Иллюзия пользователя

Это очень простая модель, в которой множество локальных единиц каждая следуют совершенно элементарным правилам. Представьте себе систему наподобие шахматной доски: локальное правило может быть таким — все клетки, окруженные тремя соседними черными клетками, должны быть белыми, а все остальные клетки должны оставаться черными. Подобная простая инструкция может привести к удивительно богатому и разнообразному поведению. После изучения непредсказуемого поведения подобных клеточных автоматов, которое предпринял молодой физик Стивен Вольфрам, более чем когда-либо стало ясно: многие реальные системы являются вычислительно несокращаемыми. Даже очень простая инструкция для клеточного автомата может привести к поведению, которое почти невозможно предсказать.

Переведя свою задачу в язык клеточного автомата, Лэнгтон смог атаковать ее с помощью компьютера: что необходимо, чтобы клеточный автомат мог развить способность обрабатывать информацию и создавать запутанность?

Некоторые клеточные автоматы гибнут очень быстро. Их инструкция не ведет к интересному поведению. Другие живут долгое время и, возможно, могли бы продолжать жить вечно.

Это как раз соответствует ситуации с обычными вычислениями в компьютерах: некоторые очень быстро приходят к ответу (2 + 2 = 4), другие продолжают вычислять вечно (10/3 = 3.33333333…), а насчет других вообще догадаться сложно, так как проблема остановки Тюринга говорит нам: в целом мы никогда не можем узнать, когда остановится вычисление, пока оно не остановится.

Клеточные автоматы Лэнгтона демонстрируют точно такие же три возможных исхода: (1) они гибнут; (2) они продолжают работать вечно; (3) они находятся в пограничном состоянии, и сложно сказать, что произойдет дальше.

Вычисления, которые прекращаются, соответствуют льду. Вы получаете ответ — и все. Это полный порядок. Ситуация твердо заморожена, и в долгосрочной перспективе не слишком интересна.

Вычисления, которые продолжаются вечно, похожи на воду: все течет. Это хаос, отсутствие ясности. В течение какого-то времени это может быть интересным, но в долгосрочной перспективе довольно тривиально, так как мы не получаем никакого результата.

Наиболее интересные вычисления балансируют на грани между замороженным и жидким: мы не знаем, будет ли когда-нибудь конец. Подобные вычисления часто происходят на грани между твердым и жидким — близко к переходу от льда к воде. И именно в подобных пограничных ситуациях происходят интересные вещи.

Интересный вычислительный процесс, в ходе которого обрабатывается информация, должен быть способен выполнять две задачи: хранить информацию и стирать информацию. Если невозможно хранение информации, невозможным будет и ее накопление. Если невозможно стирание, будут невозможными вычисления, которые происходят по пути сочетания информации. Система, способная выполнять что-то интересная, следовательно, должна уметь накапливать и стирать; помнить и двигаться; удерживать и отпускать; замерзать и течь. Система также должна позволять этим процессам происходить рядом друг с другом.

Идея Лэнгтона заключается в том, что существуют только эти две базовые формы — замерзшая и жидкая — в любой динамической системе, которая может быть эмулирована клеточным автоматом. На практике это означает, что любая физическая система может характеризоваться только одним из двух базовых состояний — твердое или жидкое.

В конечном итоге существуют только эти два базовых состояния или базовые фазы, и все интересное происходит на границе между ними; на границе между хаосом и порядком; на границе между водой и льдом; на границе между конечным и бесконечным вычислительным процессом.

Как раз там, где мы не можем знать, будет ли всему этому конец.

«Вычисления могут появляться спонтанно и становиться доминирующими в динамике физических систем, когда эти системы находятся в состоянии перехода между твердой и жидкой фазой», — пишет Лэнгтон, добавляя: «И может быть, самый интересный подтекст этого — возможность того, что жизнь нашла свое происхождение как раз вблизи подобного перехода». 21

Другие исследователи, особенно Джеймс Кратчфилд из Беркли, Калифорния, которые поначалу критически отнеслись к предположениям Лэнгтона, пришли к тем же выводам,22 используя схожие методы: именно на границе между порядком и хаосом происходит все самое интересное. Здесь, на краю хаоса, мы можем вести вычисления, в которых могут возникнуть новые структуры.

Интересно не то, что мы можем получить сок или другие вкусности из холодильника, а кубики льда — из морозилки. Интересно смешивать их в напитки.

В 1988 году немецкий физик и исследователь хаоса Петер Рихтер предложил раннюю версию этих идей в своей фразе «красота границ». Наблюдая компьютерные изображения явлений из теории хаоса и фракталы, Рихтер пришел к анализу того, где селятся на Земле люди: побережья, реки, горные цепи и ущелья. У границ. У перехода от одного элемента к другому.