Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки
Шрифт:
Этот совместный процесс вычислений всего человеческого общества и делает нас особенными; а мы действительно особенные. Люди – не единственные физические системы, участвующие в процессе сложных, богатых вычислений. Как я пытался показать, каждый атом, каждая элементарная частица участвуют в одном огромном вычислении, которое и является Вселенной. По сути, каждый бит Вселенной – это только бит. В своей способности хранить и обрабатывать информацию все биты равны.
Наука обладает неудобной привычкой вытеснять человека из центра сцены. В донаучной истории люди были венцом творения и лучшим произведением природы и жили на Земле, являющейся центром Вселенной. Когда происхождение Земли и человечества были исследованы более тщательно,
Тем не менее мы уникальны (как и бактерии; как и тополя). Уникальными делает нас информация – биты ДНК, которые объединяют нас с обезьянами, а также язык и способность мыслить, которые нас от них отделяют. Нет никакой отдельной субстанции, никакой vis vitae или жизненной силы, которая вдыхала бы жизнь в человеческие существа. Мы сделаны из атомов, как и все остальное. Теми, кто мы есть, делает нас способ, которым эти атомы обрабатывают информацию и совместно ведут вычисления. Мы – прах, но мы – вычисляющий прах.
Универсальные мысли
Теперь, когда мы знаем о вычислительной природе Вселенной в целом, заманчиво было бы приписать это свойство какому-нибудь космическому интеллекту вроде божественного «демона» Лапласа. Конечно, Вселенную можно считать неким гигантским разумным организмом, точно так же как Землю можно считать отдельным живым существом (эту идею называют «гипотезой Геи»). Заметим, однако, что, даже приписав Вселенной разум, мы не можем отрицать блеск одной из ее величайших «идей» – естественного отбора {19} . В течение миллиардов лет Вселенная кропотливо разрабатывала новые структуры, в медленном процессе проб и ошибок. Каждое «Ага!» в этом процессе – крошечное квантовое событие, последствия которого были развиты законами физики. Некоторые события приводили к успеху, некоторые – нет. Через миллиарды лет появились мы, а также все остальное.
19
Отрицать доказательства естественного отбора – значит оскорблять интеллект Вселенной.
В конечном счете идея о том, что мир жив или что Вселенная мыслит, – лишь метафора. В конце концов, что такое мысли Вселенной? Некоторая часть обработки информации, которую выполняет Вселенная, действительно происходит посредством мышления, человеческого мышления. Некоторые виды обработки информации, такие как цифровые вычисления, могут напоминать мышление. Но в огромном большинстве случаев обработка информации во Вселенной происходит в виде столкновений атомов, крошечных движений материи и света.
По сравнению с тем, что обычно называют мышлением, эти «мысли» Вселенной скромны: они состоят из элементарных частиц, которые просто заняты своим делом. Но скромность – это не слабость. Квантовый хаос может усиливать крошечные движения до тех пор, пока они не превратятся в ураган. Микроскопический танец вещества и света способен создать не только людей, но и все остальные существа. Столкновение двух атомов может изменить будущее Вселенной – и изменяет его.
Личные заметки: информация как утешение
Мой путь к концепции эффективной сложности был долгим и трудным. Он начался с сотрудничества с Хайнцем Пэджелсом в Университете Рокфеллера и продолжился, когда моя диссертация получила известность и мне предложили место профессора философии под руководством Рольфа Ландауэра в IBM. Ландауэр был одним из основателей физики информации.
Я был несколько удивлен этим предложением. Той осенью я прибыл в лабораторию Уотсона фирмы IBM в Йорктаун-Хайтс, чтобы прочесть лекцию о демоне Максвелла. В своей диссертации «Черные дыры, демоны и утрата когерентности: как сложные системы получают информацию, и что они с ней делают» (Black Holes, Demons, and the Loss of Coherence: How Complex Systems Get Information and What They Do with It) я предложил квантово-механическую модель того, как одна квантовая система получает информацию о другой, и показал, почему кажущиеся нарушения второго закона термодинамики, которые при этом возникают, не вызывают никаких реальных проблем. Моя лекция прошла не слишком успешно: Ландауэр меня раскритиковал. Как оказалось, Чарльз Беннетт только что опубликовал серьезную статью о демоне Максвелла, изложив идею компромисса между информацией и энтропией гораздо лучше, чем я. Что еще хуже, за ланчем я неумышленно задел Грегори Хайтина, пошутив о людях, верящих в целительную силу кристаллов: я не знал, что он держит в своей комнате большой кристалл, который помогает ему сконцентрироваться.
Тем не менее за лекцией последовало предложение о работе, и я собирался его принять. Вскоре после звонка Ландауэра в мой кабинет зашел руководитель моей лаборатории в Университете Рокфеллера. «Мюррей Гелл-Манн просит вас немедленно к телефону», – объявил он. До того дня я с опаской относился к ситуациям, когда профессора заходят в мой кабинет и делают объявления. С какой стати Гелл-Манн хочет со мной говорить? Я никогда с ним не встречался (кулачный бой в женском монастыре произошел гораздо позже), и я понятия не имел, по каким причинам самый известный физик в мире стал бы интересоваться какими-то деталями моей работы.
Я поднял трубку. «Где ваше заявление о примере в Калифорнийский технологический институт?» – требовательно спросил Гелл-Манн. Как оказалось, он работал над проблемами сложности и основами квантовой механики, и никак не мог найти постдока, который бы поработал с ним над этими темами. Он уже несколько месяцев искал кого-нибудь, кто писал бы диссертацию в этой области, и наконец нашел меня. Он был готов предоставить мне место, если я согласен.
Итак, за неделю, не имея никаких ясных перспектив, я получил целых два предложения о работе. Это было трудное решение. Поскольку я шел в обход обычного процесса найма в Калифорнийский технологический институт, зарплата, которую мог предложить мне Гелл-Манн в течение первого года, была вдвое меньше того, что предлагала IBM. С другой стороны, меня увлекала перспектива попасть в Калтех. В конце концов я решил отправиться на Запад. Это было летом 1988 г. Я собрал вещи, положил чемодан в свой старый «датсун» и тронулся в путь.
Первая остановка была в Санта-Фе в штате Нью-Мексико, где я посетил первую летнюю школу Института Санта-Фе и лично познакомился с Гелл-Манном. Мы вместе отправились в Лос-Аламос и весь день обсуждали концепцию сложности. Гелл-Манн был красив: вьющиеся седые волосы и ослепительная улыбка. Он прекрасный собеседник, по той простой причине, что знает примерно в десять раз больше обычного человека практически по любому предмету. Если он считает, что ваши рассуждения ошибочны, то без всяких колебаний дает вам это понять. В ходе нашей трехчасовой дискуссии я рискнул высказать собственное мнение об одном аспекте квантовой механики, с которым был недостаточно знаком. «Нет, – сказал Гелл-Манн, и в его голосе послышались железные нотки. – Нет!» Он коснулся лбом стола, за которым мы сидели и стал стучать по нему кулаками: «Нет! Нет! Нет! Нет!! Нет!!!» Вот, подумал я, наконец-то нашелся человек, с которым я наверняка сработаюсь.