Какими бы занимательными и удивительными ни были эксперименты, проводимые в лаборатории, наибольший интерес вызывают мысленные эксперименты ученых. Больцмановский мозг — как раз один из таких мысленных экспериментов, связанный с сознанием, интеллектом, энтропией и вероятностью.
Парадокс энтропии
Мы живем в мире, который, по идее, не должен существовать. Второе начало термодинамики гласит, что энтропия со временем должна повышаться. То есть все рано или поздно становится менее упорядоченным. Однако в некоторых областях Вселенной она может становиться более организованной в результате случайных флуктуаций, если одновременно другие ее области будут становиться все менее упорядоченными.
Мы живем в невероятно упорядоченной части Вселенной. Например, даже короткий отрезок молекулы ДНК устроен настолько аккуратно, что вероятность ее появления в результате «случайных флуктуаций» физического материала невообразимо мала. Но как вышло, что в одной клетке есть миллиарды базовых соединений, в сложных организмах — триллионы клеток, а на Земле — миллионы видов живых существ?
Людвиг Больцман / © Wikipedia/Uni Frankfurt
Антропный принцип
Все дело в так называемом антропном принципе, который многие считают крайней формой критерия отбора. Он гласит, что причина, по которой мы можем наблюдать нечто столь сложное, как человеческий мозг, состоит в том, что только нечто столь сложное, как человеческий мозг, и способно провести наблюдение.
Этот принцип используется и для объяснения того, почему универсальные физические постоянные, такие как сила гравитации, кажутся тонко настроенными для существования жизни на Земле. И звучит это объяснение примерно так: если бы эти постоянные были немного другими, жизнь не смогла бы существовать и мы не могли бы находиться здесь и сейчас, размышляя о том, почему физические постоянные кажутся тонко настроенными для существования жизни на Земле.
Выходит, во Вселенной есть чуть более упорядоченные области, но рядом нет никого, кто мог бы их заметить. Затем происходит флуктуация — и появляется настолько упорядоченная область Вселенной, что там рождается разумная жизнь, которая, в свою очередь, оглядывается и замечает, что живет в практически невозможно упорядоченном мире.
Можно вспомнить стандартную аналогию. Представьте себе, что сеть из миллиарда обезьян бесконечно колотит по печатным машинкам. Теперь вообразите, что какая-то из этих печатных машинок напечатала произведение Шекспира, которое обрело сознание. Что в итоге? После невероятно долгого времени появится «Гамлет», посмотрит вокруг и задумается, почему есть она — гениальная пьеса, — а все вокруг нее — непонятная абракадабра.
Согласно теореме о бесконечных обезьянах, абстрактная обезьяна, бьющая по клавишам печатной машинки неограниченное время, в итоге когда-то наберет заданный текст / © Wikipedia/New York Zoological Society
Больцмановский мозг
Однако не все так просто. Людвиг Больцман, австрийский физик-теоретик XIX века, которого нередко называют гением энтропии, предположил, что мозг и другие сложные упорядоченные объекты на Земле образовались в результате случайных флуктуаций вроде «Гамлета», о котором мы говорили выше. Но тогда почему мы видим миллиарды других сложных и упорядоченных объектов вокруг нас? Почему мы не сродни одинокому «Гамлету» в море бессмыслицы?
Больцман предполагал, что если случайные флуктуации могут создать мозг, подобный нашему, то в космосе должны летать мозги или одиноко сидеть на одном месте на необитаемых планетах во многих световых годах от нас. Это и есть Больцмановский мозг. Более того, эти мозги должны быть более заурядным явлением, чем все те толпища сложных упорядоченных объектов, которые мы можем видеть на Земле.
Так у нас появляется еще один парадокс. Если единственное условие для сознания — мозг, подобный тому, что у вас в голове, то как вы можете быть уверены, что вы сами не являетесь таким Больцмановским мозгом? Если бы вы испытывали случайное сознание, то скорее оказались бы один в глубинах космоса, нежели окруженный подобными сознаниями. Почему «Гамлет» должен оглянуться и обнаружить «Сон в летнюю ночь» слева от себя, «Бурю» — справа от себя, «Двенадцатую ночь» — перед собой, а «Ромео и Джульетту» — позади?
Простые ответы, похоже, требуют какого-то волшебства. Возможно, сознание не возникает естественным образом в мозге — вроде головного, — а требует метафизического вмешательства. Или же, возможно, мы не случайные флуктуации в термодинамическом бульоне и были помещены сюда разумным существом?
Программа «Ласка»
Конечно, ни один из вышеприведенных ответов нельзя назвать исчерпывающим. Основная идея состоит в том, что процесс естественного отбора способствует развитию сложных упорядоченных объектов, а не просто позволяет им случайно появляться. Как только на Земле возникла самореплицирующаяся молекула около 3,5 миллиарда лет назад, начался безостановочный процесс, который в итоге привел к крайней концентрации порядка, который мы видим вокруг себя.
Ричард Докинз проиллюстрировал это в своей книге «Слепой часовщик» при помощи программы «Ласка» (или «Хорек»). Программа начинается со строки случайно сгенерированной бессмыслицы. Затем она создает 100 копий строки с одинаковой вероятностью «мутации» каждой буквы в другую букву. Потом из 101 строки выживает только одна, наиболее похожая на фразу из «Гамлета» — «По-моему, оно смахивает на хорька» (Methinks it is like a weasel), — а другие 100 погибают. Следующее поколение создается из оставшейся строки таким же способом. По прошествии множества поколений выжившая строка будет все больше походить на цитату.
В книге «Слепой часовщик» на примере гипотетической программы «Ласка» показано, что для развития сложных систем нет необходимости вмешательства извне: эволюция, имея ограниченный набор данных, в итоге может произвести что-то упорядоченное и сложное / © GitHub
В реальной жизни происходит похожая ситуация. Объекты, более способные к саморепликации и менее подверженные разрушению, имеют возможность самовоспроизводиться, тогда как другие уничтожаются. По прошествии многих, многих, многих поколений объекты становились все более устойчивыми и реже уничтожались, прежде чем у них появлялась возможность к воспроизведению. Оказывается, интеллект — очень полезное свойство для объекта, который может выжить и самореплицироваться.
Итог
Если говорить кратко, то решение больцмановского парадокса заключается в том, что соорудить один мозг гораздо сложнее, чем создать Землю, наполненную этими мозгами. Случайные флуктуации, необходимые для запуска процесса естественного отбора, намного проще и менее точны, чем те, что потребуются для создания Больцмановского мозга в глубинах космоса.
Так что в следующий раз, когда вы почувствуете себя маленьким и ничтожным, вспомните, что вы намного сложнее, чем 4,5 миллиарда лет истории, которые привели к вашему рождению (и это если брать в расчет не возраст всей Вселенной, а одну лишь Землю).