То есть сюжеты из фильмов, когда перемещения преступника отслеживают со спутника в режиме реального времени – не такие уж и сказки.

Сейчас уже практически вся поверхность Земли сфотографирована спутниками вдоль и поперек, и места свободного не осталось. Но нужно понимать, что все это спутники на низкой околоземной орбите, ведь нам же нужно достаточно хорошее пространственное разрешение. Но вот период вращения спутника зависит от высоты, и как бы мы ни старались, низко над Землей мы спутник не повесим. Например, на высоте 500 км период обращения около двух часов. То есть спутник не сможет следить в режиме реального времени, он скорее скроется за горизонтом.

Чтобы спутник висел над поверхностью, единственно возможный вариант – поместить его на геостационарную орбиту. Она находится на высоте 36000 км над Землей (это в три раза больше диаметра Земли, на секундочку) и в плоскости экватора. Там период обращения – ровно сутки, так что спутники движутся синхронно с Землей, поэтому получается, что они словно зависают над поверхностью.

На данный момент геостационарная орбита – пожалуй, самая востребованная, она просто утыкана тьмой спутников связи, вещания, коммуникаций и т. д. Например, все спутниковые тарелки телевидения направлены именно на геостационарные спутники, а так как они находятся в плоскости экватора, то получается, в России все тарелки смотрят практически на юг. Так что, если вы заблудились в городе и вам нужно сориентироваться по сторонам света, не ищите мох на деревьях, просто посмотрите на тарелки!

Уже есть проекты запустить на такую орбиту спутники, представляющие из себя огромные телескопы, с диаметром зеркала больше, чем у Хаббла. Это позволит получать изображение с разрешением 3 метра в режиме онлайн. Конечно, отдельных людей пока видно не будет, но автомобили и прочие виды транспорта уже никак не смогут скрыться от такой слежки.

Но и тут Россия выделилась. Это одна из самых северных стран, поэтому из плоскости экватора у нас все будет видно под углом и система будет работать не в полной мере. Так что, скорее всего, будут развиваться уже существующие методы: камеры наблюдения на улицах, GPS-трекинг, слежение по мобильнику и так далее.

Будет ли так? Будет ли большой брат всюду следить за нами? Или уже следит? Сложно сказать. Единственная защита от этого – знания. Быть в курсе развития современных технологий и геополитической ситуации – хорошее средство не застать вас врасплох.

7.3. Как устроено 3D в кинотеатре?

Современные фильмы невозможно представить без эффекта 3D. Как же работает эта технология, насколько она сложна? Для начала стоит разобраться, как человек видит трехмерную картинку. В этом нам поможет подушка.

Объемное изображение

Когда вы ложитесь спать, посмотрите левым глазом на край подушки, потом правым. Вы заметите, что она скачет! Связано это с тем, что глаза у нас находятся на небольшом расстоянии, поэтому взаимное расположение близких и дальних объектов для левого и правого глаза отличается. Получается, каждый глаз видит разную картинку, по этой разнице мозг определяет расстояние до объектов и создает объем.

3D-фильмы снимают двумя камерами. Затем проецируют сразу два изображения на экран. Одно для левого глаза, другое для правого. Сложность только в том, как же их разделить, ведь без очков вы реально будете видеть двоящуюся картинку. Сейчас практически везде для этого используют так называемые поляризаторы.

Поляризаторы

Дело в том, что они очень необычно взаимодействуют со светом. Ведь свет – это электромагнитная волна, а раз это волна, в ней происходят колебания. И они могут происходить по вертикали, или горизонтали, или вообще как-то под наклоном, в любой плоскости. Грубо говоря, световой луч – это не как тонкая макаронина, а как плоская лапша, плоскость которой может быть повернута как угодно.

Свет, испускаемый Солнцем, лампой, пламенем, состоит из лучей, плоскость колебаний которых направлена как угодно. Но поляризатор пропускает только, например, лучи с вертикальной плоскостью колебаний. Это словно фильтр, образная решетка, через которую проходит только половина света. После него свет поляризован вертикально. Самое интересное начинается, если мы возьмем второй поляризатор. Если он тоже пропускает волны с вертикальными колебаниями, то ничего особенного, поляризованный свет будет спокойно проходить через него. Но стоит его повернуть на 90 градусов, и он задержит весь свет, ведь теперь он пропускает горизонтальные волны, которых не осталось после первого поляризатора.

Схема в кино

Это и используется в кинотеатре. Картинка для левого глаза, например, поляризована вертикально, для правого – горизонтально. Делается это просто: перед объективами устанавливаются соответствующие поляризаторы. И стекла в очках сделаны из поляризаторов, поэтому пропускают только лучи своей картинки и задерживают лучи не своей. Поэтому каждый глаз и видит разное изображение, а не их смесь (любую из двух картинок можно взять). И если эти картинки сняты двумя камерами, получается иллюзия объема. Сейчас есть и более сложные схемы, с круговой поляризацией, но по сути принцип тот же.

Мониторы

Поляризаторы – это удивительная вещь. ЖК-мониторы, дисплеи часов, калькуляторов, тамагочи без них никак не обходятся. Ведь экран устроен как сэндвич: два поляризатора, между которыми находятся пиксели с жидкими кристаллами. Допустим, оба поляризатора пропускают свет одной плоскости поляризации. Есть моменты, когда кристаллы беспрепятственно пропускают свет, поэтому он проходит через оба поляризатора и пиксель прозрачный. А есть моменты, когда жидкие кристаллы поворачивают плоскость поляризации на 90 градусов, поэтому, пройдя через один поляризатор, через другой он уже не проходит, пиксель темный. Регулировать степень поворота и, соответственно, прозрачность пикселя можно напряжением на нем. Остается сделать сзади подсветку, тогда у нас и появится диапазон яркостей от светлого до темного.

Внутренние напряжения

Свет поворачивают не только жидкие кристаллы, но и другие вещества – пластик, стекло, полиэтилен. Достаточно скрестить два поляризатора так, чтобы свет не проходил через них, а потом между ними поместить этот предмет. Тогда свет поворачивается и проходит сквозь этот сэндвич. Дело в том, что когда этот предмет изготавливают, отливают из расплавленной вязкой массы, она застывает так, что внутри нее остаются какие-то напряжения, застывшие деформации. И именно от степени этих напряжений зависит, насколько сильно повернется свет. То есть по сути мы видим внутреннюю структуру вещества, которую невозможно увидеть невооруженным взглядом. Цвета радуги появляются из-за того, что степень поворота зависит еще и от частоты света.

Отраженный свет всегда поляризован!

И есть еще одно интересное незамысловатое применение поляризаторов. Это просто солнцезащитные очки. Оказывается, отраженный свет всегда поляризован. Степень поляризации зависит от угла падения, но это не принципиально. Так вот, поляризационные солнцезащитные очки, помимо того, что затемняют всю картинку, еще и отфильтровывают блики, которые сильно поляризованы. Обратите внимание на поверхность воды, лобовые стекла машин, асфальт. Они становятся относительно темнее через поляризатор. Этим пользуются и фотографы. У многих из них есть в арсенале такой прием: ведь, убрав блики, можно добиться определенной чистоты картинки или нового эффекта.

7.4. Почему звук электрогитары отличается от обычной?

Звук скрипки похож на звук виолончели, звук трубы похож на звук тромбона. Инструменты одной категории звучат одинаково, но вот гитара и электрогитара – кардинально разные вещи. И там, и там – струны, гриф, дека. Но звук разный.

Все знают, насколько мощной и злой может быть электрогитара, чего нельзя сказать об обычной гитаре, звук которой мягок и мелодичен. Откуда возникает такая большая разница? Ведь и то, и то – гитара!

Тот резкий звук, который мы ассоциируем с электрогитарой, – это только эффект, который можно применить и к виолончели, и к фортепиано и так далее. Это – эффект дисторшн (англ. distortion – искажение). Но исторически он возник именно на гитаре, и настоящие ценители любят только тот, который нашли гитаристы в середине прошлого века. Давайте поговорим именно об этом звуке.

Классическую акустическую гитару люди слушают уже давно. До нее были всякие похожие на нее инструменты, но принцип у них одинаковый. Звук обычной гитары образуется благодаря гармоническим колебаниям струны и усиливается декой благодаря резонансу. В итоге получаются плавные звуковые волны, которые и есть звук гитары.

Сотни лет людей устраивала громкость инструментов, но с развитием музыкальной индустрии все больше и больше людей хотели послушать известных музыкантов. Гитару стали подключать к электроусилителю, чтобы она звучала громче. И вот тут понеслось!

Усилок берет сигнал, а именно переменный ток, с гитары и увеличивает амплитуду этого тока. И если играть не очень громко, то усиление без искажений и звук нормальный. Кстати, отчасти из-за этого в электрогитарах отказались от большого резонатора, потому что усиление происходит в усилке, а не в деке.

Но вот если играть очень громко, то усилок не справляется, так как в любой схеме есть ограничение по амплитуде. В реальности у него есть какой-то предел, дальше которого он не может ее увеличивать. Гладкие синусоиды срезаются, и в результате получается совсем другой, резкий звук. На усилителях тех времен это звучало достаточно мелодично, и этим начали пользоваться многие музыканты – перегружать усилитель.

В этом основная разница, но можно рассмотреть этот эффект еще более детально. Есть такая штука – преобразование Фурье. Если такое преобразование провести с синусоидой, то получится функция-точка, показывающая частоту этой синусоиды. Если произвести преобразование Фурье для сложного колебания, которое является смесью «простых» гармонических колебаний, у нас получится несколько точек, показывающих, какие отдельные частоты содержатся в этом сигнале. И если мы преобразуем перегруженный звук гитары, то окажется, что в нем, помимо основной частоты, появляется много дополнительных частот! Их называют гармониками, и они окрашивают звук электрогитары и еще больше отдаляют ее от акустической.

То есть в резкий звук электрогитары больший вклад вносит усилок, нежели сама гитара.

И еще один факт. Электрогитара обязана своим звучанием магнитам! Если б не они, возможно, мы бы сейчас не слушали Queen и AC/DC и Metallica. В самых популярных звукоснимателях с помощью магнитов колебания струны преобразуются в электросигнал.

Под каждой струной есть постоянный магнит. Он создает магнитное поле, в котором колеблется струна. В ней возникает переменный электрический ток, который создает вокруг себя еще одно магнитное поле, только уже переменное. Оно, в свою очередь, создает в катушке, намотанной вокруг магнита, электрический ток, который колеблется в такт струне. Вот такая длинная цепочка, но благодаря ей возможно бесконтактным способом превратить колебания струны в ток.

Так что для электрогитары подходят только металлические струны.

На самом деле музыкальные инструменты всегда были и являются объектом исследований. Сейчас с невероятной скрупулезностью изучены спектры многих инструментов, построены их математические модели, которые с успехом используют в синтезаторах. В наше время придумано море синтетических звуков, музыку можно писать на любом компьютере. Однако настоящий звук перегруженной гитары по-прежнему извлекают по старинке – на старых гитарах и усилителях. Настолько он особенный.

7.5. Что почувствует искусственный интеллект при первом поцелуе?

Искусственный интеллект… Каким же он будет? Хладнокровным и равнодушным или сочувствующим и переживающим? Да он уже давно существует: дроны (беспилотные летающие аппараты), поисковики Гугла и Яндекса, автопилот Тесла… Даже стиральные машинки и автоматические пылесосы обладают искусственным интеллектом, ведь они умеют обучаться на основе приобретенного опыта, умеют адаптироваться к новым условиям и грамотно распределять свои ресурсы. Они на основе своих знаний, умений и внешних факторов могут достигать поставленных целей. Правда, в наше время не слишком мощный искусственный интеллект очень узкоспециализирован. Его задача – либо хорошо постирать белье, либо не врезаться в дерево, либо понять, что человек ищет в интернете. Мозг этих устройств заточен под вполне конкретные задачи, поэтому вряд ли два пылесоса влюбятся друг в друга и начнут целоваться.

Но все же современная техника развивается семимильными шагами, и многие ученые считают: однажды наступит момент, когда технический прогресс будет настолько быстрым и сложным, что окажется недоступным для понимания. Это гипотетическое явление называют технологической сингулярностью.

Обычно ее связывают с созданием настолько мощного искусственного интеллекта, что в процессе своего развития и самообучения он будет совершенствоваться быстрее, чем если бы это контролировал человек. Эксперты считают, что это произойдет примерно в 2040 году, однако некоторые сдвигают эту дату в ближайшее будущее, вплоть до 2016 года. Представляете?

Пока созданием искусственного интеллекта занимаются люди, он наверняка будет похож на человеческий. Так как же человеческий интеллект относится к поцелуям? Стоит отметить, что и он бывает разным. Ведь интеллектом обладают и шахматный гроссмейстер, и дядя Коля из соседнего подъезда. Но в любом случае человеческий интеллект может выполнять очень сложные задачи: это и поиск наилучшего партнера, и защита своей семьи, и достижение собственной безопасности и комфорта – как в настоящем, так и в будущем. Это сложилось исторически, и эволюционно уже выработаны механизмы, которые позволяют справиться с безумным количеством дел. Скорее всего, к этим механизмам относятся и поцелуи.

Согласно современным исследованиям, у поцелуев довольно прагматичная функция – оценка партнера. Это некий вкусовой тест, оценка здоровья и совместимости. И только уже потом возбуждение и получение удовольствия. При поцелуе выделяется огромное количество гормонов, которые положительным образом сказываются на самочувствии и производительности человека. Так что интеллект явно будет считать поцелуи полезным занятием.

Если создавать искусственный интеллект по образу и подобию человеческого, то как будут устроены его эмоции, как они будут влиять на него? Каким образом искусственный интеллект сможет чувствовать что-либо? Радость, страх, восторг, грусть? Будет ли он наслаждаться музыкой, грустить при разлуке и испытывать эйфорию при первом поцелуе?

Пока что мы не знаем точно, как работают эмоции. Но есть модели, которые приблизительно описывают, что происходит в мозгу при той или иной эмоции. И пользуясь одной из этих моделей, можно построить эмоциональный искусственный интеллект. Согласно теории Хьюго Левхейма, существует восемь базовых чувств (аффектов): радость, страх, горе, отвращение и т. д. Комбинируя эти базовые чувства, мы можем получить любые доступные нам более сложные чувства и эмоции.

При этом каждая базовая эмоция определяется соотношением концентрации определенных веществ, трех нейромедиаторов, а именно: дофамина, норадреналина и серотонина.

Дофамин влияет на мотивацию, сохранение информации. Норадреналин отвечает за перераспределение ресурсов и фокусировку внимания на конкретной задаче. Серотонин влияет на уверенность и удовлетворенность принятым решением. Вот такие категории уже могут быть реализованы в вычислительных машинах, и по сути их комбинация может быть аналогом чувств у искусственного интеллекта. При поцелуе вырабатывается огромное количество этих веществ. И если искусственный интеллект устроен именно так, то при первом поцелуе он наверняка сильно удивится, насколько просто можно улучшить свое самочувствие и работоспособность.

У человека, в отличие от роботов, есть ограниченный ресурс. Мы устроены так, что накачать себя огромным количеством гормонов и бесконечно наслаждаться без каких-либо последствий практически невозможно. Другое дело – машина: она уж точно будет знать, как влияет на нее гормональная встряска, и сможет это контролировать. (Ну и наверняка будет прибегать к этому постоянно.) Так что, если в будущем вы увидите целующихся терминаторов – знайте, они делают это неспроста. Конечно же, это все теории. Ведь искусственного интеллекта, который сравнится с человеческим, еще очень долго ждать. Но народная мудрость гласит: чем больше вы целуетесь, тем меньше глупостей говорите. Так что в будущем нас наверняка будут окружать мудрые и молчаливые существа с искусственным интеллектом.

7.6. Как обмануть детектор лжи

Когда был изобретен самый первый детектор лжи? Да еще до нашей эры, более 2000 лет назад! В древнем Китае человеку насыпали горсть риса в рот и выносили обвинение. Если он был причастен к преступлению, то во рту все пересыхало и рис оставался сухим. В древней Индии подозреваемый при ответе на вопрос тихонько бил в гонг. Считалось, что если он начинает бить громче, то врет.

Как видите, даже в древности понимали: у врущего человека некоторые процессы в организме идут по-другому и это невозможно контролировать. Страшно представить, какие в наши дни существуют способы выявления обмана: различные сыворотки правды, шарлатанские электропсихометры, интуиция профессиональных следователей… и конечно, детектор лжи. Но не все так просто, и оказывается, самую современную технику тоже можно обмануть!