Теория конструктора — как проектируется реальность

Хотя информатику преподают в школах четвертое десятилетие подряд, мы мало задумываемся о ее значимости. Нам кажется, что она всего лишь помогает лучше разобраться в том, как работает вычислительная техника.

На самом деле из информатики вырастает теория, которая в перспективе способна изменить наши фундаментальные представления о мире и месте человека в нем.

Эпоха калькуляции

Информатика, как направление науки, занимающееся изучением законов формирования, преобразования и распространения информации в природе, зародилась в то время, когда появилась система двоичного исчисления: такую систему, оперирующую только нулями и единицами, описал немецкий математик Готфрид Лейбниц в 1703 году.

Он же придумал прообраз перфокарты и предложил проект калькулятора, оперирующей двоичными числами. Получается, что информатика с самого начала была практической наукой, когда абстрактные идеи тут же находят применение в виде конкретных изобретений.

Впрочем, на то, чтобы прийти к пониманию, что с помощью двоичной системы можно не только решать арифметические, но и логические задачи, потребовалось еще полтора столетия. Перфокарты начали применять в ткацком деле, создавая сложные узоры на тканях.

И именно эту технологию предполагал использовать в своей «дифференциальной машине» английский ученый XIX века Чарльз Бэббидж — сегодня его называют «отцом» первого компьютера. Затем перфокарты использовались для статистических расчетов, на которых выросла знаменитая компания IBM, основанная в 1911 году. Ее специалисты придумали и первые программируемые калькуляторы.

В 1937 году американский инженер Клод Шеннон защитил диссертацию, в которой показал, что логические задачи можно решать с помощью организации электромеханических реле: в этой исторической работе были заложены основы теории информации и построения аналоговых вычислительных машин.Через десять лет Шеннон опубликовал еще более обширную монографию, рассматривая не отдельные схемы, а природу возникновения информации в целом. С того момента информатика обрела значение универсальной теории, с помощью которой можно описывать глобальные физические процессы.

Возникновение квантовой механики заставило ученых пересмотреть и основы информатики. Если Клод Шеннон и его последователи полагали, что любые объекты и взаимодействия между ними можно выразить последовательностями нулей и единиц, то, согласно законам квантового мира, приходится учитывать неопределенность состояния информационной ячейки.

Благодаря этому квантовый компьютер может совершать расчеты намного быстрее традиционного, поскольку, как говорят ученые, способность к параллельным вычислениям заложена в нем на уровне физического устройства. Главной его проблемой является извлечение результата, но и ее пытаются решать, разрабатывая особые алгоритмы расшифровки получаемых данных.

Поскольку первый квантовый компьютер построен совсем недавно, теория квантовой информации еще находится в стадии становления. Но даже на этом первом этапе становится ясно, что при должном развитии она, по-видимому, способна ответить на противоречивые вопросы современной физики и даже на главный из них: как формируется реальность?

О значительном научном потенциале теории квантовой информации говорят многие специалисты. Например, Сет Ллойд из Массачусетского технического университета полагает, что сама Вселенная является огромным квантовым компьютером и что, развивая соответствующую технологию, мы когда-нибудь научимся воспроизводить фундаментальные процессы и даже моделировать их, направляя по своему усмотрению.

Швейцарский физик Николя Жизан, автор прорывного эксперимента по квантовой телепортации, уверен, что после открытия «случайной нелокальности», которая оказалась таким же базовым законом природы, как закон всемирного тяготения, нам придется пересмотреть всю картину мира.

И так далее, и тому подобное.

Похоже, возникла потребность в новой теории, объясняющей мир с учетом свежих открытий. И такую теорию предложил известный британский физик израильского происхождения Дэвид Дойч.

Невидимый конструктор

Дэвид Дойч, работающий в Оксфорде, получил известность благодаря книге «Структура реальности» (1997), в которой обосновал гипотезу «мультиверса» — подзабытую интерпретацию квантовой механики, допускающую существование бесконечного множества параллельных миров.

Позднее он добавил к этой гипотезе концепцию Карла Поппера о применимости любых идей, которые проходят проверку мысленным опровержением, теорию квантовой информации и развитие эволюционной теории применительно к сфере разума, предложенное Ричардом Докинзом. В результате Дойчу удалось нащупать путь к оригинальному взгляду на устройство Вселенной, которое он назвал «теорией конструктора».

В самом упрощенном виде его теория гласит, что окружающий нас мир развивается под влиянием неких систем, встроенных в ткань реальности, поэтому науке, если она хочет познать Вселенную, следует заниматься не столько изучением законов, по которым взаимодействуют отдельные объекты, сколько изучением упомянутых систем («конструкторов»), часть из которых мы даже научились воспроизводить.

Дэвид Дойч так поясняет свою идею:

«Доминирующая в современной науке концепция рассматривает все вокруг как развивающиеся последствия неких неизвестных начальных условий… К примеру, зная законы движения и то, где находилась планета год назад, мы можем предсказать, где она окажется еще через год. Но если мы зададимся вопросом, а можем ли мы передвинуть целую планету туда-то и туда-то, традиционный подход даст сбой. Еще один пример — проблема свободной воли. Предположим, у меня есть два варианта выбора. Остановившись на первом, я могу лишь догадываться, что произошло бы, выбери я второй. То, что происходит — происходит. И все… Получается, что мой выбор был предопределен со времен Большого Взрыва? Глубинная проблема в том, что доминирующая концепция объясняет лишь то, что материально; свободная воля не вписывается в нее… В теории конструктора можно будет сказать, что что-то возможно, не говоря, что это произойдет».

Ученый сравнивает действие «конструкторов» с действием катализаторов — веществ, которые меняют скорость химических реакций, но не меняются при этом сами. Изучение «конструкторов», по мнению Дойча, даст нам ключ к пониманию, откуда вообще взялись законы физики и почему они работают именно так, а не иначе. При этом станет ясно, что вообще возможно сделать в пределах нашей Вселенной, а что так и останется фантастикой.

На пороге Всемогущества

Человечество давно умеет изготавливать простейшие модели «конструкторов». Это, например, тепловые машины, работающие по циклу. Или настольный компьютер, который выполняет всевозможные операции по трансформации информации, оставаясь неизменным физически.

Разумеется, глобальные «конструкторы» нельзя пощупать руками или поставить на стол, однако с их проявлениями мы сталкиваемся практически ежесекундно. Дело в том, что само знание — один из глобальных «конструкторов», причем совершенно неважно, откуда оно берется: из головы, из книги или из компьютера.

Зато от количества знания зависит возможность новых трансформаций. Если раньше человек мог использовать только природные соединения и процессы, то сегодня он научился заставлять природу работать «противоестественным» образом, создавая новые элементы таблицы Менделеева или запуская цепную реакцию распада атомных ядер.

Какое практическое применение может иметь «теория конструктора», помимо приращения знания? Дэвид Дойч полагает, что именно она позволит сконструировать искусственный интеллект, который изменит качество работы с информацией. А поскольку информация лежит в основе всего, то, вероятно, возможности этого интеллекта будут безграничными.

Например, он сможет решить проблему физического бессмертия или колонизации соседних планет. Как изменится в таком случае мир, вы можете попробовать представить себе сами. Ведь вы тоже часть глобального «конструктора»…

Антон Первушин

Комментарии: