Наша математическая вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности - Макс Тегмарк

Как найти ССС в математической структуре? Краткий ответ, очевидно, таков: этого мы еще не знаем. Наука попросту недостаточно развита для этого. Мы даже не можем ответить на все вопросы о таком частном аспекте, с которым мы отлично знакомы, – о нашем пространстве-времени. Во-первых, мы не знаем, в какой математической структуре мы живем, поскольку пока нет самосогласованной модели квантовой гравитации. Во-вторых, даже если бы мы знали свою математическую структуру, мы не знали бы, что делать, чтобы найти в ней ССС.

Представьте, что дружелюбный инопланетный пришелец подарил вам «детектор ССС»: похожее на металлоискатель мобильное устройство, издающее громкий сигнал всякий раз, когда обнаруживает ССС. Вы повозились с ним и обнаружили, что он чуть слышно попискивает, если направить его на аквариумную рыбку, звучит громче, если направить его на кота, и похож на пронзительную сирену, когда нацелен на вас, но при этом он молчит, будучи направлен на огурец, на автомобиль или на труп. Как работал бы такой детектор?

Хотя минималистичное руководство пользователя, приложенное к детектору ССС, постоянно ссылается на «патентованный алгоритм», я предполагаю, что часть его работы состоит в измерении сложности и информационного содержания объекта, на который его направляют. Сложность какого-либо объекта обычно определяется как наименьшее число битов, которое требуется для полного его описания (бит – это либо 0, либо 1). Например, бриллиант, который можно описать как 1024 атомов углерода, организованных в форме строго регулярной кристаллической решетки, обладает очень низкой сложностью по сравнению с жестким диском, на котором записан терабайт случайных чисел, так как последний нельзя описать менее чем терабайтом (около 8 × 1012 битов) информации. И все же ваш жесткий диск гораздо менее сложен, чем мозг, для описания лишь состояния синапсов которого требуется более 100 квадриллионов (1017) битов информации.

Тем не менее жесткий диск не будет обладать самосознанием, каким бы емким он ни был, так что одной только сложности недостаточно для создания ССС. Я предполагаю, что еще одной величиной, которую измеряет детектор ССС, является информационное содержание объекта. В математике и физике существует строгое определение информационного содержания, восходящее к работам Клода Шеннона и Джона фон Неймана. В то время как сложность объекта измеряется тем, насколько трудно его описать, информационное содержание[78] характеризует то, в какой мере он описывает остальной мир. Иными словами, информация – это мера смысла, который содержится в сложности. Если заполнить жесткий диск случайными числами, он не будет содержать никакой информации о внешнем мире, но если вы заполните его книгами по истории или семейными видеозаписями, такая информация на нем будет. Ваш мозг содержит огромное количество информации о внешнем мире – и в форме воспоминаний об отдаленных во времени и пространстве событиях, и в виде непрерывно обновляемой модели того, что происходит вокруг вас прямо сейчас. Когда человек умирает, информационное содержание электрических схем возбуждения его нейронов исчезает, поскольку вся эта электрическая система выключается, а вскоре начинает исчезать и информация, которая хранится в химической и биологической форме в его синапсах.

Но сложности и информационного содержания по-прежнему недостаточно, чтобы гарантировать самосознание: у видеокамеры есть и то, и другое, но самосознанием в каком-либо смысле она не обладает. Это означает, что детектор ССС должен распознавать дополнительные ингредиенты самосознания, понять которые труднее. Например, на рис. 11.7 предполагается, что ССС должна быть способна не только хранить информацию, но также обрабатывать ее с помощью какого-то рода вычислений, и что в ходе этой обработки может потребоваться высокая степень внутренней взаимосвязанности. Нейропсихолог Джулио Тонони выдвинул интересную идею, как дать численную оценку требуемой взаимосвязанности. Ключевая идея состоит в том, что для появления сознания у системы обработки информации она должна быть интегрирована в единое целое, которое нельзя разделить на почти независимые части[79]. Это означает, что все части должны заниматься вычислениями совместно, обладая большим количеством информации друг о друге. В противном случае получится более одного независимого сознания, как в комнате, заполненной людьми, или, возможно, в двух половинах мозга пациента с рассеченным мозолистым телом. Если же практически независимые части слишком просты, то никакого сознания не будет, как у независимых пикселов видеокамеры.

Физики и химики обнаружили, что при группировке большого количества атомов их коллективное поведение зависит от способа их организации. Основное различие между твердым телом, жидкостью и газом состоит не в типе атомов, а в том, как они связаны между собой. Я думаю, что однажды мы поймем: сознание – это еще одно фазовое состояние материи. Предполагаю, что должно быть много типов сознания, подобно тому, как существует много типов жидкости, при этом все вариации обладают общими чертами.

В качестве маленького шага к пониманию сознания рассмотрим память. Какими чертами она обладает? Чтобы вещество было полезным для хранения информации, оно, очевидно, должно обладать обширным репертуаром возможных долгоживущих состояний. Это свойство есть у твердых тел, но не у жидкостей и газов: если выгравировать имя на золотом кольце, оно сохранится на нем спустя много лет, но если написать его на поверхности пруда, через секунду, как только вода изменит форму, информация исчезнет. Другая желательная черта вещества памяти состоит в том, чтобы из нее было не только легко читать (как с золотого кольца), но и легко в нее записывать: для изменения состояния жесткого диска или ваших синапсов нужно меньше энергии, чем для гравирования по золоту.

Какими свойствами должен обладать «компьютроний» – самого общего рода материал, способный обрабатывать информацию? В отличие от золота, он должен демонстрировать сложную динамику, чтобы его будущие состояния сложным – и, надеюсь, контролируемым (программируемым) образом – зависели от его текущего состояния. Организация его атомов должна быть не настолько жестко упорядоченной, как в твердом теле, где не происходит никаких интересных изменений, но более упорядоченной, чем в жидкости или газе. На макроскопическом уровне «компьютроний» не обязательно должен быть очень сложным: специалисты по информатике показали, что устройство, способное выполнять некий базовый набор логических операций, является универсальным, и при наличии достаточного времени и памяти его можно запрограммировать на выполнение тех же вычислений, что и любой другой компьютер.

А что можно сказать о «персептронии» – материале, обладающем субъективным самосознанием? Если Тонони прав, «персептроний» должен обладать не только всеми чертами «компьютрония», но и свойством информационной неделимости, образуя единое целое. Так что когда наш детектор ССС анализирует помещение, заполненное атомами, он сначала выясняет, какие из них сильно связаны между собой, и разделяет связанные атомы на группы объектов, скажем скамейку с двумя людьми на ней. Затем он идентифицирует части этих объектов, которые удовлетворяют критериям «компьютрония»: скажем, два мозга и два процессора мобильных телефонов. Наконец, детектор определит, что «персептроний» присутствует лишь в двух мозгах и что это два образования, которые не связаны друг с другом, и каждое соответствует сознанию человека.

Вычисление внутренней реальности: чему нас учит история?

Следующий шаг после обнаружения самосознающей сущности с помощью детектора ССС состоит в вычислении ее субъективных восприятий. Говоря языком гл. 9, мы хотим вычислить внутреннюю реальность по внешней. Это серьезный вызов, и в этой области у нас очень мало опыта, поскольку исторически физика концентрировалась на противоположной задаче: при том, что у нас есть субъективные восприятия, мы искали математические уравнения, способные их описать. Так, Ньютон наблюдал движение Луны и пришел к закону гравитации, который его объясняет. Тем не менее я считаю, что из истории физики можно извлечь много важных уроков о том, как связаны внутренняя реальность и внешняя реальность. Далее разобраны семь таких примеров.

Без паники!

Хотя эта трудная задача пока не решена, в гл. 9 мы увидели, что удобно разделить ее на две части. Физики могут ограничиться тем, чтобы, начав с внешней реальности, предсказывать консенсусную реальность, относительно которой придут к согласию все разумные наблюдатели, а поиски внутренней реальности останутся нейрофизиологам и психологам. Ниже мы убедимся, что для большинства хитрых вопросов, касающихся предсказания будущего, различия между консенсусной и внутренней реальностями несущественны. Более того, история физики дает нам ряд полезных примеров. Так, для классической механики, общей теории относительности и квантовой механики мы знаем и основные уравнения, и то, как ощущается жизнь под их управлением.