Sunday Science: почему респавн невозможен в реальной жизни

У вас кончаются патроны, последняя аптечка была 15 минут назад, а тот добрый парень, который стреляет в вас только что получил подкрепление в виде снайпера.

Без божественного вмешательства и удачного выстрела того доброго парня, вы скорее всего отправитесь на ближайшую точку респавна. И вуаля! Никакой загробной жизни – можете продолжать играть.

Точки сохранений немного отличаются. Обычно, в играх где вы можете сохраняться где угодно, после смерти вы появляетесь именно в том же месте и в то же время когда делали сохранение. Своего рода бэкап вселенной.

В других играх вы можете сохраняться, когда впереди битва с боссом, и в случае поражения вы так же появляетесь там, где сохранились.

Сохранение игры и респавн – это нечто, что происходит за пределами мира игры. Игрок делает это с намерением и с пониманием своих действий, однако не персонаж. Впрочем, есть и исключения правила – Borderlands, например. Так как же работает система респавна?

Физика респавна

В Borderlands существуют особые станиции New-U, которые хранят ДНК персонажа на случай смерти и способны воссоздать новое тело на замен погибшему. Получается очень разумное объяснение.

В этой статье мы будем обсуждать физику, однако представление себе игры, которая полностью соответствует законам физики – несколько скучно. К примеру – если ты умираешь, то умираешь - это конец. По крайне мере так работает известная нам физика.

New-U станция сохраняет игру, когда персонаж входит в ее пределы. Ниже мы рассмотрим физику всего этого дела, но сразу можно сказать, что данная идея возрождения персонажа является очень интересной. Разработчики даже создали эффект тоннеля, когда ты возвращаешься к жизни. А цена на такое оживление – 7% от средств персонажа. Можно подумать, что это слишком дорого, однако я напомню вам, что вас только что вернули с того света. Остались только налоги... .

По сути, станции New-U используют "твердый свет" для восстановления персонажа, оружия и даже средства передвижения. Таким образом, просто наличие в базе данных ДНК – не совсем достаточно, иначе вы бы каждый раз оживали голым и без единой пушки – ведь у вещей нет ДНК. Так же возникают вопросы о том, что это за "твердый свет" – на самом деле это вполне научный термин, хотя применяется он совершенно выдуманным способом, когда свет трансформируется в материю.

А теперь все же перейдем к физической составляющей.

Создание "нового" я

Лоуренс Краусс – физик и писатель уже занимался похожей проблемой, однако это был вопрос  телепортации из Star Trek. Краусс затрагивал множество сторон, однако физика получения данных об объекте и реконструкция оного будет очень похожей. Краусс даже рассмотрел глубокий философский вопрос: действительно ли человек – это только сумма атомов? Есть ли что-то еще, что делает нас людьми – не только материя? Это несомненно очень интересный вопрос, но мы поговорим о нем в другой раз. Сейчас нас интересует следующий вопрос: как много информации необходимо сохранять, чтобы создать человека? Как получить эту информацию? И сколько энергии потребуется? 

Среднестатистический человек состоит из   1x10²⁸ атомов.

Чтобы можно было реконструировать такого человека на основе сохраненного паттерна, этот паттерн сначала нужно сохранить. Но как это сделать? Сканеру необходимо получить информацию о позиции и движении всех атомов без их повреждения. Так же сканеру необходимо определить типы сканируемых атомов. А еще сканер должен сделать это очень быстро и с учетом того, что персонаж не будет стоять столбом. И вот тут-то квантовая механика и начинает портить все веселье, особенно этот противный принцип Хайзенберга.

Суть принципа Хайзенберга в том, что независимо от измерительного аппарата или будущих технологий, существует определенная комбинация измерений, которые просто невозможно осуществить с  произвольной точностью.

К примеру, существует возможность очень точно определить позиции субатомной частицы – вроде электрона – но в то же время нельзя определить импульс. И наоборот. Или, состояние частицы – но не то время, сколько она пробудет в этом состоянии.

Таким образом, для нашего сканирующего луча выбор определенного атома (что уже сложно) и получение информации, уже внесет изменения в атом, и они могут быть необратимы. И все становится только хуже, так как нам необходима более высокая точность для большего разрешения, соответственно нам необходимо больше энергии, а это значит атому будет еще хуже. Причем осуществить это необходимо за секунды.

Однако давайте предположим, что сканирующий луч все же существует. Как много места понадобится для хранения всей этой информации?

Банк данных

От нас потребуется хранить не только позицию и ускорение каждого атома, но так же и энергетическое состояние, составляет ли он связи с другими атомами, вибрацию, вращение и так далее.

В физике каждый кусочек этой информации называется степенью свободы, и система считается определенной только когда все степени свободы могут быть описаны.

Предположим, что мы можем сохранить информацию о всех степенях свободы. Допустим, что все степени свободы могут быть описаны в 5кБ. А пока мы все еще в области догадок, так же учтем оружие, эквип и все что было у вас в рюкзаке, и допустим, что всего нам необходимо сохранить информации о  1x10²⁹ атомах.

Таким образом нам нужно сохранить 5 x 10²⁹ килобайт или 50 000 йоттабайт информации и передать за пару секунд.

Однако даже сегодня, со всеми жесткими дисками мы не можем достичь даже одного йоттабайта. Кроме того, по некоторым последним вычислениям примерное количество информации для описание человеческого существа займет примерно 5 x 10⁴⁴ килобайт, учитывая максимальное количество информации при использовании ограниченного источника энергии и области пространства.

Ты мертв! Что теперь?

Вот и пришел ваш конец, а это значит, что New-U должна реконструировать вас. К счастью, где-то там есть отличная схема из 50 000 йоттабайт со всей информацией о вас.

Первая проблема : атомы. Но это не так сложно, так как кислород (65% от массы), углерод (18% от массы) и водород (10% от массы) вполне доступны.

Но что делать, когда речь идет о редкоземельных атомах? Вроде урана или бериллия? Это значит, что станции New-U должны иметь запас атомов. И ведь еще нельзя забывать про пушки... Судя по всему, оружие воссоздается с нуля, когда создается персонаж, при этом дематериализуясь в "твердый свет", когда персонаж не использует его.

Но это еще не все...

До сих пор мы имели дело только с проблемами на атомном уровне, рассматривая сохранение именно атомов, а не их составляющих.

Каждый атом состоит из определенного количества протонов, нейтронов, электронов и пустого пространства. В действительности 99% массы атома сосредоточено в центре, где расположены протоны и нейтроны – однако размер ядра в 10000 раз меньше чем сам атом.

Наверное вы хоть раз задавали себе вопрос – почему одни вещи не проваливаются через другие, если в атомах так много пустоты – все дело в электронном поле, или в отталкивании электронного поля того же заряда. Химические связи формируются для минимизации энергии, но собрание атомов вместе может быть очень непростым делом, именно из-за отталкивания.

Кроме того существуют реакции, которые требуют энергии для запуска и продолжения, не говоря уж о химических связях из отдельных элементов. Сколько же всего нужно энергии? Много, но в качестве упрощения: некоторые химические реакции выделяют энергию, другие поглощают ее, так что проблема даже не в сборе всего вместе, но во добавлении или вычитании необходимого количества энергии в правильном порядке.

Учитывая то безумное количество информации, материалов и энергии, то не стоит ждать, что New-U появится в ближайшее время – если вообще появится. Однако возможность понять науку, которая лежит в основе подобной машины – крайне интересна. 

И все это за 7%!

[via kotaku]