Квантовые вычисления, детерминизм и свобода воли: детальный разбор Devs

Как сериал рассказывает о квантовой механике, опираясь на современную науку.

Алекс Гарленд посвятил практически всю свою карьеру научной фантастике. За 25 лет он успел написать несколько фантастических романов, сценарии фильмов «28 дней спустя», «Пекло» и «Дредд», а также поставить собственные картины «Из машины» и «Аннигиляция». И можно смело утверждать, что восьмисерийный сериал «Разрабы» — пока что лучшее его произведение.

В Devs рассказывается об исчезновении перспективного сотрудника IT-компании, занимающейся квантовыми вычислениями. Как и в случае с Ex Machina, Гарленд в «Разрабах» опирается на научные теории и современное положение вещей: минимум допущений — максимум достоверности.

Сериал объясняет принцип квантовых вычислений, рассматривает несколько интерпретаций механики частиц и обсуждает идею симуляции вселенной, не забывая подшучивать над IT-культурой. Особое внимание уделяется проблеме свободы воли. Мы расскажем, какие научные идеи за этим стоят и что случилось в финале истории.

Обычный день в Кремниевой долине

Практически всё действие сериала происходит в кампусе корпорации Amaya, расположенном в окрестностях Сан-Франциско. История рассказывается от лица двух героев — Лили, работающей специалистом в отделе криптографии, и Фореста, владельца компании.

По задумке Гарленда, корпорация — лидер на мировом IT-рынке. Всё благодаря квантовым вычислениям, которыми не могут овладеть остальные компании в отрасли. Благодаря эксклюзивной технологии Amaya имеет преимущество и в области кибербезопасности, и искусственного интеллекта, и поисковых услуг.

Особо важен для Amaya отдел Devs, или «Разрабов», работа которых засекречена для большинства сотрудников компании. Именно сюда переходит работать парень Лили в начале истории. Его последующее исчезновение заставило девушку искать правду о деятельности Amaya и тайнах Фореста.

Важно отметить, как именно Гарленд изображает работу компании: свободный график, оупенспейсы, рекреационные парки для сотрудников и лёгкая, «нердовская» атмосфера соседствуют с тайнами, про которые никто не спрашивает, угнетающей службой безопасности и почти что религиозным почтением к руководству.

CEO информационных гигантов показаны практически всемогущими и всезнающими фигурами, обладающими слишком подробной информацией о пользователях своих сервисов. Идея совсем не новая, но сериал возводит её в абсолют, откровенно сравнивая корпоративную структуру с церковной иерархией при помощи визуальных решений.

Конечно же, события происходят в Кремниевой долине — в кадре не один раз появляются «Золотые ворота» Сан-Франциско. При этом мистическая, завораживающая обстановка комплекса Amaya соседствует с обыденной повседневностью города.

Не обошлось и без нескольких стереотипов — к примеру, в сюжете буквально появляются русские хакеры. Сериал постоянно сыплет профессиональной терминологией, не спеша всё разжёвывать зрителю, так что если вы не слышали о числах Фибоначчи или квантовом криптоанализе — придётся искать объяснение самостоятельно.

Но самое главное достояние Amaya, конечно, это квантовые технологии. Причина, по которой Форест заработал состояние, позволяющее беспроблемно финансировать собственных политиков. О них стоит рассказать подробнее.

Как устроены квантовые компьютеры и почему они важны для будущего IT

Для того, чтобы объяснить, что же происходит в сериале, сперва нужно рассказать, что именно представляют собой квантовые компьютеры, и почему они могут решать задачи, недоступные обычным ЭВМ. Именно на программной логике квантовых компьютеров базируется сюжет Devs.

Квантовый суперкомпьютер Devs

Компьютер, как и любая другая вычислительная машина, представляет собой устройство для автоматического выполнения математических алгоритмов. Иначе говоря — калькулятор. И квантовый компьютер — не исключение.

История вычислительной техники началась задолго до открытия электричества. Считается, что первый концепт механического калькулятора предложил Вильгельм Шиккард в 1623 году. В 1642 арифметическую машину изобрёл Блез Паскаль. И в дальнейшем разные учёные создавали себе в помощь вычислительную технику — для решения конкретных математических задач.

Электронная вычислительная машина работает по тем же универсальным математическим алгоритмам. Британский математик Алан Тьюринг в своё время предложил концепцию автоматической машины — она лежит в основе современных компьютеров.

Предположим что у нас есть тысяча чисел (2; 14; 1576; 24; 645..) которые нам нужно расположить в порядке возрастания. У нас есть машина, которая имеет внешнюю память (лента с числами), внутреннюю память (правила работы машины или алгоритм), и оперативный блок. Последний вмещает себя две ячейки с цифрами и может производить с ними манипуляции, например, менять местами.

В итоге, если задать машине простой математический алгоритм, она будет сравнивать и менять местами числа до тех пор, пока не выполнит задачу. Конечно, машину можно запрограммировать и для выполнения более сложных целей. Их можно представить в виде последовательного линейного алгоритма, которым можно описать множество повседневных задач.

Тьюринг пришёл к следующим заключениям: вычисление решения большинства самых разных задач можно свести к универсальным простым алгоритмам. Описанная выше машина способна рано или поздно найти решение к любому решаемому алгоритму. Алгоритмы для множества задач можно поместить в одно программируемое устройство.

Отсюда вывод: возможно создать универсальную вычислительную машину, которая, при наличии необходимых алгоритмов и должной памяти может решить любую задачу во вселенной.

На этих выводах базируются все компьютеры, и классические, и квантовые. А вот принцип работы у них совершенно разный.

Современные компьютеры работают на полупроводниковых транзисторах. Название пошло от английских слов «transfer» и «resistor». Это устройство, которое состоит схематически из трёх выходов: один для получения тока, второй для его вывода, а третий для управления. В зависимости от того, подаётся ли напряжение на управляющий диод, транзистор либо будет проводить ток дальше, либо нет.

Состояние транзистора можно описать математической моделью — единица если он проводит ток, ноль если нет. Объединив несколько транзисторов в логическую систему, получим вычислительную систему, которая работает на бинарной логике.

Один транзистор может хранить одну единицу информации, или один бит. Он может быть включенный или выключенный, что можно записать как «1» или «0» соответственно.

Для удобство 8 единиц информации, или 8 битов объединяют в один байт. Учитывая разные варианты последовательности единиц и нулей может существовать 256 разных байтов. Специальные преобразователи переводят двоичный код в десятичный, шестнадцатеричный или другие, более удобные для использования. А за каждым отдельным байтом закрепленны уже известные нам символы и цифры.

Но суть классического компьютера остаётся такой же, что и у простейшей машины Тьюринга — это длинная лента бинарного кода, управляемая внутренними алгоритмами.

Квантовый компьютер устроен иначе. В качестве основы он использует физику элементарных частиц. Самое главное в ней то, что частицы могут находится не в двух, а в трёх разных состояниях.

Рассмотрим квантовый компьютер, центральным компонентом которого есть электрон. У этой частицы есть характеристика — спин. Спин может быть направлен вниз, к магнитному полю Земли, или наоборот вверх. Особенностью квантовой теории есть то, что пока с частицей не произойдёт взаимодействие, она находится в так званной «суперпозиции». Её спин направлен и вверх, и вниз одновременно.

Об этом феномене речь пойдёт отдельно ниже, главное для понимания квантовых вычислений то, что квантовый компьютер использует для вычисления не биты, а их аналог — кубиты. Если транзистор может проводит или не проводить ток (1 и 0), то спин электрона может быть направлен вверх, вниз или быть в суперпозиции. Таким образом, один кубит хранит три варианта информации — 1, 0 или 1+0 одновременно.

Важно понимать, что суперпозиция означает не просто то, что мы не знаем спин электрона, это действительно третье отдельное состояние. Можно сравнить с монеткой — она может лежать орлом вверх, решкой вверх или переворачиваться в воздухе.

Также существует феномен квантовой запутанности — это явление, когда состояние одной частицы определяет состояние другой. Таким образом получается построить из частиц логическую вычислительную систему, подобную такой же из транзисторов.

Что это означает на практике — один кубит грубо говоря равен одному биту, два кубита — четырём битам, а три кубита хранят столько же информации, сколько поместилось бы в восьми битах.

Поэтому вычислительная мощь квантового компьютера растёт в геометрической прогрессии — она равна двум в степени n, где n — количество кубитов в системе.

Для наглядного примера, существует известная притча про шахматиста, который попросил оплату в зёрнах пшеницы. Если на первую клетку положить одно зерно пшеницы, а на каждую следующую положить вдвое больше, то на десятую придётся положить 1024 зёрнышка пшеницы. А чтобы выложить всё поле, нужно примерно 1200 миллиардов тонн зерна.

Такой прирост мощности и не снился классическим вычислительным машинам. Конечно, есть много но: во-первых, такой компьютер нуждается в особой программной логике и особых задачах, во-вторых, квантовая система очень хрупкая, и может разрушиться от малейшего вмешательства.

Множество IT-компаний пытается разработать собственные квантовые компьютеры. Как правило они содержать капсулы для частиц и длинные охлаждающие трубки — температура среды квантового компьютера должна составлять несколько микрокельвинов — немного больше абсолютного нуля. Чуть выше — и система распадётся. В-третьих, квантовые вычисления не могут дать ответ со 100% точностью, из-за свойств квантовой механики, это также стоит рассмотреть отдельно.

Квантовый компьютер Google. Стоит отдать должное авторам сериала — их версия компьютера выглядит аутентично.

На этом чудесные возможности квантового компьютера не заканчиваются. На самом деле, нельзя прямо сравнить классический и квантовый компьютеры, поскольку они считают совершенно по-разному. Если нам нужно подобрать четырехзначный пароль, где каждая цифра может быть равна единице или нулю, обычный компьютер будет действовать путём последовательного перебора. Ему для правильного ответа может понадобиться 16 действий.

Квантовый компьютер может держать в уме сразу суперпозицию 1 и 0, поэтому он может решить эту задачу в одно действие. Всё потому что он «держит в уме» сразу оба состояния кубита и все возможные комбинации. Для того, чтобы выбрать из них правильный математик Лов Гровер создал специальный алгоритм.

Самое обсуждаемое применение квантового компьютера касается области кибербезопасности. К примеру, известная система шифрования RSA содержит в основе факторизацию числа — разложение на простые множители. Для того, чтобы методом грубого подбора найти подходящий ключ современным суперкомпьютерам может понадобиться от пары лет до нескольких миллиардов веков. Квантовый суперкомпьютер справится с такой задачей за пару минут.

В сериале якобы невзначай показывается Го — до недавнего времени последняя игра, в которой ИИ не мог победить человека

В 2019 году Google объявила, что достигла квантового превосходства. Это уровень вычислительной мощности, недоступный современным суперкомпьютерам. Их прототипный 53 кубитный квантовый компьютер Sycamore за 200 секунд решил задачу, на которую быстрейший в мире компьютер Summit потратил бы 10 тысяч лет. Впрочем, их конкуренты из IBM поставили под сомнение подобную оценку.

Всему виной точность расчётов — за неимоверную мощность квантовых вычислений приходится принимать во внимание разбежность в прогнозируемых и измеряемых результатах.

Всё это учитывает сериал Devs. В первой же серии глава компании Форест смеётся над конкурентами, потому что вычисления Amaya работают, а остальных — нет.

В этой же серии квантовый компьютер используется чтобы смоделировать поведение нематоды на несколько десятков секунд вперёд, учитывая все сложные биохимические процессы в её клетках.

Герои сериала точно озвучивают области применения квантового компьютера — киберзащита и криптоанализ, параллельные вычисления и связанные с ним сервисы, умный ИИ в облаке, биотехнологии, квантовая связь.

Но главное предназначение, то, чем занимается Devs, связано с реальностью намного больше, чем кажется на первый взгляд.

Исторически квантовый компьютер создавался для решения практических задач. Как и остальные вычислительные машины, он должен был моделировать математические модели реальных физических объектов, чтобы впоследствии рассчитать конкретное решение.

Бусинки на обычных деревянных счётах достаточно хорошо моделируют мешки с зерном, чтобы с их помощью можно было рассчитать нужное количество товара. Материальная точка внутри электронной вычислительной машины 70-х годов двигается по той же траектории, что и реальная баллистическая ракета, так что мощности компьютера хватало, чтобы рассчитать оптимальный путь вывода спутника на орбиту.

Но ни одна из этих вычислительных машин не годится для задач, связанных с элементарными частицами.

Одна из актуальных задач химии связана с соединением железа и серы. По современным представлениям, именно взаимодействие FeS с водой в глубинах океана привело к появлению органических соединений и возникновения жизни на Земле.

Но для того, чтобы проверить эту теорию, необходимо построить компьютерную модель этой реакции. А для этого компьютеру нужно учитывать, что каждый из 42 электронов соединения может иметь разное состояние.

Для решения задачи, обычному компьютеру нужно друг за другом смоделировать все возможные варианты. Квантовый компьютер может в свою очередь держать эти состояния «в уме» одновременно.

Таким образом, квантовый компьютер может решить проблемы химии, молекулярной биологии, физики элементарных частиц — тех областей, с которыми не справляется обычный компьютер.

Всё потому, что он в некотором роде симулирует реальность, которую ему нужно смоделировать.

Это качество квантовых вычислений очень ценил Форест, глава Amaya, который хотел смоделировать весь мир.

Детерминизм, или почему просчитать вселенную проще, чем кажется

Уже несколько десятилетий многие учёные говорят о том, что наша вселенная, скорее всего, компьютерная симуляция. Хоть это и звучит слишком фантастически, у нас есть несколько причин так считать.

Что программируют программисты?

Наша вселенная, несмотря на весь её масштаб, изотропна. Это означает, что в любой её точке действуют одни и те же законы. Классические уравнения ньютоновской механики использовались повсеместно, потому что, несмотря на совершенно разные ситуации, физика действует везде одинаково.

Сейчас считается, что во вселенной действуют четыре фундаментальных взаимодействия — сильное и слабое ядерные, электромагнитное и гравитационное. Первые три из них физики смогли объединить в рамках одной теории.

Когда они Теорией струн или подобной концепцией объяснят на квантовом уровне ещё и гравитацию, получится так званая «Теория всего». Тогда одним уравнением физикам получится описать любое явление во вселенной.

Но даже на нынешний момент физические законы хорошо описывают реальность. Их можно использовать как функции в компьютерной модели, неотличимой от реальности.

Сейчас у многих на слуху технология RTX. Вместо декоративного освещения игровые движки начали использовать формулы отражения света, приближенные к настоящим. Подобное можно сделать и для гравитации, электромагнетизма, реальных физических моделей вещей вместо декораций.

Что касается материи, несмотря на всё многообразие окружающей нас природы, всё вокруг состоит из атомов. Они содержат в себе нейтроны и протоны, которые в свою очередь состоят из кварков. А вот они считаются самыми маленькими кирпичиками, из которых состоит вся материя.

В итоге, достаточно взять суперкомпьютер с необходимым объёмом памяти и производительности, и создать в нём компьютерную модель. В качестве материальных тел взять элементарные частицы стандартной модели, а их взаимодействие описать математическими законами фундаментальных взаимодействий. В итоге получиться создать симуляцию настоящего мира. На субатомном, молекулярном, клеточном, макроскопическом и космическом уровне.

Как-никак, вычислительные машины изначально задумывались как модели настоящего мира, а квантовый компьютер — самый близкий из них к реальности, поскольку ничего более мелкого, чем кванты, нет.

Уже сейчас, даже на обычных суперкомпьютерах можно смоделировать достоверное поведение элементарных частиц, чем и занимались в CERN. Всё остальное — проблема количественная, а не качественная, и зависит от времени, производительности и масштаба симуляции.

В Devs разработчики пытались смоделировать реальный мир, для начала — хотя бы в пределах комнаты. А заодно они спрашивали себя, а не является ли наша вселенная условной «Матрицей», чьей-то моделью. Вполне возможно, что мы существуем в симуляции внутри другой симуляции.

Чтобы подчеркнуть эту идею, Алекс Гарленд прибегает к фракталам. В частности рабочее пространство «Разрабов» находится внутри куба, который на самом деле является губкой Менгера — трёхмерным фракталом.

Впрочем, одной возможности просчитать весь мир для создания подобной машины явно недостаточно. Существует мнение, чтобы смоделировать вселенную, нужен компьютер размером со вселенную — один элемент на каждый атом модели. Другое предположение — нужно одномоментно зафиксировать состояние каждого объекта, и только потом получиться предсказать дальнейшие события. Оба этих предположения в равной степени неосуществимы.

Однако команда «Разрабов» смогла схитрить. Они воспользовались помощью детерминизма. Это философская доктрина, которая предполагает, что всё во вселенной связано причинно-следственными связями.

Каждое движение, каждое событие не происходит случайно или спонтанно — у всего есть причина. Как объясняется в сериале, ручка катится по столу только потому, что кто-то её толкнул. Человек поступает определённым образом потому, что так его воспитали — и так далее. У всего на свете, включая человеческое поведение, можно найти причину. И эта причина означает, что существует только один единственно верный вариант событий.

Вселенная, с точки зрения детерминизма — один большой заводной механизм. Нескончаемая череда падающих доминошек. Религия считает, что первопричина всего — божья воля, создавшая вселенную и её правила. С точки зрения материальной науки — всё началось с большого взрыва, в котором образовалась первичная материя. В итоге вселенная расширялась и развивалась, пока не достигла того состояния, что нам известно.

Или если весь мир симуляция, то первопричина — это компьютерная программа, которая задала вводные данные, определила правила, и запустила моделирование.

В любом случае, если детерминизм верен, то знать всё необязательно. Достаточно просканировать до последнего кванта небольшое место, а дальше, зная законы мира, компьютер сам спрогнозирует всё, что находится вокруг. Поскольку поведение и движение известных нам частиц так или иначе связано с другими. Этот процесс можно сравнить с игрой судоку, которая также появляется в сериале.

Зная о поведении объекта в определённый промежуток времени, можно просчитать что с ним будет дальше. Что не менее интересно, можно просчитать, что с ним было раньше. К примеру, если мы видим катящийся с горы камень, при помощи классической физики можно рассчитать, как долго он уже двигается, какое расстояние прошёл, откуда он вероятно упал.

Это крайне важно для проекта, потому что прошлое нам уже известно. Его можно сравнить с симуляцией компьютера и определить, насколько она точная.

Компьютер Devs имел достаточную производительность, чтобы рассчитать прошлое Земли на несколько тысячелетий назад. Он смог показать к примеру распятие Иисуса и сожжение Жанны д’Арк. И Форест давно бы получил желаемое, если бы не самое проблемное место современной физики — поведение элементарных частиц.

Дьявол в деталях, или интерпретации Квантовой механики

Прошлое действительно полностью детерминированное. А вот настоящее — нет. Множество частиц находится в состоянии суперпозиции, и можно только догадываться об их характеристиках и расположении. Впрочем, это зависит от позиции учёных — и команда «Разрабов» ожидаемо разделилась на два лагеря. Чтобы понять детальнее главный научный конфликт сериала, стоит обратиться к самому известному научному эксперименту двадцатого века — опыту с двумя щелями.

Эксперимент состоит в том, что поток электронов пропускают сквозь две щели проецируя на экран. Большинство частиц отбивает отражающий щит, и только некоторые из них могут пролететь сквозь разрезы в нём.

Исследователи ожидали увидеть две узкие светлые полосы на экране, с равномерным усилением посередине. Вместо этого они заметили интерференционную картину.

Интерференция характерна для волн — она заключается в том, что два излучения с одинаковой частотой взаимодействуют друг с другом. В одних местах взаимно усиливают амплитуду, в других наоборот «гасят» эффект. Это свидетельствует о квантово-волновом дуализме электрона — он имеет свойства и частицы, и волны.

Если бы эксперимент закончился на этом, всё было бы хорошо и понятно. Но исследователи решили тогда выпускать по одному электрону за раз. Интерференция возможна только в том случае, когда электроны падают на одну поверхность под разными углами, проходя сквозь обе щели.

Выходит, один электрон может пролететь только через одну щель, и интерференционная картинка исчезнет, сменившись на одну ровную линию. Логично, но нет, даже с одним электроном за раз, интерференционная картина осталась. Из этого можно сделать вывод — один электрон пролетает сквозь две параллельные щели одновременно, и интерферирует сам с собой.

Тогда учёные решили поставить датчик на щель, регистрирующий прохождение электрона, и зафиксировать этот парадокс. В конце концов электрон — материальный объект, с известной массой и размером, и он не может быть в двух местах одновременно!

Эксперимент закончился тем, что как только датчик начал регистрировать прохождение электрона через одну или другую щель, интерференционная картина пропала, и сменилась обычной линией.

Картина при прохождении потока сквозь одну и две щели

Подводя итог — без наблюдения электрон ведёт себя как волна и пролетает сквозь две щели одновременно. Под наблюдением — он ведёт себя как материальная частица. Физики пригласили всех желающих объяснить происходящее.

Первая и самая распространённая интерпретация этих событий — «Копенгагенская». Она гласит, что без наблюдения электрон находится в состоянии суперпозиции, ведёт себя как волна. И именно непосредственное наблюдение за ним приводит к феномену — коллапсу волновой функции. Вследствие наблюдения электрон теряет волновые функции и становится полностью детерминированным. Он проходит через одну щель и ведёт себя полностью как частица.

С точки зрения копенгагенской интерпретации нельзя сказать ничего конкретного про кванты в состоянии суперпозиции. Можно только догадываться с тем или иным процентом вероятности — он определяется уравнением Шрёдингера. Вселенная по этой версии полностью недетерминированная, и всё случается по воле случая.

В какой-то момент сам Шрёдингер пытался проиллюстрировать абсурдность квантовой теории на примере известного эксперимента с котом. То, что кот жив и мёртв одновременно, отнюдь не фигура речи — он действительно обладает свойствами обоих состояний, как электрон проходящий сквозь две щели и интерферирующий сам с собой.

Самый существенный недостаток копенгагенской интерпретации — она требует наличие постороннего наблюдателя для того, чтобы объяснить опыт. Это довольно легко описать словами, но сложно представить в виде математической формулы, которую можно было бы перенести в компьютер.

Вторая популярная интерпретация — теория де Бройля — Бома. В ней говорится, что поведение всех частиц во вселенной продиктовано общим Управляющим уравнением.

Теория имеет ряд существенных отличий и собственных парадоксов. Она противоречит локальности квантовой механики и сильно рассчитывает на гипотетические скрытые параметры, которые нам неизвестны.

Но, с другой стороны, она полностью детерминистическая, предполагает единственный возможный вариант будущего и укладывается в представления классической физики.

Её получается записать в виде математической формулы, а редукция волновой функции в случае наблюдения — всего лишь феномен вселенной.

Именно этой интерпретации придерживался Форест, убеждённый детерминист. Одна из довольно редких интерпретаций, упоминаемая в сериале — интерпретация Вигнера — фон Неймана. Она дуалистична, выходит из постулата, что сознание отдельная от материального мира сущность, и именно взаимодействие с сознанием приводит к коллапсу волновой функции частицы.

Как и остальные дуалистические концепции, её очень сложно математически описать, особенно в контексте введения сознания в уравнение. Одна из самых главных интерпретаций на сегодняшний день — многомировая интерпретация Эверетта. Она говорит, что во время коллапса волновой функции нет никаких вероятностей — случаются оба варианта. Во время этого события вселенная разделяется на две части — в одной происходит первый вариант события, во второй — иной. Эти две вселенные дальше никоим образом не связаны между собой и идентичны во всём остальном.

В этой интерпретации нет утраченной альтернативы, и электрон действительно проходит сквозь обе щели — в одной вселенной через первую, во второй — через другую.

Нам, как внешнему наблюдателю, это кажется случайностью, но только потому, что мы не замечаем момент разделения.

Майкл Клайв Прайс из Имперского колледжа в Лондоне написал очень объёмное и доступное объяснение разных аспектов многомировой теории. В частности, он напоминает, что эта теория также полностью детерминистическая — все события которые имеют возможность произойти — произойдут со 100% вероятностью.

После разделения вселенной просто окажется несколько «нас», каждый из которых будет считать себя тем самым. Он предлагает следующий мысленный эксперимент: «предположим, что мы разделим мозг добровольца Фреда на две половины, с помощью биотехнологий заставим их регенерировать утраченные части, и пересадим в два клонированных тела, которые назовём Левый Фред и Правый Фред. Каждый из клонов будет считать себя оригинальным Фредом, и будет помнить абсолютно всё до операции.

Для Фреда результат, в каком из тел он окажется, абсолютно случайный. Для хирурга, проводившего операцию — абсолютно закономерный и детерминированный».

В сериале очень много сторонников многомировой интерпретации. В частности, в это верила Кэти, помощница Фореста.

А чтобы доказать уверенность в этой теории, один из героев отважился на смертельно опасное испытание. Он просто был уверен, что точно погибнет в половине вариантов, а в другой — обязательно выживет. Так как человек не может осознать собственную смерть, его сознание запомнит только те варианты, которые заканчиваются благополучно.

Этот момент, между прочим, отсылает к парадоксу квантового бессмертия. Если любое событие имеет два варианта окончания, то в какой-то из вселенных «кот Шрёдингера» никогда не умрёт.

В итоге, между сотрудниками Devs возник конфликт, какую интерпретацию стоит использовать для моделирования и прогнозирования. Форест был убеждён в единственно возможном варианте прошлого и будущего, поэтому он заставлял всех использовать уравнение де Бройля — Бома.

Машина работала, но чем дальше отдалялась в будущее, тем более неполные и искажённые данные она показывала — видимо, слишком значимы колебания вероятностей возможных событий. А, возможно, просто учёным не удавалось найти подходящие скрытые параметры.

Оппозиционная группа предложила использовать вместо этого интерпретацию Эверетта о множестве миров. Грубо говоря, компьютер принимал, что все возможные варианты произошли, и выбирал просто самый подходящий. Тот, который вероятнее всего привёл к нынешним событиям.

Такая симуляция позволила показать без единых помех события, случившиеся миллионы лет назад — эпоху динозавров и пещерных людей. Но Форест справедливо заметил — невозможно угадать настолько далеко в прошлое всё точно. Это действительно прошлое, просто не нашего мира, не нашей реальности, а другой, похожей.

С точки зрения главы компании, Иисус, которого они услышали — не тот, который жил 2000 лет назад. Это другой человек, из другой вселенной, и это его не устраивало.

Весь этот конфликт вкратце иллюстрирует случай с нематодой, в самом начале сериала. Молодому программисту получается создать точную её компьютерную модель, но корреляция в поведении сохраняется только 30 секунд.

С точки зрения Фореста это связано с тем, что модели не хватает правильных алгоритмов и вычислительной мощности. А вот с точки зрения многомировой интерпретации — 30 секунд это предел, в течении которого квантовому компьютеру при помощи формул получается оставаться на правильной стороне разделения.

Есть ещё один ключевой фактор, влияющий на предсказания — декогеренция. Квантовые эффекты характерны для отдельных частиц, небольших связанных между собой систем. Удержать вместе даже сотню частиц — весьма трудоёмкая задача для современной физики.

А при контакте со внешней средой, при повышении температуры или попадании в систему посторонних частиц — квантовая система распадается, декогерирует. Прости, Человек-муравей, чем сложнее объект, тем меньше на него действуют законы квантовой механики.

Поведение группы из нескольких тысяч атомов целиком детерминировано. Вероятности действуют только на отдельно взятые, малосущественные частицы. Чем больше же элементов вовлечено, тем точнее «среднестатистический» прогноз.

Поэтому, «кот Шрёдингера» не может быть в суперпозиции — он состоит из гигантского числа атомов и квантовые эффекты на него не действуют. Это также характерно и для параллельных миров. Пускай их существует огромное множество, скорее всего они очень похожи друг на друга, и отличаются небольшими квантовыми отличиями.

Это иллюстрирует сразу несколько событий в сериале. К примеру, из-за флуктуаций частиц в воздухе человек может упасть с высоты тысячью разных вариантов. Но он всё равно упадёт, и события в макромире останутся такими, как есть. Иисус действительно мог иметь пару лишних волос, но на остальную его судьбу такие различия не должны повлиять.

В целом, многомировая интерпретация — наименее противоречивая теория квантовой механики на сегодняшний день. Сериал в конце также склоняется к её правоте. Причина же, почему Форест так её отрицал — не связана с точностью предсказаний.

Она сугубо личная.

Сознание и свобода воли

В этом разделе мы постараемся подытожить события сериала в контексте вышеперечисленных теорий, и в итоге ответить, что на самом деле мучило героев. Без серьёзных спойлеров не обойтись, так что это ваш последний шанс их избежать.

Внимание Дальше — спойлеры!

Итак, отдел Devs назван так в честь центрального суперкомпьютера, и он конечно никакой не «Девс», а Deus, записанный на латинский манер. Разработчики сформулировали основополагающие законы, а компьютер смоделировал внутри себя целую вселенную, ничем не отличающуюся от нашей.

Лили во всей истории, на самом деле, лишь наблюдатель, внешняя сила, которая вмешивается в работу Devs. В конце истории она узнаёт, что ей предопределено убить Фореста и погибнуть от падения в бездну. С точки зрения Фореста, изменить будущее невозможно^ и машина непогрешима — но Лили всё же смогла, в последний момент выбросив пистолет.

Интересно, что это уже третья главная героиня Гарленда, названная в честь религиозной фигуры. Ava из «Из Машины» очевидно отсылает к Еве, а Лина из «Аннигиляции» имеет общие корни с Магдалиной. Лили названа в честь Лилит — в Каббале она первая жена Адама.

Как замечает Кэти — Лили совершает «первый грех», то есть идёт против предсказания Deus.

Форест — глубоко сломленный человек. Давным давно из-за его собственной ошибки погибла его дочь Амайя. Он не смог её отпустить и не смог забыть. Машина помогла ему снова пережить прошлые моменты, снова увидеть дочь.

Более того, он хотел использовать систему, чтобы снова с ней увидеться. Так в итоге и случилось.

В концовке сериала произошло сразу несколько событий. Лили действительно изменила ход истории, но они с Форестом всё равно погибли. Оказывается, причиной падения в бездну всегда был один из сотрудников Devs. Он считал, что квантовый компьютер — слишком опасное устройство в руках человека, считающего себя пророком.

Но как машина могла ошибиться и почему она не показывала будущее дальше этих событий? Существует мнение, что Лили совершила настоящий выбор, и машина не могла предугадать дальнейшие события. Это не совсем точно — симуляция заканчивалась не на моменте выбора, а на смерти героев. К тому же раньше она показывала точные обстоятельства смерти с падением, пускай и с сильными помехами.

А ошиблась она только тогда, как накануне роковых событий машину запустили с использованием формулы Эверетта, многомировой интерпретации. Можно предположить, что будущее, показанное таким образом машиной, было неточным, пусть и близким по смыслу. Ведь результат оказался по сути тем же.

А симуляция не показывала прогноз дальше этих, поскольку Devs знал, что его заставят прекратить моделировать будущее после смерти Фореста и Лили. Вместо этого, оставшаяся команда сохранила их сознания, и поместила героев в другие миры — в симуляцию, где события произошли более благоприятно.

Таким образом, Лили и Форест получили второй шанс прожить жизнь иначе — провести её так, как хочется на самом деле. Конечно, повезло не всем версиям героев — Devs начала моделировать реальность на основе многомировой интерпретации, и кому-то конечно повезло намного меньше.

Это плата за возможность альтернативного будущего — всегда будет тот, кому не повезло.

Но если свести всю историю сериала, все действия разрабов к одному вопросу, то героев интересовало даже не наличие альтернативных реальностей. Основной вопрос — есть ли у человека свобода воли самостоятельно определять свою судьбу?

Форест всеми силами пытался доказать безальтернативный детерминизм, потому что тот снял бы с него всю вину за ошибки. Он с рождения был обречён стать причиной смерти дочери, весь механизм событий вселенной вёл к этому, и иначе и быть не могло.

Как он говорил в начале, детерминизм — это освобождение. С этой точки зрения человек лишь безвольный пассажир, который смотрит фильм всей своей жизни.

Этому мировоззрению можно было бы противопоставить многомировую интерпретацию, но и к ней есть вопросы. Да, возможны альтернативные события, но мало того, что они распространяются только на объекты микромира — если даже бы они распространялись на решения людей, то всегда была бы реальность с правильным и неправильным вариантом.

Тогда тем более не имеет смысла раздумывать над выбором, поскольку всё зависит от того, повезёт ли тебе остаться в «хорошем» таймлайне.

А что если совсем откинуть детерминизм? Взять за основу копенгагенскую интерпретацию, где всё случается спонтанно, по воле случая? Тогда человек не станет более свободным, просто его жизнь будет определять не судьба, а случайность.

Как видно, ни в одной из этих концепций нет места для свободы воли. Кроме дуалистической, но её невозможно нормально объяснить при помощи физики и математики.

Проблема со свободой воли заключается в том, что человеческое поведение реактивно. Человек ведёт себя определённым образом благодаря внешним раздражителям, отвечая на условия внешней среды, а не благодаря внутренней воле.

Свобода воли, как и сознание — концепция, которую очень сложно описать. Ещё сложнее — вписать в известную нам физику.

Роджер Пенроуз в книге «Новый ум короля» отметил, что классическая наука не справилась с определением и описанием сознания. Он предлагает искать объяснение сознания в области квантовой механики. В частности — в квантовых процессах тубулярного аппарата нейронов.

Возможно, таким образом наше сознание действительно способно влиять на локальные флуктуации элементарных частиц — и выражать таким образом свободу воли.

Однако дальше гипотезы это предположение не идёт. Пенроуз, по сути, не имеет ощутимых аргументов, и хочет найти ответы на одну загадку среди другой.

Другое, более распространённое мнение, заключается в том, что свобода воли вполне себе совместима с детерминизмом. Весь вопрос в определении. Свободу воли можно рассматривать просто как способность поступать соответственно своим собственным мотивам, целям, принципам, игнорируя внешние обстоятельства.

Шопенгауэр описал это так: «Человек может делать то, что он желает, но не может желать, что ему желать». Действительно, почему вдруг человек, оказавшись в той самой ситуации и обладая той самой информацией, должен вдруг поступить иначе. Мы действительно можем делать осознанный выбор, и поступаем в итоге так, как считаем нужным.

В конце-концов, Форест вдохновился поступком Лили, принял концепцию множества миров, и решил развивать в себе свободу воли. Пускай, даже не всегда в жизни всё случается так, как хочется.

Неизвестно, распространяется ли квантовая механика на людей так же, как на кванты. Но в чём же отличие многомировой интерпретации от детерминизма в итоге? Разветвление случается только там, где есть возможность выбора. Где есть неопределенность, «суперпозиция» решения.

А это случается только тогда, когда мы не слепо движемся по накатанному пути, а обдумываем наши действия. Рассматриваем разные варианты и пытаемся найти самое правильное решение.

Источник: dtf.ru

Комментарии: