Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир

Дойч Дэвид

Изначально у Бэббиджа не было представления о вычислительной универсальности. Тем не менее его разностная машина оказалась замечательно близка к ней – не по набору производимых вычислений, а по физическому устройству. Чтобы запрограммировать ее для печати заданной таблицы, нужно привести в исходное состояние определенные зубцы. В конце концов Бэббидж понял, что данный этап программирования тоже поддается автоматизации: настройки можно заготавливать на перфокартах, как у Жаккара, а затем механически передавать на зубцы. Таким путем не только исключался главный остающийся источник ошибок, но и расширялся набор действий машины. Затем Бэббидж понял, что если бы машина могла пробивать новые карточки для дальнейшего использования в ней же и могла бы управлять тем, какую карту считывать следующей (скажем, беря их из пачки в зависимости от положения шестеренок), то могло бы получиться нечто качественно новое: скачок к универсальности.

Эту усовершенствованную машину он назвал аналитической. Он и его коллега, женщина-математик, графиня Ада Лавлейс знали, что эта машина сможет вычислять все, что могут «люди-компьютеры»,

и не только производить арифметические операции: она сможет решать алгебраические уравнения, играть в шахматы, сочинять музыку, обрабатывать изображения и так далее. Она стала бы тем, что сегодня называется универсальным классическим компьютером. (В главе 11, в которой речь пойдет о квантовых компьютерах, работающих на еще более высоком уровне универсальности, я объясню, почему приписка «классический» так важна.)

Однако ни эти ученые, ни кто-либо другой в течение еще столетия не представлял себе, для чего будут сегодня чаще всего применяться вычисления, а именно Интернет, обработка текстов, поиск по базам данных, игры. Но есть еще одно важное применение, которое они предвидели, – это научные предсказания. Аналитическая машина могла стать универсальным моделирующим устройством, способным предсказать поведение любого физического объекта с любой желаемой точностью с учетом соответствующих законов физики. Это та универсальность, о которой я говорил в главе 3, благодаря которой в физических объектах, непохожих друг на друга и подчиняющихся разным законам физики (как, например, мозг и квазар), могут проявляться одинаковые математические зависимости.

Бэббидж и Лавлейс были людьми Просвещения, и они понимали, что универсальность аналитической машины откроет новую эру технологий. Но даже при этом, несмотря на огромные усилия, им удалось заразить своим энтузиазмом лишь небольшую группу людей, которым тоже не удалось передать его дальше. И аналитическая машина осталась в истории как трагическая память о скачке, который мог бы произойти, но, к сожалению, не произошел. Если бы они поискали другие варианты реализации, то могли бы заметить прекрасную возможность, которая уже ждала своего применения: электрические реле (переключатели, работающие от электрического тока). Это было одно из первых приложений фундаментальных исследований в области электромагнетизма, вот-вот должно было начаться массовое производство таких реле, что в итоге привело к технологической революции в телеграфии. Переработанная аналитическая машина с кодированием двоичных знаков по принципу включения/выключения тока и с использованием электрических реле для осуществления вычислений работала бы быстрее механического компьютера Бэббиджа, и ее было бы дешевле и проще построить. (О двоичных числах уже хорошо знали. В семнадцатом веке математик и философ Готтфрид Вильгельм Лейбниц даже предлагал использовать их для механических вычислений.) Так что компьютерная революция могла случиться на сто лет раньше. И благодаря технологиям телеграфа и печати, которые развивались параллельно, за ней вскоре последовала бы и интернет-революция. В своем романе «Машина различий» [34] (The Difference Engine) писатели-фантасты Уильям Гибсон и Брюс Стерлинг захватывающе описывают, как бы это могло быть. Журналист Том Стэндидж в своей книге «Викторианский Интернет» (Victorian Internet) утверждает, что уже в рамках телеграфной системы, даже без компьютеров, среди ее операторов действительно существовало явление, похожее на Интернет, с «хакерами, сетевыми романами и свадьбами, чатами, горячими спорами в Сети… и так далее».

34

Гибсон У., Стерлинг Б. Машина различий. – М.: У-Фактория, 2002.

Бэббидж и Лавлейс также задумывались об одном применении универсальных компьютеров, которое до сих пор еще не осуществлено, а именно о так называемом искусственном интеллекте. Поскольку человеческий мозг – это физический объект, подчиняющийся законам физики, а аналитическая машина – универсальное моделирующее устройство, то его можно запрограммировать так, чтобы оно думало так же, как может думать человек (хотя на это будет уходить очень много времени и запредельное количество перфокарт). Тем не менее Бэббидж и Лавлейс отрицали такую возможность. Лавлейс говорила, что «аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое. Машина может выполнить все то, что мы умеем ей предписать. Она может следовать анализу; но она не может предугадать какие-либо аналитические зависимости или истины» [35] .

35

Цит. по: Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. Ада Августа Лавлейс и возникновение программирования. В кн.: Кибернетика и логика. – М.: Наука, 1978. – С. 57–102.

Впоследствии математик и пионер вычислительной техники Алан Тьюринг называл эту ошибку «возражением леди Лавлейс». Лавлейс недооценила не столько вычислительную универсальность, сколько универсальность законов физики. В то время наука практически ничего не знала о том, как устроен мозг с физической точки зрения. Теория эволюции Дарвина еще не была опубликована, и преобладали сверхъестественные объяснения природы человека. Сегодня послаблений для той малой части ученых и философов, которые до сих пор считают, что искусственный интеллект недостижим, меньше. Например, философ Джон Серл рассматривает проект создания искусственного интеллекта в следующей исторической перспективе: на протяжении веков люди пытались объяснить разум техническим языком, используя сравнения и метафоры на основе сложнейших механизмов соответствующего времени. Сначала предполагалось, что мозг похож на чрезвычайно сложный набор

шестеренок и рычагов. Затем были гидравлические магистрали, паровые двигатели, телефонные коммутаторы, а сегодня, когда самой впечатляющей технологией считаются компьютеры, говорят, что мозг – это компьютер. Но это опять же не более чем сравнение, говорит Серл, и причин считать мозг компьютером не больше, чем паровым двигателем.

В действительности их больше. Паровой двигатель не является универсальным моделирующим устройством, а вот компьютер является, так что ожидать от него, что он сможет делать то же самое, что нейроны, – не метафора: это известное и проверенное свойство законов физики, какими мы их знаем. (И, кстати, из гидравлических контуров тоже можно сделать универсальный классический компьютер и из шестеренок и рычагов, как показал Бэббидж.)

Как это ни парадоксально, но у возражения леди Лавлейс логика та же, что и у довода, который Дуглас Хофштадтер приводит в пользу редукционизма (глава 5), но Хофштадтер – один из активных современных сторонников того, что искусственный интеллект возможен. А все потому, что оба опираются на ошибочное допущение о том, что низкоуровневые вычислительные шаги якобы не могут сложиться в высокоуровневое «Я», которое влияет на все. Разница между ними в том, что они держатся противоположных альтернатив возникающей при этом дилеммы: Лавлейс ошибочно заключила, что искусственный интеллект невозможен, а Хофштадтер – что такого «Я» не существует.

Поскольку Бэббиджу не удалось ни самому построить универсальный компьютер, ни убедить других это сделать, первая подобная машина появилась лишь спустя сто лет. То, что происходило в этот промежуток времени, скорее напоминает древнюю историю универсальности: хотя счетные устройства, похожие на разностную машину, стали создаваться еще до того, как Бэббидж сдался, его идею аналитической машины практически полностью игнорировали даже математики.

В 1936 году Тьюринг разработал исчерпывающую теорию универсальных классических компьютеров. Но он не собирался строить такой компьютер, а только хотел применять теорию абстрактно для изучения природы математических доказательств. И когда через несколько лет были сконструированы первые универсальные компьютеры, то опять в этом не было никакого особого намерения реализовать универсальность. Их построили в Британии и США во время Второй мировой войны для специфичных военных целей. Британские компьютеры под названием Colossus («Колосс»; в их создании принимал участие Тьюринг) использовались для взлома шифров; американский компьютер ENIAC был предназначен для решения уравнений, необходимых для наведения больших орудий. Оба были построены на электронных вакуумных лампах, которые работали как реле, но почти в сто раз быстрее. В то же самое время в Германии инженер Конрад Цузе собирал на релейных схемах программируемый калькулятор – так, как это должен был бы сделать Бэббидж. Во всех трех применялись технологические решения, необходимые для универсального компьютера, но ни одно из них не было вполне универсальным по своей конфигурации. Машины Colossus применялись только для дешифрации, и после войны большая часть из них была разобрана. Машина Цузе была уничтожена в ходе бомбардировок Германии союзниками. А вот ENIAC’у судьба позволила совершить скачок к универсальности: после войны ему нашли массу применений, для которых он никогда не предназначался, таких как прогнозирование погоды и проект создания водородной бомбы.

В истории развития электронных технологий после Второй мировой войны преобладала миниатюризация, и в каждом новом устройстве реализовывались все более и более микроскопические переключатели. Около 1970 года эти усовершенствования вызвали скачок к универсальности, когда несколько компаний независимо друг от друга создали микропроцессор, универсальный классический компьютер на одной кремниевой микросхеме. С этого момента разработчики любого устройства для обработки информации могли взять микропроцессор и настраивать его – программировать – под определенные задачи, которые устройство должно было выполнять. Сегодня стиральная машина, стоящая у вас дома, наверняка управляется компьютером, который можно было бы запрограммировать для решения задач астрофизики или обработки текстов, если бы у него были подходящие устройства ввода-вывода и достаточный объем памяти для хранения необходимых данных.

Удивительно, но в этом смысле (другими словами, если отбросить то, что связано со скоростью, емкостью памяти и устройствами ввода-вывода) «люди-компьютеры» девятнадцатого века, паровая аналитическая машина с ее звонками и свистками, ламповые вычислительные машины времен Второй мировой войны, занимавшие целые комнаты, и современные суперкомпьютеры выполняют один и тот же набор вычислений.

Другая их общая черта – то, что все они цифровые: они работают с информацией в форме дискретных значений физических величин: к примеру, электронный переключатель может быть включен или выключен, а зубец шестеренки находиться в одном из десяти положений. Широко распространенные когда-то альтернативные, «аналоговые», компьютеры, такие как логарифмическая линейка, в которых информация представляется в виде непрерывных физических переменных, сегодня практически не используются [36] . Дело в том, что современный цифровой компьютер можно запрограммировать так, что он сымитирует любое такое устройство и будет работать лучше практически во всех приложениях. В результате скачка к универсальности в цифровых вычислениях аналоговые компьютеры были забыты. И это было неизбежно, ведь универсального аналогового компьютера не существует.

36

Аналоговыми компьютерами чаще называли устройства для решения дифференциальных уравнений и моделирования физических процессов электрическими сигналами. – Прим. ред.