"Людям стоит знать, откуда во Вселенной взялась сложность"
Американский физик, популяризатор науки, профессор Массачусетского технологического университета Сет Ллойд, один из авторов вычислительной модели Вселенной, считает, что окружающий нас мир занят непрерывной обработкой информации и, по сути, является огромным квантовым компьютером.
В конце июля Ллойд посетил Москву по приглашению Российского квантового центра, принял участие в научной конференции по квантовым технологиям, прочитал публичную лекцию и представил только что вышедший перевод своей научно-популярной книги "Вычисляющая Вселенная".
В двухчасовой беседе с обозревателем Радио Свобода Сет Ллойд рассказал об отсутствии свободы воли у атомов, о важности философии и сотрудничестве с Google.
– Итак, Вселенная – компьютер?
– Да, Вселенная – огромный компьютер. То, что мы привыкли считать компьютерами, лаптопы и смартфоны, – крохотные его части.
– Но Вселенная – компьютер в том же смысле?
– Если смотреть широко, компьютером можно назвать все то, что систематически обрабатывает информацию, другими словами, вычисляет. В 30-е годы прошлого века британец Алан Тьюринг дал определение так называемого универсального компьютера, который может смоделировать абсолютно любой вычислительный процесс. Как ни странно, эта абстрактная универсальная машина Тьюринга достаточно просто устроена, многие физические системы потенциально способны вести себя как универсальный компьютер. И одна из таких систем – сама Вселенная. Если хотите, вот простое косвенное доказательство способности Вселенной вычислять: привычные для нас компьютеры являются ее частью, и они вычисляют!
– Но все же Вселенная обрабатывает информацию не совсем так, как мой лэптоп?
– Способность Вселенной производить вычисления основана на том, что каждая элементарная частица, каждый атом описывает некоторое количество бит информации. Об этом догадывались еще в девятнадцатом веке. Физики Максвелл, Больцман и Гиббс пытались понять, как устроена Вселенная на атомарном уровне, и дали определение энтропии, меры беспорядка, случайного движения молекул и атомов. В современных понятиях энтропию можно описать как количество информации. С каждым атомом ассоциируется несколько бит информации, при столкновении двух атомов их значения меняются. Эти столкновения происходят постоянно, а значит, на самом микроскопическом уровне Вселенная постоянно вычисляет. Причем, это вычисление – универсально в смысле Тьюринга.
Когда я говорю, что Вселенная – компьютер, некоторым кажется, что это какая-то метафора, но на самом деле это истина во вполне техническом смысле. Утверждение, что Вселенная – компьютер, это строгое математическое наблюдение о способности Вселенной обрабатывать информацию.
– Выходит, что вот эта ручка, которая тоже состоит из атомов, тоже компьютер?
– Да, хотя в ручке нет транзисторов или каких-то еще электронных компонент, она постоянно вычисляет свою собственную структуру, определяющую ее способность писать. Ручка – тоже компьютер.
– Мы привыкли, что компьютеры способны на сложные вычисления, которые нам для чего-то нужны. А ручка как вычислительное устройство кажется мне довольно бесполезной.
– А мне – полезной, ведь вы можете ей писать. Понимаете, степень полезности вычисления сильно зависит от точки зрения. Польза вообще, перефразируя известное высказывание, находится в глазах наблюдающего. Вот мне, например, совершенно бесполезным кажется Facebook, у меня даже аккаунта нет, а если бы и был, я бы, наверное, его считал даже хуже, чем бесполезным, – у меня бы он отнимал кучу времени.
Если хотите, приведу пример вычисления, которое, наверное, каждому покажется полезным. Оно очень похоже на работу обычной компьютерной программы, только происходит в клетках живых организмов. Молекула ДНК – это программа, которая говорит клетке, как соединять белки, как поддерживать жизнь, как осуществлять обмен веществ, как перерабатывать энергию. Клетка осуществляет вычисление, которое позволяет ей жить и размножаться. Это алгоритм переработки энергии, закодированный в ДНК.
С другой стороны, давайте возьмем какие-нибудь вирусы: в них происходит точно такой же процесс обработки информации, но с точки зрения человека они не просто не полезны, а очень даже вредны. Сами вирусы с вами, конечно, не согласятся.
– Вирусы, клетки, шариковые ручки – компьютеры. Люди, конечно, тоже. Откуда у человека-компьютера берется свобода воли?
– Вопрос о свободе воли глубоко философский, я не готов на него всерьез замахиваться. Но все же из моей концепции, что Вселенная – квантовый компьютер, можно сделать любопытный вывод.
Давайте исходить из того, что свобода воли действительно есть. Вообще говоря, так думают далеко не все. Многие философы убеждены, что любой выбор, который делает человек, механистически предопределен. Ну или хотя бы предопределен с учетом некой случайности, но в любом случае, мы не вольны его делать самостоятельно.
– А вы верите в свободу воли?
– Я-то верю, конечно! Сэмуэль Джонсон, английский писатель, живший в XVIII веке, говорил по этому поводу примерно так: “Вся теория говорит, что свободы воли нет, но весь опыт говорит в ее пользу”.
Наш опыт свободы воли связан в первую очередь с принятием решений. Например, на часах 20:00, я раздумываю, какой кофе мне выпить – обычный или без кофеина? Обычный вроде больше хочется, но не буду ли я потом страдать от бессонницы? В общем, у вас есть “за” и “против”, вы некоторое время колеблетесь и в конечном счете все же приходите к решению: выпить обычный. Ключевое свойство свободы воли заключается в том, что ровно до того момента, как решение принято, вы не представляете себе, каким именно оно будет. Именно это нам дает ощущение свободы выбора. Я и только я сам решаю, какой кофе мне взять, и могу передумать в любой момент.
– А при чем здесь ваша концепция?
– Именно этот аспект свободы выбора можно объяснить при помощи вычислительной модели Вселенной. Не просто объяснить, а строго доказать математическую теорему. Я даже по случаю столетия со дня рождения Тьюринга опубликовал ее в одном философском журнале.
Теорему можно сформулировать так. Пусть вы – тот, кто способен принимать решения, назовем вас “решатель”, как называл себя предыдущий американский президент. Нам придется сделать предположение, что вы достаточно сложно устроены, чтобы уметь сформулировать вопрос: “Какое решение я собираюсь принять?” И вы, и ваш компьютер вполне на это способны. Так вот, теорема гласит, что ответить на этот вопрос невозможно. Вернее, возможно, но поиск верного ответа потребует заведомо больше времени, чем просто подождать и увидеть, какое решение принято. Это, кстати, не исключает возможности, что кто-то другой может предсказать ваше решение. Ваша жена, например, как это часто и бывает. Правда, из теоремы следует, что даже жена с большой вероятностью может ошибиться.
Мы из опыта знаем, что не способны предсказывать собственные решения и решения других людей – примерно это мы и называем свободой воли. А это, на самом деле, математика, теория машин Тьюринга и понятие о вычислимости.
– Откуда же берутся эти наши непредсказуемые решения? Они, в итоге, просто случайны?
˜– Нет, решение обычно вполне рационально. Другое дело, что единственный способ узнать, какой будет сделан выбор, – пройти через весь процесс принятия решения. Пусть каждый его шаг логичен и предопределен, нужно пройти их все.
В книге и в статье, которую я упомянул, я утверждаю, что наш опыт свободы воли, наша неспособность предсказать собственные решения и решения других людей, даже наша неспособность предсказать, что будет делать компьютер или смартфон – что, к сожалению, случается очень часто, на самом деле связано с ограничениями, которые накладывает наука.
Тут вы можете, кстати, задать вопрос: обладает ли свободой воли какой-нибудь айфон. И вот ответ на этот вопрос: в некотором смысле да, айфоны, как и мы, не могут заранее предсказать собственное поведение, это следует из той же теоремы.
– Ну а атомы обладают свободой воли?
– Отдельные – нет, что интересно. Чтобы обладать свободой воли, нужно достигнуть определенного уровня сложности. Условно можно считать, что атомы способны принимать решения в том смысле, что их состояния могут меняться. Но чтобы структура могла задуматься о собственной свободе воли, она должна быть достаточно сложной, чтобы представить модель самой себя. Атом не может создать модель самого себя, он для этого слишком прост.
– Ну, насколько это нам сегодня известно.
– Да-да, правильное уточнение, насколько нам это известно. Ну, я думаю, все же не может. Давайте возьмем что-нибудь побольше атома – например, термостат. Термостат принимает решения вроде “эй, стало прохладно, надо включить подогрев” или “теперь потеплело, можно отключать”. У него есть сенсор температуры, который определяет, больше она установленного предела или меньше, и два положения – включен и выключен. Итого, четыре возможных состояния. Этого мало, у термостата слишком слабые вычислительные способности, чтобы смоделировать себя и задать вопрос “что я собираюсь делать через пять минут?”. Вот и атомы, у которых есть всего несколько состояний, достаточно просты, и в вопросе свободы воли они ближе к термостату, чем к айфону или тем более к человеку. Но, как вы и сказали, мы наверняка не знаем. Может быть, атомы ощущают свободу своей воли, а мы просто про это не знаем.
– Атомы, вероятно, просты, а люди – сложны. Но во Вселенной есть и другие сложные объекты. Есть ли что-то, что особо выделяет нас среди сложных объектов?
– Вычислительная концепция Вселенной дает нам некоторое теоретическое понимание того, что значит сложность. В теории вычислимости есть понятие о вычислительной мощности. Если что-то способно достаточно эффективно имитировать вычислительный процесс чего-то другого, их вычислительные мощности считаются одинаковыми. Если один компьютер может имитировать другой, но не наоборот, – у первого мощность больше. У универсального компьютера, о котором мы говорили, самая большая вычислительная мощность, потому что на нем можно имитировать любые вычисления. Это определяет иерархию способности к обработке информации, и люди стоят в ней довольно высоко.
– Но не на самом верху?
– На самом верху, конечно, сама Вселенная, но мы где-то рядом. Наш язык, наше сознание – мощные вычислительные инструменты. Способности наших компьютеров производить сложнейшие расчеты – это человеческий дар, его источник – язык, определяющий способность систематически производить логические операции. То, что делает универсальный компьютер универсальным, это на самом деле качество человеческого языка.
Отдельный человек может быть умнее или глупее, что-то уметь, а что-то – нет, но если взять наш биологический вид как целое, обрабатывающее информацию во взаимодействии людей, получается огромная вычислительная мощность.
Вычислительно мы очень сложны – уж не знаю, хорошо это или плохо. Свою сложность мы используем для потребления ресурсов мира, попутно отравляя его. Другие живущие на Земле виды должны видеть в нас что-то вроде зловредного вируса.
– Какие у вашей теории большие научные следствия?
– Моя модель Вселенной физически и математически состоятельна, и мы можем использовать ее для построения теорий, для предсказания явлений, которые потом можно сравнить с экспериментальными данными. В целом, сложно сказать, насколько она может оказаться полезной. Но есть одна очень важная вещь, которую она объясняет уже сейчас. Теория вычислимости объясняет, почему Вселенная сложна, откуда в ней столько сложных структур и разнообразия.
Вообще говоря, с точки зрения физики эта сложность довольно неожиданна. Законы физики просты, их все можно напечатать на футболке, влезут на грудь. Потом настанет один прекрасный день и мы сможем еще и законы квантовой гравитации напечатать на спине. Из наблюдений мы знаем, что начальное состояние Вселенной, которое предшествовало Большому взрыву, было очень простым и упорядоченным. То есть все началось с очень простого состояния, в котором было очень мало бит и которое потом развивалось по очень простым законам, которые тоже могут быть записаны в виде небольшого количества бит. Откуда же взялись все эти сложные вещи во Вселенной?
Этот вопрос, конечно, люди задавали себе очень давно, с момента своего возникновения. В некотором смысле открытие простых законов физики сделало его еще более сложным. Раньше был простой ответ: все это создал Бог. Но теперь у нас есть четкая физическая картина, прекрасно соотносящаяся с наблюдениями, и мы довольно точно знаем, что было в самом начале существования наблюдаемой Вселенной. С этой научной точки зрения ее нынешняя сложность – настоящая мистика.
– Каково же ваше объяснение?
– Решение загадки в том, что Вселенная вычисляет. Автор главной математической идеи, стоящей за этим, – знаменитый советский математик Андрей Колмогоров. Он обратил внимание, что короткая и случайная на вид компьютерная программа может создавать очень сложные структуры. Более того, Колмогоров показал, что самая короткая программа, создающая сложную структуру, обязательно будет выглядеть случайным набором бит. Если бы это было не так, то нашлась бы программа еще короче.
С точки зрения математики, сложные структуры возникают как результат коротких случайных программ. Эти программы – как зернышки, из которых вырастают большие и сложные вещи.
– И так же – из зернышек – растут сложные структуры во Вселенной?
– Да, на протяжении всей своей истории Вселенная вычисляла, при этом постоянно осеменяясь новыми зернышками. Эти зернышки – случайные короткие программы – возникают из квантовых флуктуаций. Из них растут и будут расти структуры любой сложности. Если взять любую сложную информацию, которая есть у нас сейчас, – от структуры вашей или моей ДНК и строения галактик до вопроса, будет или нет дождь завтра, – все их можно проследить назад во времени до исходного зернышка, вызванного квантовой флуктуацией.
Зернышки квантовых флуктуаций непрерывно дают всходы в нашей вычисляющей Вселенной, и из них произрастают разные структуры, причем вероятность возникновения сложных структур достаточно высока. В такой Вселенной мы можем рассчитывать найти не просто сложные структуры, в ней с большой вероятностью появятся все структуры, которые можно вычислить.
– То есть сложность Вселенной вы можете доказать математически – так же, как и наличие свободы воли?
– Да, это следует из колмогоровской теории сложности. Причем теория предсказывает как раз тот тип вложенной сложности, который мы и наблюдаем в реальности.
Взять хотя бы законы химии. Конечное число химических элементов могут комбинироваться между собой по определенным правилам, основанным на квантовой механике. Химическая реакция, по сути, – это процесс обработки информации: соединения кодируются набором бит, потом они превращаются в другие соединения, с другим набором бит. Перед нами вычислительный процесс, и на каком-то этапе из него получается жизнь. Мы пока точно не знаем, как именно это произошло, но сам факт возникновения жизни нас удивлять не должен. Какая-то определенная цепочка реакций должна была привести к возникновению еще более сложной структуры, способной на самовоспроизведение. Потом появляются многоклеточные организмы, потом – нейроны, мозг, потом – язык и общество. Видите, это вложенная система, цепочка вычислительных процессов, которая все росла и росла, – и это ровно то, чего мы должны были ожидать, исходя из коломогоровской теории в приложении к нашей Вселенной.
– Это действительно можно представить в виде строгой теоремы?
– Да, я ужасно не люблю рассказывать об этом на популярных лекциях, потому что мне приходится говорить что-то вроде “вам придется принять это на веру”. Я дал только набросок математики, которая за всем этим стоит: приложение колмогоровской теории сложности ко всей Вселенной и тот факт, что вычисления во Вселенной постоянно подкармливаются случайными квантовыми флуктуациями, приводит к тому, что в такой Вселенной неизбежно должны быть структуры произвольной сложности. Посмотрите вокруг: как сложен наш мир! А значит, теоретическое предсказание подтверждается опытом, и этот опыт – сама Вселенная.
– За теоретическое предсказание, подтверждаемое экспериментальным наблюдением, вы можете претендовать на Нобелевскую премию.
– Нет-нет, я совершенно не рассчитываю на Нобелевскую премию (смеется). Знаете, я писал диссертацию на факультете гидрологии и после защиты занимался гидрологической физикой в Калифорнийском технологическом университете. Потом бросил гидрологию ради квантовой информации, и одна из причин была в том, что я решил: ну уж в этой области никто точно не получит Нобелевскую премию, а значит, мне не придется иметь дело с придурками, которых только она и заботит. Знаете, у меня есть такое социологическое наблюдение: в областях, где вот-вот кто-то должен получить Нобеля, все начинают себя вести как полные придурки. Но вот неожиданно это произошло в моей области – в этом году Вайнленд и Арош получили Нобелевскую премию за исследования, очень близко связанные с квантовой информацией. Впрочем, Вайнленд – один из приятнейших людей на земле, так что все в порядке, мне не придется менять область занятий.
– Ну, славы вы уже добились, во всяком случае.
– Одна из причин, по которой я готов ужинать каждый день не раньше половины одиннадцатого и давать лекции для тысяч людей, как это было здесь в Москве, состоит в том, что то, что я рассказываю – откуда взялась сложность во Вселенной, – это важная вещь, о которой людям стоит узнать. Может быть, даже РПЦ стоило бы узнать об этом! Хотя лучше бы они это сделали не раньше, чем я уеду из России, а то это может стать для них проблемой похуже Пусси Райот!
– В своей книге вы пишете о несколько нестандартной интерпретации квантовой механики – способе объяснить, как воспринимать странное поведение микроскопических объектов, которые, например, могут быть одновременно в нескольких местах.
– Есть две самые популярные среди ученых интерпретации квантовой механики – они называются копенгагенская интерпретация и многомировая интерпретация, и с каждой из них есть проблемы.
С философской точки зрения и копенгагенская, и многомировая интерпретации используют довольно наивное представление о реальности. Копенгагенская говорит, что реальны только макроскопические объекты, а квантовый мир в некотором смысле является воображаемым. А многомировая интерпретация говорит, что существует множество миров, которые одинаково реальны. Конечно, обе эти точки зрения имеют право на существование, но и в той, и в другой проблемы с самим понятием реальности.
Меня вчера мог задавить "Роллс-ройс" (к чему я, кстати, был в Москве близок раз пять за последние четыре дня – здесь, похоже, чем машина дешевле, тем люди вежливее). Но мы с вами сидим и беседуем – это реальность. Для большинства людей понятие реальности определяется опытом. Я сам принадлежу к кембриджской философской школе, в которой традиционно силен эмпиризм, и я считаю, что если вы хотите построить картину мира, которая содержала бы нашу эмпирическую реальность, то придется считать, что наш мир, выражаясь языком квантовой механики, наша ветвь волновой функции реальна, реальна в эмпирическом смысле. А другие ветви волновой функции эмпирически нереальны. Это можно назвать слабым дуализмом: наша ветвь волновой функции реальна эмпирически, а другие ветви волновой функции реальны в смысле волновой функции, но не в эмпирическом. Эта идея, которую можно было бы назвать многоисторической интерпретацией, не очень сильно отличается от многомировой интерпретации, она несколько более запутанна, но по-моему, философски более убедительна. Хотя разница здесь именно в философии, и я считаю ее очень существенной.
– Необычно, что вы, физик, так серьезно относитесь к философии.
– Я ведь получил первую университетскую степень по философии в Кембридже. Физическое образование у меня, конечно, тоже есть – я получил магистерскую степень по математике и защитил диссертацию по физике, но и философией я серьезно занимался, это была философия науки. Поверьте, это мое образование было самым ценным из всех.
Я не стал делать академическую карьеру в философии, потому что это наука кажется мне слишком сложной. Но я знаю в ней достаточно, чтобы признать: у философов есть хорошие ответы на вопросы такого рода, есть хороший инструментарий для обращения с ними. А физики часто попадают в ловушку: когда им приходится размышлять над философскими проблемами, они думают “я умный человек, я с этим разберусь сам, мне совсем не обязательно читать, что там понаписали по этому поводу философы”. В итоге физики предлагают стандартную и довольно наивную философскую картину, и если бы они не поленились в нее немного углубиться, им самим стало бы очевидно, что в ней полно внутренних противоречий. Противоречий, которые были понятны философам сотни лет назад, а физики просто не в курсе.
– То есть над такими вопросами, как интерпретация квантовой механики, физики и философы должны работать вместе?
– Им следовало бы, но я не верю, что философы и физики когда-нибудь станут работать вместе. Понимаете, многие физики, когда начинают говорить о философии... О чем бы ты ни говорил, неплохо бы было изучить литературу, постараться выяснить, что люди думали по этому поводу до тебя. Когда вы пишете статью, ваша научная и этическая ответственность – изучить, что было сделано на эту тему другими исследователями, сделать соответствующие отсылки. Да это не только этика, это просто полезно! Если вы придумали идею, не исключено, что кто-то до вас думал о том же и это поможет вам понять ситуацию глубже. Люди так устроены, что совместно способны добиться большего, чем индивидуально, особенно это относится к ученым, а те, кто не интересуется, что было сделано в их области до них, – просто идиоты (смеется).
– Чем для вычисляющей Вселенной являются законы физики? Это же не программа?
– Смотрите, в обычном компьютере различие между “железом” и программным обеспечением очевидно. “Железо” – это транзисторы, процессоры и тому подобное, а программное обеспечение и хранящиеся в памяти данные – это биты, которые меняют свое значение по определенным правилам. Но с точки зрения физики, различие между оборудованием и данными не так очевидно: информация – это всегда информация. И даже если взять мой обычный компьютер, некоторое программное обеспечение было установлено в нем с самого начала, и эта информация, записанная в битах, никогда не меняется – например, это BIOS компьютера. И хотя эти данные фактически являются программным обеспечением, по сути их можно отнести к оборудованию.
– То есть законы физики – это BIOS или что-то вроде операционной системы Вселенной?
– Я вижу это так: законы квантовой механики, законы гравитации и так далее – это “железо”, оборудование, на котором ведет вычисления видимая Вселенная. А квантовые флуктуации, которые определяют эволюцию окружающего мира, – это программное обеспечение, алгоритмы.
Хотя, кто знает, действительные законы объемлющей, глобальной Вселенной могут быть более общими. Если вы улетите куда-то очень далеко в космос, возможно, вы найдете место, где выполняются совершенно другие законы физики. А те законы природы, которые нам известны, – это следствие какой-то случайной квантовой флуктуации, произошедшей на заре существования Вселенной. И в других частях Вселенной законы другие. Между прочим, примерно то же предполагает теория струн: возможны различные законы квантовой механики, у нас они именно те, которые есть, можно сказать, по чистой случайности. И если все устроено действительно так, а эта картина с точки зрения физики вполне состоятельна, то просто когда-то, когда Вселенная только что родилась, произошло квантовое событие, которое изменило несколько тысяч бит – и так появились известные нам законы физики.
– А разве для того, чтобы произошло квантовое событие, не должны выполняться какие-то законы?
– Нет, законы физики это как бы то, что выбирает определенный исход квантового события. Но, может быть, квантовое событие произошло сразу же со всеми возможными исходами, которые возникли в глобальной Вселенной параллельно. В физике это называется нарушением симметрии: в целом система симметрична, в ней происходят сразу все варианты развития событий, но в каждой из частей системы исход только один. И если вы живете внутри той или другой части, вам кажется, что события не симметричны, хотя общая волновая функция на самом деле симметрична. Изнутри вам может казаться, что в систему была вброшена какая-то информация, определяющая ход истории, но в целом общий набор историй остается совершенно полным и симметричным. Поэтому квантовое событие, которое, возможно, определило наши законы физики, не было физическим событием – это просто было разделение мира на несколько частей, в одной из которых мы оказались.
– Ваша книга написана на редкость доступным языком. Кажется, самая длинная формула, которая встречается в тексте, – это E=mc2?
– Стивен Хокинг как-то сказал мне, что, по словам его издателя, каждая формула в книге сокращает количество потенциальных читателей то ли в два раза, то ли в десять – сейчас уже не помню. Хотя E=mc2 можно считать исключением из этого правила.
– У вас есть ощущение, что, несмотря на все ваши усилия, какие-то места в книге все же написаны не очень понятно?
– Конечно. Есть одно неизбежное обстоятельство, которое привело к тому, что книга не совсем ясно написана. Если бы я мог хотя бы в общих чертах написать о теории сложности Колмогорова или дать хотя бы краткое определение универсального компьютера, многие утверждения, которые я делаю в книге, можно было бы сформулировать точнее.
– И о теории вероятностей у вас в книге почти не слова, хотя это основа и квантовой механики, и теории информации.
– Я пишу о вероятности, но в ее количественном понимании. Это вполне сознательно: судя по моему опыту преподавания, для большинства людей теория вероятностей очень неинтуитивна и поэтому плохо понятна.
– Как и квантовая механика.
– Да, есть люди (к ним, кстати, относился и Эйнштейн), которые в принципе не принимают, что Вселенная основана на вероятностных законах. Поэтому Эйнштейн не верил в квантовую механику.
– “Бог не играет в кости”, как он говорил.
– Да, но, насколько мы сейчас знаем, здесь Эйнштейн был не прав. Я имею в виду, если бы Бог был, конечно.
Фейнман в одной из книг писал что-то вроде: “Мне жаль говорить об этом, но если вы хотите получить о природе хоть немного неповерхностное знание, вам придется выучить кое-какую математику”. Я с этим согласен. Самые важные части моей книги – о том, что такое вычисление, о том, откуда во Вселенной берется сложность, – были бы намного лучше, если бы я использовал больше формул.
– Расскажите про Quogle, проект квантовой поисковой машины, который вы упоминаете в книге.
– Это смешная история. Как раз, когда я писал книгу, я встретился с Сергеем Брином и Ларри Пэйджем на мероприятии под названием “банкет миллиардеров”. Его организовывал мой литературный агент совместно с конференциями TED. Идея была в том, чтобы собрать вместе за ужином миллиардеров и ученых и посмотреть, что из этого выйдет. Так вот, выяснилось, что Брин и Пэйдж очень интересуются квантовыми вычислениями, и после долгого разговора мы решили, что я со своими учениками-постдоками попробую поработать над тем, что мы назвали квантовым интернет-поиском. Мы не представляли себе, как это может выглядеть, – просто предположили, что у нас есть куча соединенных между собой квантовых компьютеров, способных обмениваться квантовой информацией. Как бы мог выглядеть квантовый поиск в такой сети?
Первое, что мы сделали, – решили попробовать создать квантовый алгоритм пэйдж-ранкинга, аналог алгоритма, который используют обычные поисковые машины. Но ничего интересного не получилось. Тогда мы придумали специальный квантовый протокол: если у вас есть квантовый интернет, гигантская база данных, и вы хотите сделать поисковый запрос, как делаете это с обычным Гуглом, то все можно устроить так, что Quogle выдаст ответ, но при этом абсолютно точно не будет знать ваш запрос. То есть достигается абсолютная гарантия вашей приватности. Это кажется невероятным, для классического компьютера это действительно невозможно, но в случае квантового работает: мы поняли, что Quogle может высылать вам не только ответ, но и возвращать исходный запрос, причем так, что он нигде системой не фиксируется. В квантовой механике есть теорема о запрете клонирования, которая гласит, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния. Когда Quogle отправляет вам назад ваш запрос, вы можете быть уверены, что он не мог его себе скопировать. Вообще-то это простой протокол, сложным был вопрос, насколько это осуществимо в реальности, и мы выяснили, что это действительно возможно.
Мы занимались этим несколько лет и даже оформили ряд патентов. Потом мы снова встретились с Пейджем и Брином на небольшой конференции, где я был уже единственным ученым среди миллиардеров, более-менее выполняя роль аниматора. В самом конце, где-то часа в два ночи, я поймал Пейджа с Брином и сказал: “У нас есть крутая идея, которая поможет вам решить проблемы с обвинениями в том, что вы шпионите за людьми! Почему бы вам не дать мне 10 миллионов долларов, мы сделаем для вас технологию, которая обеспечит полную приватность пользователей!”
Они сказали: “О, это очень интересно. Нужно подумать”. На следующий день я говорил с их менеджером, и он сказал: “Мне жаль, но наш бизнес построен на том, чтобы знать все и обо всех”. Ну и действительно, эта технология была бы для Гугла угрозой. Я сказал: “Ну так все еще проще, дайте мне 10 миллионов и я просто не буду ничего делать – все будут счастливы, суды, вы и особенно я!” Но они на это не купились (смеется).
– В вашей книге меня очень тронул пассаж, где вы описываете трагедию, произошедшую с вашим другом и учителем Хайнцом Пэйджелсом во время совместной прогулки в горах. Вы продолжаете заниматься альпинизмом?
– Да, я бываю в горах постоянно. Первое время после того события мне было страшновато, но потом прошло. Теперь, когда я хожу в горы с друзьями, я уделяю особое внимание тому, чтобы они во всяком случае вернулись домой живыми.
– А вы говорите своим друзьям, как сказал вам Хайнц на вершине горы за два дня до своей гибели: “Я дарю тебе все богатство и всех красивых женщин мира”?
– Нет, этой ошибки я не делаю. Пусть сами понимают, что им принадлежит весь мир, а я лучше сосредоточусь на вопросах безопасности.
Источник www.svoboda.org
Американский физик, популяризатор науки, профессор Массачусетского технологического университета Сет Ллойд, один из авторов вычислительной модели Вселенной, считает, что окружающий нас мир занят непрерывной обработкой информации и, по сути, является огромным квантовым компьютером.
В конце июля Ллойд посетил Москву по приглашению Российского квантового центра, принял участие в научной конференции по квантовым технологиям, прочитал публичную лекцию и представил только что вышедший перевод своей научно-популярной книги "Вычисляющая Вселенная".
В двухчасовой беседе с обозревателем Радио Свобода Сет Ллойд рассказал об отсутствии свободы воли у атомов, о важности философии и сотрудничестве с Google.
– Итак, Вселенная – компьютер?
– Да, Вселенная – огромный компьютер. То, что мы привыкли считать компьютерами, лаптопы и смартфоны, – крохотные его части.
– Но Вселенная – компьютер в том же смысле?
– Если смотреть широко, компьютером можно назвать все то, что систематически обрабатывает информацию, другими словами, вычисляет. В 30-е годы прошлого века британец Алан Тьюринг дал определение так называемого универсального компьютера, который может смоделировать абсолютно любой вычислительный процесс. Как ни странно, эта абстрактная универсальная машина Тьюринга достаточно просто устроена, многие физические системы потенциально способны вести себя как универсальный компьютер. И одна из таких систем – сама Вселенная. Если хотите, вот простое косвенное доказательство способности Вселенной вычислять: привычные для нас компьютеры являются ее частью, и они вычисляют!
– Но все же Вселенная обрабатывает информацию не совсем так, как мой лэптоп?
– Способность Вселенной производить вычисления основана на том, что каждая элементарная частица, каждый атом описывает некоторое количество бит информации. Об этом догадывались еще в девятнадцатом веке. Физики Максвелл, Больцман и Гиббс пытались понять, как устроена Вселенная на атомарном уровне, и дали определение энтропии, меры беспорядка, случайного движения молекул и атомов. В современных понятиях энтропию можно описать как количество информации. С каждым атомом ассоциируется несколько бит информации, при столкновении двух атомов их значения меняются. Эти столкновения происходят постоянно, а значит, на самом микроскопическом уровне Вселенная постоянно вычисляет. Причем, это вычисление – универсально в смысле Тьюринга.
Когда я говорю, что Вселенная – компьютер, некоторым кажется, что это какая-то метафора, но на самом деле это истина во вполне техническом смысле. Утверждение, что Вселенная – компьютер, это строгое математическое наблюдение о способности Вселенной обрабатывать информацию.
– Выходит, что вот эта ручка, которая тоже состоит из атомов, тоже компьютер?
– Да, хотя в ручке нет транзисторов или каких-то еще электронных компонент, она постоянно вычисляет свою собственную структуру, определяющую ее способность писать. Ручка – тоже компьютер.
– Мы привыкли, что компьютеры способны на сложные вычисления, которые нам для чего-то нужны. А ручка как вычислительное устройство кажется мне довольно бесполезной.
– А мне – полезной, ведь вы можете ей писать. Понимаете, степень полезности вычисления сильно зависит от точки зрения. Польза вообще, перефразируя известное высказывание, находится в глазах наблюдающего. Вот мне, например, совершенно бесполезным кажется Facebook, у меня даже аккаунта нет, а если бы и был, я бы, наверное, его считал даже хуже, чем бесполезным, – у меня бы он отнимал кучу времени.
Если хотите, приведу пример вычисления, которое, наверное, каждому покажется полезным. Оно очень похоже на работу обычной компьютерной программы, только происходит в клетках живых организмов. Молекула ДНК – это программа, которая говорит клетке, как соединять белки, как поддерживать жизнь, как осуществлять обмен веществ, как перерабатывать энергию. Клетка осуществляет вычисление, которое позволяет ей жить и размножаться. Это алгоритм переработки энергии, закодированный в ДНК.
С другой стороны, давайте возьмем какие-нибудь вирусы: в них происходит точно такой же процесс обработки информации, но с точки зрения человека они не просто не полезны, а очень даже вредны. Сами вирусы с вами, конечно, не согласятся.
– Вирусы, клетки, шариковые ручки – компьютеры. Люди, конечно, тоже. Откуда у человека-компьютера берется свобода воли?
– Вопрос о свободе воли глубоко философский, я не готов на него всерьез замахиваться. Но все же из моей концепции, что Вселенная – квантовый компьютер, можно сделать любопытный вывод.
Давайте исходить из того, что свобода воли действительно есть. Вообще говоря, так думают далеко не все. Многие философы убеждены, что любой выбор, который делает человек, механистически предопределен. Ну или хотя бы предопределен с учетом некой случайности, но в любом случае, мы не вольны его делать самостоятельно.
– А вы верите в свободу воли?
– Я-то верю, конечно! Сэмуэль Джонсон, английский писатель, живший в XVIII веке, говорил по этому поводу примерно так: “Вся теория говорит, что свободы воли нет, но весь опыт говорит в ее пользу”.
Наш опыт свободы воли связан в первую очередь с принятием решений. Например, на часах 20:00, я раздумываю, какой кофе мне выпить – обычный или без кофеина? Обычный вроде больше хочется, но не буду ли я потом страдать от бессонницы? В общем, у вас есть “за” и “против”, вы некоторое время колеблетесь и в конечном счете все же приходите к решению: выпить обычный. Ключевое свойство свободы воли заключается в том, что ровно до того момента, как решение принято, вы не представляете себе, каким именно оно будет. Именно это нам дает ощущение свободы выбора. Я и только я сам решаю, какой кофе мне взять, и могу передумать в любой момент.
– А при чем здесь ваша концепция?
– Именно этот аспект свободы выбора можно объяснить при помощи вычислительной модели Вселенной. Не просто объяснить, а строго доказать математическую теорему. Я даже по случаю столетия со дня рождения Тьюринга опубликовал ее в одном философском журнале.
Теорему можно сформулировать так. Пусть вы – тот, кто способен принимать решения, назовем вас “решатель”, как называл себя предыдущий американский президент. Нам придется сделать предположение, что вы достаточно сложно устроены, чтобы уметь сформулировать вопрос: “Какое решение я собираюсь принять?” И вы, и ваш компьютер вполне на это способны. Так вот, теорема гласит, что ответить на этот вопрос невозможно. Вернее, возможно, но поиск верного ответа потребует заведомо больше времени, чем просто подождать и увидеть, какое решение принято. Это, кстати, не исключает возможности, что кто-то другой может предсказать ваше решение. Ваша жена, например, как это часто и бывает. Правда, из теоремы следует, что даже жена с большой вероятностью может ошибиться.
Мы из опыта знаем, что не способны предсказывать собственные решения и решения других людей – примерно это мы и называем свободой воли. А это, на самом деле, математика, теория машин Тьюринга и понятие о вычислимости.
– Откуда же берутся эти наши непредсказуемые решения? Они, в итоге, просто случайны?
˜– Нет, решение обычно вполне рационально. Другое дело, что единственный способ узнать, какой будет сделан выбор, – пройти через весь процесс принятия решения. Пусть каждый его шаг логичен и предопределен, нужно пройти их все.
В книге и в статье, которую я упомянул, я утверждаю, что наш опыт свободы воли, наша неспособность предсказать собственные решения и решения других людей, даже наша неспособность предсказать, что будет делать компьютер или смартфон – что, к сожалению, случается очень часто, на самом деле связано с ограничениями, которые накладывает наука.
Тут вы можете, кстати, задать вопрос: обладает ли свободой воли какой-нибудь айфон. И вот ответ на этот вопрос: в некотором смысле да, айфоны, как и мы, не могут заранее предсказать собственное поведение, это следует из той же теоремы.
– Ну а атомы обладают свободой воли?
– Отдельные – нет, что интересно. Чтобы обладать свободой воли, нужно достигнуть определенного уровня сложности. Условно можно считать, что атомы способны принимать решения в том смысле, что их состояния могут меняться. Но чтобы структура могла задуматься о собственной свободе воли, она должна быть достаточно сложной, чтобы представить модель самой себя. Атом не может создать модель самого себя, он для этого слишком прост.
– Ну, насколько это нам сегодня известно.
– Да-да, правильное уточнение, насколько нам это известно. Ну, я думаю, все же не может. Давайте возьмем что-нибудь побольше атома – например, термостат. Термостат принимает решения вроде “эй, стало прохладно, надо включить подогрев” или “теперь потеплело, можно отключать”. У него есть сенсор температуры, который определяет, больше она установленного предела или меньше, и два положения – включен и выключен. Итого, четыре возможных состояния. Этого мало, у термостата слишком слабые вычислительные способности, чтобы смоделировать себя и задать вопрос “что я собираюсь делать через пять минут?”. Вот и атомы, у которых есть всего несколько состояний, достаточно просты, и в вопросе свободы воли они ближе к термостату, чем к айфону или тем более к человеку. Но, как вы и сказали, мы наверняка не знаем. Может быть, атомы ощущают свободу своей воли, а мы просто про это не знаем.
– Атомы, вероятно, просты, а люди – сложны. Но во Вселенной есть и другие сложные объекты. Есть ли что-то, что особо выделяет нас среди сложных объектов?
– Вычислительная концепция Вселенной дает нам некоторое теоретическое понимание того, что значит сложность. В теории вычислимости есть понятие о вычислительной мощности. Если что-то способно достаточно эффективно имитировать вычислительный процесс чего-то другого, их вычислительные мощности считаются одинаковыми. Если один компьютер может имитировать другой, но не наоборот, – у первого мощность больше. У универсального компьютера, о котором мы говорили, самая большая вычислительная мощность, потому что на нем можно имитировать любые вычисления. Это определяет иерархию способности к обработке информации, и люди стоят в ней довольно высоко.
– Но не на самом верху?
– На самом верху, конечно, сама Вселенная, но мы где-то рядом. Наш язык, наше сознание – мощные вычислительные инструменты. Способности наших компьютеров производить сложнейшие расчеты – это человеческий дар, его источник – язык, определяющий способность систематически производить логические операции. То, что делает универсальный компьютер универсальным, это на самом деле качество человеческого языка.
Отдельный человек может быть умнее или глупее, что-то уметь, а что-то – нет, но если взять наш биологический вид как целое, обрабатывающее информацию во взаимодействии людей, получается огромная вычислительная мощность.
Вычислительно мы очень сложны – уж не знаю, хорошо это или плохо. Свою сложность мы используем для потребления ресурсов мира, попутно отравляя его. Другие живущие на Земле виды должны видеть в нас что-то вроде зловредного вируса.
– Какие у вашей теории большие научные следствия?
– Моя модель Вселенной физически и математически состоятельна, и мы можем использовать ее для построения теорий, для предсказания явлений, которые потом можно сравнить с экспериментальными данными. В целом, сложно сказать, насколько она может оказаться полезной. Но есть одна очень важная вещь, которую она объясняет уже сейчас. Теория вычислимости объясняет, почему Вселенная сложна, откуда в ней столько сложных структур и разнообразия.
Вообще говоря, с точки зрения физики эта сложность довольно неожиданна. Законы физики просты, их все можно напечатать на футболке, влезут на грудь. Потом настанет один прекрасный день и мы сможем еще и законы квантовой гравитации напечатать на спине. Из наблюдений мы знаем, что начальное состояние Вселенной, которое предшествовало Большому взрыву, было очень простым и упорядоченным. То есть все началось с очень простого состояния, в котором было очень мало бит и которое потом развивалось по очень простым законам, которые тоже могут быть записаны в виде небольшого количества бит. Откуда же взялись все эти сложные вещи во Вселенной?
Этот вопрос, конечно, люди задавали себе очень давно, с момента своего возникновения. В некотором смысле открытие простых законов физики сделало его еще более сложным. Раньше был простой ответ: все это создал Бог. Но теперь у нас есть четкая физическая картина, прекрасно соотносящаяся с наблюдениями, и мы довольно точно знаем, что было в самом начале существования наблюдаемой Вселенной. С этой научной точки зрения ее нынешняя сложность – настоящая мистика.
– Каково же ваше объяснение?
– Решение загадки в том, что Вселенная вычисляет. Автор главной математической идеи, стоящей за этим, – знаменитый советский математик Андрей Колмогоров. Он обратил внимание, что короткая и случайная на вид компьютерная программа может создавать очень сложные структуры. Более того, Колмогоров показал, что самая короткая программа, создающая сложную структуру, обязательно будет выглядеть случайным набором бит. Если бы это было не так, то нашлась бы программа еще короче.
С точки зрения математики, сложные структуры возникают как результат коротких случайных программ. Эти программы – как зернышки, из которых вырастают большие и сложные вещи.
– И так же – из зернышек – растут сложные структуры во Вселенной?
– Да, на протяжении всей своей истории Вселенная вычисляла, при этом постоянно осеменяясь новыми зернышками. Эти зернышки – случайные короткие программы – возникают из квантовых флуктуаций. Из них растут и будут расти структуры любой сложности. Если взять любую сложную информацию, которая есть у нас сейчас, – от структуры вашей или моей ДНК и строения галактик до вопроса, будет или нет дождь завтра, – все их можно проследить назад во времени до исходного зернышка, вызванного квантовой флуктуацией.
Зернышки квантовых флуктуаций непрерывно дают всходы в нашей вычисляющей Вселенной, и из них произрастают разные структуры, причем вероятность возникновения сложных структур достаточно высока. В такой Вселенной мы можем рассчитывать найти не просто сложные структуры, в ней с большой вероятностью появятся все структуры, которые можно вычислить.
– То есть сложность Вселенной вы можете доказать математически – так же, как и наличие свободы воли?
– Да, это следует из колмогоровской теории сложности. Причем теория предсказывает как раз тот тип вложенной сложности, который мы и наблюдаем в реальности.
Взять хотя бы законы химии. Конечное число химических элементов могут комбинироваться между собой по определенным правилам, основанным на квантовой механике. Химическая реакция, по сути, – это процесс обработки информации: соединения кодируются набором бит, потом они превращаются в другие соединения, с другим набором бит. Перед нами вычислительный процесс, и на каком-то этапе из него получается жизнь. Мы пока точно не знаем, как именно это произошло, но сам факт возникновения жизни нас удивлять не должен. Какая-то определенная цепочка реакций должна была привести к возникновению еще более сложной структуры, способной на самовоспроизведение. Потом появляются многоклеточные организмы, потом – нейроны, мозг, потом – язык и общество. Видите, это вложенная система, цепочка вычислительных процессов, которая все росла и росла, – и это ровно то, чего мы должны были ожидать, исходя из коломогоровской теории в приложении к нашей Вселенной.
– Это действительно можно представить в виде строгой теоремы?
– Да, я ужасно не люблю рассказывать об этом на популярных лекциях, потому что мне приходится говорить что-то вроде “вам придется принять это на веру”. Я дал только набросок математики, которая за всем этим стоит: приложение колмогоровской теории сложности ко всей Вселенной и тот факт, что вычисления во Вселенной постоянно подкармливаются случайными квантовыми флуктуациями, приводит к тому, что в такой Вселенной неизбежно должны быть структуры произвольной сложности. Посмотрите вокруг: как сложен наш мир! А значит, теоретическое предсказание подтверждается опытом, и этот опыт – сама Вселенная.
– За теоретическое предсказание, подтверждаемое экспериментальным наблюдением, вы можете претендовать на Нобелевскую премию.
– Нет-нет, я совершенно не рассчитываю на Нобелевскую премию (смеется). Знаете, я писал диссертацию на факультете гидрологии и после защиты занимался гидрологической физикой в Калифорнийском технологическом университете. Потом бросил гидрологию ради квантовой информации, и одна из причин была в том, что я решил: ну уж в этой области никто точно не получит Нобелевскую премию, а значит, мне не придется иметь дело с придурками, которых только она и заботит. Знаете, у меня есть такое социологическое наблюдение: в областях, где вот-вот кто-то должен получить Нобеля, все начинают себя вести как полные придурки. Но вот неожиданно это произошло в моей области – в этом году Вайнленд и Арош получили Нобелевскую премию за исследования, очень близко связанные с квантовой информацией. Впрочем, Вайнленд – один из приятнейших людей на земле, так что все в порядке, мне не придется менять область занятий.
– Ну, славы вы уже добились, во всяком случае.
– Одна из причин, по которой я готов ужинать каждый день не раньше половины одиннадцатого и давать лекции для тысяч людей, как это было здесь в Москве, состоит в том, что то, что я рассказываю – откуда взялась сложность во Вселенной, – это важная вещь, о которой людям стоит узнать. Может быть, даже РПЦ стоило бы узнать об этом! Хотя лучше бы они это сделали не раньше, чем я уеду из России, а то это может стать для них проблемой похуже Пусси Райот!
– В своей книге вы пишете о несколько нестандартной интерпретации квантовой механики – способе объяснить, как воспринимать странное поведение микроскопических объектов, которые, например, могут быть одновременно в нескольких местах.
– Есть две самые популярные среди ученых интерпретации квантовой механики – они называются копенгагенская интерпретация и многомировая интерпретация, и с каждой из них есть проблемы.
С философской точки зрения и копенгагенская, и многомировая интерпретации используют довольно наивное представление о реальности. Копенгагенская говорит, что реальны только макроскопические объекты, а квантовый мир в некотором смысле является воображаемым. А многомировая интерпретация говорит, что существует множество миров, которые одинаково реальны. Конечно, обе эти точки зрения имеют право на существование, но и в той, и в другой проблемы с самим понятием реальности.
Меня вчера мог задавить "Роллс-ройс" (к чему я, кстати, был в Москве близок раз пять за последние четыре дня – здесь, похоже, чем машина дешевле, тем люди вежливее). Но мы с вами сидим и беседуем – это реальность. Для большинства людей понятие реальности определяется опытом. Я сам принадлежу к кембриджской философской школе, в которой традиционно силен эмпиризм, и я считаю, что если вы хотите построить картину мира, которая содержала бы нашу эмпирическую реальность, то придется считать, что наш мир, выражаясь языком квантовой механики, наша ветвь волновой функции реальна, реальна в эмпирическом смысле. А другие ветви волновой функции эмпирически нереальны. Это можно назвать слабым дуализмом: наша ветвь волновой функции реальна эмпирически, а другие ветви волновой функции реальны в смысле волновой функции, но не в эмпирическом. Эта идея, которую можно было бы назвать многоисторической интерпретацией, не очень сильно отличается от многомировой интерпретации, она несколько более запутанна, но по-моему, философски более убедительна. Хотя разница здесь именно в философии, и я считаю ее очень существенной.
– Необычно, что вы, физик, так серьезно относитесь к философии.
– Я ведь получил первую университетскую степень по философии в Кембридже. Физическое образование у меня, конечно, тоже есть – я получил магистерскую степень по математике и защитил диссертацию по физике, но и философией я серьезно занимался, это была философия науки. Поверьте, это мое образование было самым ценным из всех.
Я не стал делать академическую карьеру в философии, потому что это наука кажется мне слишком сложной. Но я знаю в ней достаточно, чтобы признать: у философов есть хорошие ответы на вопросы такого рода, есть хороший инструментарий для обращения с ними. А физики часто попадают в ловушку: когда им приходится размышлять над философскими проблемами, они думают “я умный человек, я с этим разберусь сам, мне совсем не обязательно читать, что там понаписали по этому поводу философы”. В итоге физики предлагают стандартную и довольно наивную философскую картину, и если бы они не поленились в нее немного углубиться, им самим стало бы очевидно, что в ней полно внутренних противоречий. Противоречий, которые были понятны философам сотни лет назад, а физики просто не в курсе.
– То есть над такими вопросами, как интерпретация квантовой механики, физики и философы должны работать вместе?
– Им следовало бы, но я не верю, что философы и физики когда-нибудь станут работать вместе. Понимаете, многие физики, когда начинают говорить о философии... О чем бы ты ни говорил, неплохо бы было изучить литературу, постараться выяснить, что люди думали по этому поводу до тебя. Когда вы пишете статью, ваша научная и этическая ответственность – изучить, что было сделано на эту тему другими исследователями, сделать соответствующие отсылки. Да это не только этика, это просто полезно! Если вы придумали идею, не исключено, что кто-то до вас думал о том же и это поможет вам понять ситуацию глубже. Люди так устроены, что совместно способны добиться большего, чем индивидуально, особенно это относится к ученым, а те, кто не интересуется, что было сделано в их области до них, – просто идиоты (смеется).
– Чем для вычисляющей Вселенной являются законы физики? Это же не программа?
– Смотрите, в обычном компьютере различие между “железом” и программным обеспечением очевидно. “Железо” – это транзисторы, процессоры и тому подобное, а программное обеспечение и хранящиеся в памяти данные – это биты, которые меняют свое значение по определенным правилам. Но с точки зрения физики, различие между оборудованием и данными не так очевидно: информация – это всегда информация. И даже если взять мой обычный компьютер, некоторое программное обеспечение было установлено в нем с самого начала, и эта информация, записанная в битах, никогда не меняется – например, это BIOS компьютера. И хотя эти данные фактически являются программным обеспечением, по сути их можно отнести к оборудованию.
– То есть законы физики – это BIOS или что-то вроде операционной системы Вселенной?
– Я вижу это так: законы квантовой механики, законы гравитации и так далее – это “железо”, оборудование, на котором ведет вычисления видимая Вселенная. А квантовые флуктуации, которые определяют эволюцию окружающего мира, – это программное обеспечение, алгоритмы.
Хотя, кто знает, действительные законы объемлющей, глобальной Вселенной могут быть более общими. Если вы улетите куда-то очень далеко в космос, возможно, вы найдете место, где выполняются совершенно другие законы физики. А те законы природы, которые нам известны, – это следствие какой-то случайной квантовой флуктуации, произошедшей на заре существования Вселенной. И в других частях Вселенной законы другие. Между прочим, примерно то же предполагает теория струн: возможны различные законы квантовой механики, у нас они именно те, которые есть, можно сказать, по чистой случайности. И если все устроено действительно так, а эта картина с точки зрения физики вполне состоятельна, то просто когда-то, когда Вселенная только что родилась, произошло квантовое событие, которое изменило несколько тысяч бит – и так появились известные нам законы физики.
– А разве для того, чтобы произошло квантовое событие, не должны выполняться какие-то законы?
– Нет, законы физики это как бы то, что выбирает определенный исход квантового события. Но, может быть, квантовое событие произошло сразу же со всеми возможными исходами, которые возникли в глобальной Вселенной параллельно. В физике это называется нарушением симметрии: в целом система симметрична, в ней происходят сразу все варианты развития событий, но в каждой из частей системы исход только один. И если вы живете внутри той или другой части, вам кажется, что события не симметричны, хотя общая волновая функция на самом деле симметрична. Изнутри вам может казаться, что в систему была вброшена какая-то информация, определяющая ход истории, но в целом общий набор историй остается совершенно полным и симметричным. Поэтому квантовое событие, которое, возможно, определило наши законы физики, не было физическим событием – это просто было разделение мира на несколько частей, в одной из которых мы оказались.
– Ваша книга написана на редкость доступным языком. Кажется, самая длинная формула, которая встречается в тексте, – это E=mc2?
– Стивен Хокинг как-то сказал мне, что, по словам его издателя, каждая формула в книге сокращает количество потенциальных читателей то ли в два раза, то ли в десять – сейчас уже не помню. Хотя E=mc2 можно считать исключением из этого правила.
– У вас есть ощущение, что, несмотря на все ваши усилия, какие-то места в книге все же написаны не очень понятно?
– Конечно. Есть одно неизбежное обстоятельство, которое привело к тому, что книга не совсем ясно написана. Если бы я мог хотя бы в общих чертах написать о теории сложности Колмогорова или дать хотя бы краткое определение универсального компьютера, многие утверждения, которые я делаю в книге, можно было бы сформулировать точнее.
– И о теории вероятностей у вас в книге почти не слова, хотя это основа и квантовой механики, и теории информации.
– Я пишу о вероятности, но в ее количественном понимании. Это вполне сознательно: судя по моему опыту преподавания, для большинства людей теория вероятностей очень неинтуитивна и поэтому плохо понятна.
– Как и квантовая механика.
– Да, есть люди (к ним, кстати, относился и Эйнштейн), которые в принципе не принимают, что Вселенная основана на вероятностных законах. Поэтому Эйнштейн не верил в квантовую механику.
– “Бог не играет в кости”, как он говорил.
– Да, но, насколько мы сейчас знаем, здесь Эйнштейн был не прав. Я имею в виду, если бы Бог был, конечно.
Фейнман в одной из книг писал что-то вроде: “Мне жаль говорить об этом, но если вы хотите получить о природе хоть немного неповерхностное знание, вам придется выучить кое-какую математику”. Я с этим согласен. Самые важные части моей книги – о том, что такое вычисление, о том, откуда во Вселенной берется сложность, – были бы намного лучше, если бы я использовал больше формул.
– Расскажите про Quogle, проект квантовой поисковой машины, который вы упоминаете в книге.
– Это смешная история. Как раз, когда я писал книгу, я встретился с Сергеем Брином и Ларри Пэйджем на мероприятии под названием “банкет миллиардеров”. Его организовывал мой литературный агент совместно с конференциями TED. Идея была в том, чтобы собрать вместе за ужином миллиардеров и ученых и посмотреть, что из этого выйдет. Так вот, выяснилось, что Брин и Пэйдж очень интересуются квантовыми вычислениями, и после долгого разговора мы решили, что я со своими учениками-постдоками попробую поработать над тем, что мы назвали квантовым интернет-поиском. Мы не представляли себе, как это может выглядеть, – просто предположили, что у нас есть куча соединенных между собой квантовых компьютеров, способных обмениваться квантовой информацией. Как бы мог выглядеть квантовый поиск в такой сети?
Первое, что мы сделали, – решили попробовать создать квантовый алгоритм пэйдж-ранкинга, аналог алгоритма, который используют обычные поисковые машины. Но ничего интересного не получилось. Тогда мы придумали специальный квантовый протокол: если у вас есть квантовый интернет, гигантская база данных, и вы хотите сделать поисковый запрос, как делаете это с обычным Гуглом, то все можно устроить так, что Quogle выдаст ответ, но при этом абсолютно точно не будет знать ваш запрос. То есть достигается абсолютная гарантия вашей приватности. Это кажется невероятным, для классического компьютера это действительно невозможно, но в случае квантового работает: мы поняли, что Quogle может высылать вам не только ответ, но и возвращать исходный запрос, причем так, что он нигде системой не фиксируется. В квантовой механике есть теорема о запрете клонирования, которая гласит, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния. Когда Quogle отправляет вам назад ваш запрос, вы можете быть уверены, что он не мог его себе скопировать. Вообще-то это простой протокол, сложным был вопрос, насколько это осуществимо в реальности, и мы выяснили, что это действительно возможно.
Мы занимались этим несколько лет и даже оформили ряд патентов. Потом мы снова встретились с Пейджем и Брином на небольшой конференции, где я был уже единственным ученым среди миллиардеров, более-менее выполняя роль аниматора. В самом конце, где-то часа в два ночи, я поймал Пейджа с Брином и сказал: “У нас есть крутая идея, которая поможет вам решить проблемы с обвинениями в том, что вы шпионите за людьми! Почему бы вам не дать мне 10 миллионов долларов, мы сделаем для вас технологию, которая обеспечит полную приватность пользователей!”
Они сказали: “О, это очень интересно. Нужно подумать”. На следующий день я говорил с их менеджером, и он сказал: “Мне жаль, но наш бизнес построен на том, чтобы знать все и обо всех”. Ну и действительно, эта технология была бы для Гугла угрозой. Я сказал: “Ну так все еще проще, дайте мне 10 миллионов и я просто не буду ничего делать – все будут счастливы, суды, вы и особенно я!” Но они на это не купились (смеется).
– В вашей книге меня очень тронул пассаж, где вы описываете трагедию, произошедшую с вашим другом и учителем Хайнцом Пэйджелсом во время совместной прогулки в горах. Вы продолжаете заниматься альпинизмом?
– Да, я бываю в горах постоянно. Первое время после того события мне было страшновато, но потом прошло. Теперь, когда я хожу в горы с друзьями, я уделяю особое внимание тому, чтобы они во всяком случае вернулись домой живыми.
– А вы говорите своим друзьям, как сказал вам Хайнц на вершине горы за два дня до своей гибели: “Я дарю тебе все богатство и всех красивых женщин мира”?
– Нет, этой ошибки я не делаю. Пусть сами понимают, что им принадлежит весь мир, а я лучше сосредоточусь на вопросах безопасности.
Источник www.svoboda.org
Комментариев нет:
Отправить комментарий