CC BY
22
.0 I T
ro
I
1НФАРМАЦЫЯ, КВАНТЫ I Ф1З1ЧНАЯ РЭАЛЬНАСЦЬ анталапчныя небакра^ навукова-тэхналапчнага поступу
Сяргей Санько,
старшы навуковы супрацоушк Цэнтра гiсторыка-фiласофскiх i кампаратыуных даследаванняу 1нстытута фiласофii НАН Беларуси кандыдат фiлaсофскiх навук
Пасля шянернай працы К. Шэнана [1, 2] шфарма-цыя паступова пачала асэнсоувацца не толькi як тое, што мае дачыненне да суб'ектыунасщ (навшы, факты, веды, iдэi), але i як аб'ектыуная характа-рыстыка самой рэчакнасщ, уласцiвая yciM без вынятку яе структурным узроуням. Матэматык Р. Ракер выказау гэта наступным чынам: «Для людзей эпохi постмадэрну рэальнасць - гэта шфармацыйная структура, структура у прасторы фактау» [3].
Сярод вялжай разнастайнасцi теарэтыка-шфар-мацыйных падыходау вылучаецца «дыджыталiзм» (ад англ. digit - <^чба, лж»), паводле якога ва усiм бачацца структуры у лiчбавай кадыроуцы. Тон задаюць дзве вядучыя дысцыплiны сучаснага прыродазнауства -бiялогiя i фiзiка. Першая нават хутчэй i ахвотней, чым другая, якая яшчэ застаецца вельмi прывязанай да сваiх падставовых паняццяу - матэрьп i энергii.
1дэя, што жыццё - iнфармацыйны працэс, мацава-лася i развiвалася разам з поступам у вывучэнш гене-тычных механiзмау. Расшыфравана вялiкая колькасць геномау розных жывых iстот, у тым лiку i чалавека. 1дзе стварэнне свайго роду сховшча генетычных зве-стак, якое патрабуе задзейнiчання вялiзных выичальна-iнфармацыйных магутнасцяу. Новы iмпульс шфар-мацыйная парадыгма у бiялогii набыла пасля таго, як у 1994 г. Эйдлмэн паказау, што малекулы ДНК могуць быць выкарыстаны для рашэння так званых NP-поуных задач за палiнамiяльны час, тады як для рашэння такiх жа задач на звычайным камп'ютары патрабу-ецца непараунальна большы час [4]. Гэтай падзеяй дату-ецца нараджэнне такой галшы даследаванняу, як ДНК-камп'ютынг (малекулярны i бiякамп,ютынг). У друку гэта адкрыццё было ахарактарызавана не iнакш, як пер-шым прыкладам сапрауднай нанатэхналогii. А галоуная iдэя, якая узрушала даследчыка, палягала у тым, што тое,
Одна машина может сделать
работу пяти обычных людей; ни одна машина
не сделает работу одного незаурядного человека.
Элберт Грин Хаббард
Диджитализация научных исследований
як малекулы ДНК дзейтчаюць у прыродзе, з'яуляецца адной з рэалiзацый машыны Цюрынга, а значыць, яны могуць выкарыстоувацца i для выичэнняу.
Iдэi Эйдлмэна быи падхоплены i развiты па мно-rix напрамках iншымi навукоуцамь Так, Рычард Лiптан з калегамi з Прынстанскага ушверсггэта даказау, што камп'ютар, пабудаваны на аснове малекул ДНК, можа быць выкарыстаны для узлому сiстэм шыфравання, рас-паусюджаных як ва урадавых установах, так i у пры-ватных карпарацыях, напрыклад так званай Des (Data Encryption Standard System), якая мае 256 розных спосабау кадавання шфармацьп. Для адначасовай праверю гэтых ключоу звычайным суперкамп'ютарам спатрэбяцца дзе-сящгоддзь А вось усяго 3 грамы малекул ДНК у растворы могуць цалкам справщца з гэтай задачай за 4 месяцы [5].
Мяркуюць, што на найглыбейшым узроут наш свет утвораны з iнфармацыi [3]. Гэта, безумоуна, вельмi моцны тэзк, бо менавiта памiж фiзiчным i бiялагiчным узроунямi iснуе вiдавочны эвалюцыйны разрыу. У сувязi з гэтым фармулюецца адна з галоуных праблем сучаснай навую: «якiм чынам складаныя сiстэмы, такiя як жывыя стварэнш, могуць паустаць з фундаментальна простых фiзiчных законау» [6].
У сваiм вызначэннi iнфармацыi Шэнан адмыс-лова падкрэсивае, што не трэба браць пад увагу ш сэн-савы змест паведамлення, нi спецыфiчны характар тых фiзiчных сiстэм, якiя могуць выступаць субстан-цыйнымi носьбiтамi звестак. Фiзiкамi было усвядом-лена, што у рэальнасцi любы элементарны шфарма-цыйны, а значыць, i вылiчальны працэс - гэта працэс фiзiчны, не iстотна: адбываецца ён у нейронавых структурах мозгу, щ у сiлiконавых структурах вылiчальных машын. Як паказау у 1961 г. Р. Ландауэр, аперыцыi, якiя выконвае камп'ютар, неабарачальныя, а таму рассеянне энерги павiнна мець непазбежны мшмум (прынцып Ландауэра). Яму ж належыць афарызм, якi стау найбольш цытуемым у сучасных публiкацыях: «1нфармацыя фiзiч-ная» [7]. Па-першае, таму, што рэпстрацыя, апрацоука, захоуванне i перадача звестак здзяйсняюцца толькi з дапамогай рэальных фiзiчных сiстэм i кадуюцца iх дапушчальнымi станамi (напрыклад, «ёсць ток» - «няма току», «спш угару» - «спiн долу»). А, па-другое, таму, што любы фiзiчны працэс у прынцыпе можа разгля-дацца у якасцi iнфармацыйнага. Як выразiу гэта С. Лойд: «Проста самiм фактам свайго iснавання усе фiзiчныя сiстэмы рэгiструюць iнфармацыю. I дзеля таго, што яны дынамiчна эвалюцыянуюць у часе, яны пераутвараюць i апрацоуваюць iнфармацыю» [8]. Прауда, як адзначыу Дж. Баб: «З напiсанага Ландауэрам няма падстау мер-каваць, што фразу «iнфармацыя фiзiчная» варта разу-мець як сцвярджэнне, што шфармацыя першасная i што «рэчыва» у пэуным сэнсе выводзщца з iнфармацыi, хоць лозунг Ландауэра цытавауся для падтрымкi такога сцвярджэння» [9].
Тэндэнцыю да шфарматызацып фiзiкi у rpaHÍ4Ha афарыстычнай форме выказау Дж. А. Уiлер: «It from Bit» («Усё з бiта»). Ён тлумачыу: «... усякае «гэта» - уся-кая часцша, усякае сшавое поле, нават сам прасторава-часавы кантынуум набывае свае функцыi, сваё значэнне, само сваё кнаванне - нават калi у пэуных кантэкстах ненаупрост - цалкам са здабытых з дапамогай прыбо-рау адказау на пытаннi, яюя дапускаюць толькi адказы «так» або «не», бшарныя выбары, 6ÏTN» [10]. Д. Дойч (адзш са стваральнжау тэорыi квантавых вылiчэнняу, аутар нашумелага навуковага бестселера «Тканiна рэаль-насщ») зрабiу карэкцыю iдэi Дж. А. Ушера на той пад-ставе, што шхто не ведае, як вывесщ «усё» (it, або харак-тарыстыкi свету фiзiчных працэсау) з «бгга» (з бiнарных выбарау). Затое, на яго думку, гэта можна зрабщь, калi замест класiчнага «бгга» за аснову прыняць «кубiт» або квантавы бiт [11], упершыню так названы Б. Шумахерам. Прынцыповае адрозненне кубгга ад класiчнага бiта паля-гае у тым, што першы -ужо не нейкая абстракцыя або Булева пераменная, а прасцейшая фiзiчная сiстэма, чые нетрывiяльныя назiраныя (observables) з'яуляюцца Булевымi, гэта значыць могуць прымаць два адрозныя значэннi. Менавгга фiзiчнасць кубiта вядзе да таго, што больш рэалiстычнай выглядае шшая формула, якую Д. Дойч выражае так: «It from Qubit» («Усё з кубп-а»), якой гiстарычна папярэдшчала i карэкцiроука афары-зму Р. Ландауэра, зробленая Д. П. ДыВшчэнца i Д. Лосам: «Квантавая шфармацыя фiзiчная» [12].
У гэтым пункце пазначыуся сур'ёзны адыход ад разу-мення iнфармацыi у тэорыi К. Шэнана, у якой вызначэнне паняцця не павшна быць залежным ад характару тых фiзiчных сiстэм, яюя могуць выступаць субстанцыйнымi носьбiтамi шфармацьп. Менавп-а тая акалiчнасць, што кубп- - фiзiчная сiстэма, стварае спакусу перафармуля-ваць усю фiзiку у тэрмiнах тэорыi квантавай iнфармацыi i выичэнняу.
С. Лойд вылiчыу поуную iнфармацыйную ёмiстасць i колькасць элементарных лапчных аперацый, якiя маглi быць выкананы у Сусвеце з моманту пачатку яго пашы-рэння пасля «Вялжага выбуху» i нават з улжам iнфля-цыйнай стадыi. Аказалася, што адпаведныя гранiцы залежаць толью ад фундаментальных канстант, шчыль-насщ рэчыва i узросту Сусвету. З улжам супольнага унёску часцiн матэрып i гравiтацыйнага поля гэта дало велiчыню парадку 10120 бiт.
Нельга не звярнуць увагу, што на зломе двух тыся-чагодзяу чалавецтва не толью сур'ёзна арупiлася пра-блемай, спароджанай выключна камп'ютарнай рэва-люцыяй, але i перажыло своеасаблiвы светапоглядны зрух, якi адбiуся не толью у працах многiх матэматы-кау, фiзiкау i фiлосафау, але i у масавай свядомасцi. Пярэдадзень i самы пачатак III тысячагоддзя быу адзна-чаны знакавай падзеяй: 31.03.1999 г. у ЗША адбыуся прэм'ерны паказ фiльма «Матрыца». Фшосафы нiбы
ТЕМА НОМЕРА
к
чакалi гэтай нагоды, каб распачаць шырокамаштабную дыскусш па цэлым спектры узнятых у фшьме праблем, галоуная сярод яюх - рэальнасць. Сам па сабе фшьм -складаная постмадэрнiсцкая метафара тых выклiкау, якiя ставiць перад чалавецтвам яго уласнае тэхнала-пчнае развiццё. Змадэляваная аутарамi фантастыч-ная сггуацыя прымусiла фiлосафау арупiцца новымi пытаннямi, напрыклад: цi магчымы штучны iнтэлект? цi могуць машыны заняволщь чалавецтва цi наогул знiшчыць яго?
Масла у агонь дыскусш падлiу прафесар Оксфардскага ушверсггэта Н. Бостром артыкулам з пра-вакацыйнай назвай «Щ не жывем мы у камп'ютарнай сiмуляцыi» [13]. Яго аргумент палягае у тым, што тэх-налагiчна сталая паслячалавечая цывiлiзацыя авало-дае велiчэзнай вылiчальнай магутнасцю, якая дазволщь стварыць амаль дасканалую камп'ютарную сiмуляцыю рэальнасцi.
У 2002 г., калi С. Лойд прапанавау сваю мадэль Сусвету як грашчнага квантавага камп'ютара, на што-гадовай выставе «Comdex Fall - 2002» вядомы бры-танскi фiзiк, матэматык, праграмкт i прадпрымаль-нiк С. Вольфрам анансiравау сваю кнiгу «Новы кшталт навую», у якой паспрабавау адказаць на адвечнае пытанне «што з'яуляецца сапраудным першаэлементам i пачаткам Сусвету?» Адказ: «У свеце няма тчога, акрамя каротюх выканальных праграм або алгарытмiчных прымiтывау».
Гiсторыкi адзначаюць, што упершыню метафару камп'ютара памерам з цэлы Сусвет выказау у 1956 г. А. Азiмау у апавяданш «Апошняе пытанне». У iм ство-раны чалавекам разумны камп'ютар стварау камп'ютар наступнага пакалення да таго часу, пакуль розум чала-века не злiуся з розумам машыны, якая вычарпала усё рэчыва i энергш Сусвету. Пасля гэтага апошняя машына пачала вылiчваць, як павярнуць энтрапш i стварыць новы Сусвет.
1дэя падалася щкавай многiм, але нямногiя паставiлiся да яе з усёй сур'ёзнасцю. Першым быу нямецкi вучоны К. Цузэ, яю прыдумау лiчбавую прагра-маваную машыну на дзесяць гадоу раней за фон Нэймана i яго калег. У 1967 г. ён выказау вдэю пра тое, што Сусвет дзейтчае падобна да клеткавага аутамата, хаця пачау разважаць аб гэтым яшчэ у 1940-я гг. У 1960-я Э. Фрэдюн таксама прыйшоу да высновы, што Сусвет ёсць велiчэзны клеткавы аутамат, а усё, што мы адчуваем i успрымаем,-гэта толью iнфармацыя.
У такiм разе, зауважае К. Келi, «у свеце, утвора-ным з бiтау, фiзiка - гэта у дакладнасцi тое самае, што i сiмуляцыя фiзiкi. Няма адрознення па сутнасщ, толькi у ступеш дакладнасцi. У фiльме «Матрыца» сiмуляцыя настолькi добрая, што немагчыма адрознiць, цi знаход-зiцца нехта у ёй. У Сусвеце, яю апрацоувае бiты, усё ёсць сiмуляцыя» [14].
Аднак далёка не усе падзяляюць погляды дыджы-талiстау. Як слушна адзначыу Д. Лiндлi у рэцэнзii на кшгу С. Лойда: «У Х1Х ст., на пiку iндустрыяльнай эпох^ звычайнай справай было разглядаць свет як пганцкую машыну. Цяпер, у шфармацыйную эпоху, Сусвет вща-вочна зрабiуся гiганцкiм камп'ютарам» [15].
Падобным чынам ахарактарызавау дыджыталiзм С. Вольфрама Нобелеусю лаурэат С. Вайнберг: «Следам за вдэяй Э. Фрэдкiна ён высноувае, што сам Сусвет -гэта хутчэй аутамат, падобны да пганцкага камп'ютара. Гэта магчыма, але я не бачу шяюх шшых матывау для такiх спекуляцый, апроч таго, што гэта акурат той кшталт сктэм, яюя Вольфрам i iншыя пачалi выкары-стоуваць пры iх працы на камп'ютарах. Так, магчыма, цясляр, гледзячы на Месяц, уяуляе, што той зроблены з драуншы» [16].
1начай кажучы, дыджыталкты робяць тую самую працэдуру, што i прапаненты усiх iншых «-i3may»: пера-носяць заканамернасцi, характэрныя для шырокага класа з'яу, на усе з'явы - ператвараюць рэгiянальную антало-гiю у анталогiю par excellence. С. Вайнберг прыводзщь узоры такой транспазщып на прыкладзе «свабодна-пла-ваючых тэорый» («free-floating theories»), як ён iх назы-вае: тэорыi хаосу, парушанай сiметрыi i тэрмадынамiкi. На яго думку, «хаця гэтыя свабодна-плаваючыя тэо-рыi цiкавыя i важныя, яны не з'яуляюцца сапрауды фундаментальными [16].
Iмклiвае тэхналагiчнае развiццё цыгагазацып i пра-грэс навукi не толью не здымаюць, але па-новаму абва-страюць старыя фiласофскiя пытанш i аб прыродзе рэальнасцi, i аб гiстарычным лёсе чалавецтва. СИ
Работа выканана у рамках гранта Г16Р-043 Беларускага рэспублiканскага фонда фундаментальных даследаванняу.
l5 See: http://innosfera.by/2017/01/scientific-technological_progress Л1таратура
1. Shannon C.E.A Mathematical Theory of Information // Bell System Technical Journal. 1948. Vol. 27, N3. P. 379-423.
2. Shannon C. E. A Mathematical Theory of Information // Bell System Technical Journal. 1948. Vol. 27, N4. P. 623-656.
3. Rucker R. Mind Tools: The Five Levels of Mathematical Reality.- Boston, 1987.
4. Adleman L. M. Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems // Science. 1994. Vol. 266, N5187. P. 1021-1024.
5. Lipton R. J. Breaking DES Using a Molecular Computer // DNA Based Computers. Proceedings of a DIMACS Workshop.-Princeton, 1996. P. 37-65.
6. Lloyd S. Programming the Universe: A Quantum Computer Scientist Takes on the Cosmos.- New York, 2006.
7. Landauer R. Information is Physical // Physics Today. 1991. Vol. 44, N5. P. 23-29.
8. Lloyd S. Computational capacity of the Universe / https://arxiv.org/abs/quant-ph/0110141.
9. Bub J. Bananaworld: Quantum Mechanics for Primates.- Oxford, 2016.
10. Wheeler J. A. Information, Physics, Quantum: The Search for Links // Proceedings of the 3rd International Symposium Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology.- Tokyo, 1989. P. 354-368.
11. Deutsch D. It from Qubit // Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosmology, and Complexity.- Cambridge, 2004. P. 90-102.
12. DiVincenzo D. P. Quantum Information is Physical // Superlattices and Microstructures. 1998. Vol. 23, N3/4. P. 419-432.
13. Bostrom N. Are We Living in a Computer Simulation? // The Philosophical Quarterly. 2003. Vol. 53, N211. P. 243-255.
14. Kelly K. God Is the Machine // Wired Magazine. 2002. N10.
15. Lindley D. The Cosmic Computer // Wilson Quarterly. 2006. Vol. 30, N2. P. 116-117.
16. Weinberg S. Is the Universe a Computer? // The New York Review of Books. 2002.
