«Он занимался хакингом реальности»

К столетию Клода Шеннона, самого неизвестного из великих математиков, давшего начало теории информации. Об ученом и инженере, открывшем для человечества эпоху цифровых инфотехнологий, а также об обстоятельствах, скрывающих реальный масштаб его вклада в науку.

Всех читателей данного текста полезно, наверное, заранее предупредить. То, что здесь будет рассказано, — это в целом довольно странная, причудливая и отчасти даже мистическая история из мира науки и высоких технологий. Она очевидно закручена вокруг человека по имени Клод Шеннон, однако далеко не во всех из описываемых событий он принимал личное участие.

Соответственно, и начать этот рассказ имеет смысл с воспоминаний молодой женщины по имени Эмбер Кейс, абсолютно никакого отношения к Шеннону, на первый взгляд, не имеющей...

Воспоминания относятся к раннему детству девочки — из самого начала 1990-х, когда Эмбер было всего 4 или 5 лет. Ребенок был явно неординарный — внимательные родители быстро это заметили, так что папа читал дочке перед сном не обычные в таком возрасте сказки, а разные истории из совсем не детской научно-популярной книжки «Эволюция сознания».

И вот как-то однажды за подобным чтением, когда потребовалось наглядно пояснить интересную идею, папа взял лист бумаги, нарисовал на нем две точки, А и Б, после чего спросил у дочери про самый короткий путь между точками. Эмбер сказала: «Прямая линия». Да, согласился отец, но можно еще короче — и сложил лист бумаги так, что теперь две точки стали соприкасаться...

«Так я впервые узнала про идею „кротовых нор“ в пространстве», — рассказывает Эмбер Кейс. Идея про сжатое время и сжатое пространство столь глубоко поразила маленькую девочку, что с той поры она стала думать об этом чуть ли не каждую ночь. И ныне, уже давно став взрослой, окончив университет и обретя среди профессионалов широкую известность в качестве одного из лидеров «цифровой философии», Кейс по-прежнему часто думает о межпространственных туннелях. Но уже в несколько ином, антропологическом контексте:

«Когда вы погружаетесь в антропологию действительно глубоко, вы обнаруживаете, что тут изучается компрессия пространства и времени. Инфотехнологии — вот что теперь сжимает расстояние между точками А и Б, то есть расстояние между людьми...»

Самый неизвестный из великих

Случилось так, что в тот же период, когда маленькая девочка Эмбер впервые открыла для себя одну из важнейших идей, сформировавших ее мировоззрение, в научном сообществе отмечали 75-летний юбилей Клода Шеннона. В честь это события вышло первое издание книги с собранием сочинений великого математика и инженера, давшего начало эпохе цифровых инфотехнологий.

Самый главный текст в этом сборнике, знаменитый шедевр ученого под названием «Математическая теория связи», публикация которого в 1948 году ознаменовала рождение совершенно новой научной области под названием «теория информации», начинался с такой фразы:

«Фундаментальная проблема связи заключается в том, чтобы в одной точке воспроизвести то сообщение, которое было выбрано для передачи в другой точке...»

Ни в 1948 году, ни в начале 1990-х, ни даже сегодня в науке как не было, так и нет действительно полного понимания того, насколько глубокие концепции и тайны в устройстве природы, материи и сознания затронула «Математическая теория связи», равно как и многие другие из его работ, сделанных позднее и по сию пору считающихся легкомысленными развлечениями эксцентричного ученого-инженера.

Собственно, и сам Шеннон отнюдь не считал, что занимался делами великой важности, о чем неоднократно говорил примерно в таких словах:

«Я всегда следовал своим интересам, не думая ни о том, во что они для меня выльются, ни об их ценности для мира. Я потратил уйму времени на совершенно бесполезные вещи... Мне просто было интересно, как эти вещи устроены».

Самое занятное здесь то, что едва ли не все из «совершенно бесполезных вещей», устройство которых с огромным любопытством изучал Шеннон, теперь демонстрируют прямое и непосредственное отношение к решению наиболее трудных задач новейшей теоретической физики...

Для зачина такой факт. Буквально только что по историческим меркам, осенью 2015 года, в США начала работать очень мощная и представительная международная коллаборация ученых под названием «It from Qubit» (Это все из кубита). В нее входят известнейшие в науке люди, исследующие существенно разные области фундаментальной теоретической физики и квантовых вычислений. Они собрались в команду для того, чтобы совместными усилиями решить-таки «задачу задач» — о сведении квантовой теории микромира и теории гравитации макрокосмоса в единую согласованную картину. Причем сделать это совершенно определенно планируется на основе квантовой теории информации...

Надо сразу подчеркнуть, что на сегодняшний день подобные идеи звучат все еще очень необычно не только для людей, далеких от науки, но также и для множества ученых, профессионально занимающихся разработкой актуальных физических проблем. По сию пору практически всюду, от учебных курсов университетов до планов научных исследований в академиях, задачи развития фундаментальных основ физики и задачи построения эффективных квантовых компьютеров существуют совершенно отдельно друг от друга.

То есть у научного сообщества в целом пока и близко нет ощущения, что вместе с решением сугубо прикладной задачи создания настоящего квантового вычислителя любого нужного размера человечество одновременно постигнет и великую тайну природы. Ту самую причину, из-за которой на протяжении вот уже столетия никому из мудрейших никак не удается совместить в единую картину теорию квантовой физики и теорию гравитации Эйнштейна.

Чтобы стало яснее, отчего квантовая информатика в качестве «ключа ко всему в природе» пока что воспринимается большинством ученых со скепсисом и недоверием, имеет смысл хотя бы вкратце обрисовать, что конкретно принесла человечеству теория информации Шеннона.

Когда Клод Шеннон в 1940-е годы задался целью решить главную проблему связи — об эффективной доставке сообщения из точки А в точку Б, — он сразу сформулировал задачу предельно абстрактно. Сообщение может быть чем угодно: буквой, словом, фразой, числом, речью, музыкой, картинкой. Без разницы что — ЭТО просто надо передать из одного места пространства в другое, а для пересылки требуется коммуникационный канал.

Как любят излагать идею теперь, Шеннон отделил среду передачи от собственно сообщения. Сейчас идея может казаться тривиальной, но в те времена уже существовал дикий зоопарк разнообразных технологий связи, причем каждая жила собственной жизнью. Телефон и телеграф, радиосвязь и телевидение, радары и еще множество других систем, в изобилии придуманных в годы Второй мировой войны. Для работы с каждой из них специфику сообщения рассматривали в неразрывном сочетании с физикой конкретной среды передачи.

Революционный подход Шеннона позволил дать объединяющую, общую теорию для всех коммуникаций в целом. Выделив идею «сообщения», он привел все виды связи к единой форме абстрактных математических терминов. Сформулировав на языке математики внятное определение того, что означает весьма смутная прежде концепция «информации» конкретно для инженеров связи, ученый одновременно предложил и аккуратный способ эту информацию измерять. Благодаря этому стало ясно, каким образом информацию следует кодировать — как для защиты от искажений, так и для наиболее быстрой, эффективной передачи.

Фундаментальной же основой для новой теории стала простая и одновременно гениальная идея Шеннона, согласно которой информационное содержимое в сообщении абсолютно любого типа может быть измерено в двоичных цифрах 0 и 1. Или, кратко, в «битах»...

Это был воистину новаторский подход к задаче, совершенно никак не следовавший из того, как решались проблемы прежде, и фактически возвестивший зарю «эпохи информации», подлинная революция в компьютерно-коммуникационных технологиях.

Далеко не столь очевидным, особенно для компетентного сообщества ученых, пока что представляется другое утверждение, согласно которому появление в науке «бита» как фундаментальной порции информации вполне можно приравнивать к появлению в физике основополагающей идеи о квантах энергии.

Подробнее о том, насколько глубоким и близким к истине на самом деле является данное сопоставление, будет рассказано ниже. А пока — для более адекватного представления о подлинном масштабе вклада Шеннона в науку XX века — полезно привести такое мнение специалиста:

«Понятно искушение сравнивать Шеннона с Эйнштейном... Однако, хотя очертания свершений Эйнштейна огромны, и никто этого не будет отрицать, надо понимать вот что. Ведь мы все не живем на самом деле в эпоху относительности. Мы живем в эпоху информации.

И именно Шеннон — тот человек, чьи отпечатки пальцев сегодня имеются на каждом из наших электронных устройств, на каждом компьютерном экране, в который мы смотрим, на каждом из устройств цифровой связи. Он один из тех, кто преобразовал наш мир до такой степени, что после этой трансформации старый мир просто оказался забыт...»

Но вспомним помимо общеизвестных фактов и другие бесспорные, но чрезвычайно странные вещи, связанные с Шенноном. О них мало кто знает, а если и знают, то стараются забыть.

Самый поразительный из этих фактов: всем известно, скажем, что о жизни и творчестве Альберта Эйнштейна в мире написано великое множество самых разных биографических книг. Столь же внушительная библиотека биографий имеется и про создателей квантовой физики: Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака и так далее. Но никто словно не замечает, что о долгой жизни и богатейшем творчестве Клода Шеннона по сию пору не появилось НИ ОДНОЙ подобной книги...

Почему так — никто вам ничего внятного не ответит. Но есть сильные основания предполагать, что это вовсе не случайность.

Тесей в лабиринте

Чтобы важные моменты этой запутанной истории воспринимались более ясно и отчетливо, полезно сразу дать несколько сопоставлений, высвечивающих, так сказать, суть интриги.

Итак, первое, что мы видим четко, — это гигантские трудности у физиков с объединением гравитационной теории (о геометрии космоса) и квантовой теории (о физике частиц). А самая большая надежда на объединение — это теория информации для квантовых вычислений. Как именно все это должно друг с другом сложиться в общую картину, пока что, впрочем, представляется теоретикам весьма и весьма смутно.

Второе, что видно не менее отчетливо, — это очень хорошо и подробно исследованные труды отцов-основателей, создавших фундамент современной физики — теорию относительности и квантовую механику. И одновременно имеется гигантский пробел с изучением наследия Клода Шеннона — не только как отца теории информации, но и как разносторонне одаренного ученого в целом. Откуда несложно сообразить, что неясности в пунктах (1) и (2) очевидно взаимосвязаны.

Ну а третье, наконец, — это явные параллели данной истории с другой сильно затянувшейся проблемой науки — о взаимосвязях сознания и материи в природе. Здесь тоже есть масса глубоких исследований о том и другом по отдельности и есть великий ученый-математик XIX века — Уильям Кингдон Клиффорд, надолго забытые труды и идеи которого теперь отчетливо обозначились в качестве прочного научного моста, объединяющего материю и сознание в неразрывное целое. Но при этом о творчестве Клиффорда по сию пору не написано ни одной полноценной книги.

И что самое примечательное, истории о пренебрежении ученых тщательным изучением научного наследия Шеннона и Клиффорда очевидно похожи не только внешней канвой, но также имеют тесное соприкосновение и по внутреннему содержанию.

Ярчайшую иллюстрацию этому дает эпизод из разработок Шеннона в начале 1950-х, когда он активно занимался проблемами искусственного интеллекта и самообучения компьютеров. Широко известным примером этого интереса является созданная ученым электронная мышка, имевшая выдающиеся способности запоминать маршрут и самостоятельно выбираться из лабиринтов произвольной сложности, за что она получила от автора имя Тесей.

Поскольку это был чуть ли не первый в истории компьютеров «искусственный интеллект», историю про умную мышь Тесея сегодня вспоминают часто. Но при этом крайне редко упоминают про трюк, который применил Шеннон в своей разработке. Миниатюрный робот Тесей имел размеры реальной мышки и при тогдашнем уровне элементной базы физически не мог нести в своем маленьком корпусе сложные логические схемы и память, что служили его «разумом» и управляли передвижениями.

Иначе говоря, громоздкое программно-аппаратное обеспечение, отвечавшее за поведение Тесея, было скрыто под поверхностью стола, на котором сооружались лабиринты. Зрителям, однако, это было не видно, так что управляемая с помощью магнита маленькая мышка, совсем просто устроенная внутри, создавала впечатление на редкость разумного устройства...

Прежде чем пояснять, какое отношение к этому сюжету имеют Уильям Клиффорд и его научное наследие, полезно напомнить один факт из области генетики и молекулярной биологии. Факт этот является общеизвестным и довольно простым, однако он ставит перед наукой такой сложности вопрос, на который сегодня никто из биологов ответить не в состоянии.

Геном каждого человека на этой планете насчитывает примерно 3 миллиарда базовых пар (база — это буква в коде ДНК). В пересчете на более содержательные единицы, «гены», эта же совокупность баз означает около 20 тысяч наших генов. Так вот, при сопоставлении человеческого генома с геномами прочих биологических организмов выяснилось, что наш код имеет чуть ли не самое простое устройство среди всех. Даже простейшие микробы, изобильно живущие в теле человека, генетически устроены намного сложнее, имея в своем геноме 100 миллиардов баз и миллионы генов...

Если полагать, как это делает современная наука, что разум человека сосредоточен в его мозге и неотделим от физического тела, то приведенный факт из генетики очевидно порождает парадоксальное противоречие гигантской сложности. Ну а вот если воспользоваться как метафорой моделью Шеннона — с поразительно умным грызуном Тесеем, имевшим смехотворно простой механизм своего «тела», то вполне можно уловить и общую суть устройства нашего сознания.

Если же двинуться далее, воспользовавшись глубокой идеей математика Клиффорда о Mind-Stuff, или «материи разума», то от общей сути можно приблизиться и к более конкретным вариантам воплощения идеи. Под «материей разума», если вкратце, Клиффорд понимал вполне материальную, но физически не наблюдаемую нами компоненту каждой частицы материи, обеспечивающую ей «элементарную единицу сознания».

Развернутый рассказ об этой давней идее и о ее нынешнем возрождении в новейшей науке можно найти в тексте «Главная тайна Со-Знания». Теперь же пора переходить к другому важному вкладу Клода Шеннона — в прогресс фундаментальной теоретической физики. Но что очень важно — и на этом направлении отчетливо просматриваются взаимосвязи не только с теорией информации, но и с «материей разума» Клиффорда.

"Это все из бита"

Переломным моментом, отметившим начало радикальных перемен во взглядах современной физики на устройство природы, оказался рубеж 1980-1990-х годов. Именно тогда появилась знаменитая ныне концепция Джона Арчибальда Уилера «It from bit», или «Это все из бита». Сам Уилер в программной работе 1989 года «Информация, физика, кванты: поиск взаимосвязей» пояснял рождение нового взгляда такими словами:

«Это все из бита» символизирует идею о том, что каждый элемент физического мира имеет на дне — причем на очень глубоком дне в большинстве случаев — некий нематериальный источник и объяснение. И то, что мы называем реальностью, при окончательном анализе возникает как ответы типа да-нет при постановке двоичных вопросов. Короче говоря, идея в том, что все вещи физического мира по природе своего происхождения являются информационно-теоретическими«.

Для того чтобы всем и сразу стало понятно, отчего важность этой идеи была не только быстро оценена, но и получила очень мощное развитие в научном сообществе, следует пояснить ту уникальную роль, которую сыграл Уилер в физике XX века.

Родившийся в 1911 году и покинувший этот мир в 2008-м, Джон Уилер за свою долгую жизнь сумел охватить новую физику столетия не только в переносном, но и в совершенно прямом смысле. До войны ученик и соратник Нильса Бора, в годы войны один из активных создателей атомной бомбы, после войны общепризнанный лидер в развитии гравитационно-геометрических идей Эйнштейна, Уилер известен на этой планете почти всем. Как минимум в качестве отца широко употребимых ныне терминов «черные дыры» и «кротовые норы».

Нобелевскую премию получить ему не довелось, однако для измерения реального масштаба научных вкладов ученого всегда имеются и другие мерки. Например, число и качество учеников, пришедших в науку под руководством наставника. У Джона Уилера данный список не слишком велик, но, по сути дела, это краткий перечень чуть ли не всех ключевых фигур, обеспечивших нынешний перевод физики на язык и понятия квантовой информатики.

Самый первый аспирант Уилера из периода 1930-х — впоследствии нобелевский лауреат Ричард Фейнман. Он стал первым из физиков, кто сформулировал и обосновал идею о реалистичности создания квантовых компьютеров. Один из поздних аспирантов Уилера, Дэвид Дойч, в середине 1980-х выдвинул и описал концепцию универсального квантового вычислителя для решения широкого спектра научных задач.

Еще одна знаменитая диссертация, подготовленная под руководством Уилера в 1950-е, была написана Хью Эвереттом, который на базе идей из теории информации Шеннона сформулировал принципиально новую интерпретацию квантовой механики и заложил основы для весьма популярной ныне концепции мультиверса, или многомирия. Существенно иной взгляд на приложение информатики выдвинул в 1970-е годы другой аспирант Уилера, Якоб Бекенштайн, поначалу занимавшийся исследованиями термодинамической энтропии черных дыр, затем сумевший преобразовать эту физику в понятия теории информации, и в итоге заложивший фундамент для выстраивания голографической концепции мироздания.

Наконец, нельзя не упомянуть и самого последнего из аспирантов Уилера, Макса Тегмарка. Ныне Тегмарк широко известен как автор концепции «математической вселенной», сочетающей в единое целое материю и сознание, а также как автор идеи о том, что сознание является одним из фазовых состояний материи — подобно тому, как у всякого твердого тела есть состояния жидкости или газа.

Абсолютно во всех из этих работ учеников Уилера очевидно просматривается опора на теорию информации Шеннона. Причем и в текстах самого Джона Уилера, где он оттачивал и развивал свою концепцию «Это все из бита», постоянно и естественным образом идут отсылки к теории информации. Но при этом, что не может не поражать, нигде ни словом не упоминается имя Клода Шеннона. И даже в основополагающей обзорной статье «Поиск взаимосвязей», процитированной в начале этого раздела и содержащей внушительную библиографию на 179 позиций, нет ни единой ссылки на его работы.

Никто и никогда на эти умолчания не обращает внимания, поэтому и объяснений для столь странного игнорирования никем не предлагается. Хотя понятно, наверное, что это никак не может быть «случайным недосмотром» — слишком уж заметную роль идеи Шеннона играют во всей этой истории.

Продолжение следует

Оставить комментарий

Ваш комментарий будет опубликован после модерации.