Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

Другая проблема вычислительной математики — вычисления на квантовом компьютере, в котором используются для квантовых состояний комплексные амплитуды. Это позволяет выполнять определенные виды вычислений гораздо более эффективно, чем классические компьютеры. И тем не менее квантовые компьютеры все же можно промоделировать (то есть заменить) с помощью менее эффективных классических компьютеров и, следовательно, машин Тьюринга.

То, что физические законы в нашей Вселенной позволяют делать вычисления на компьютерах, вовсе не было очевидно априори. Но именно стабильность и регулярность очень простых физических законов и позволяют данному компьютеру получать раз за разом один и тот же результат. Точно так же природа разрешает достаточно замкнутой физической системе вести себя в соответствии с внутренней динамикой, не зависящей в общем случае от внешнего воздействия, взаимодействующего с ней только через интерфейсы «вход» и «выход». Вселенная вроде бы не обязана вести себя подобным образом, но она, тем не менее, так делает! И эти стабильность и независимость создают в подлинном смысле новый уровень реальности, которая определяется, понимается и ограничивается скорее законами логики и информатики, чем законами фундаментальной физики, которым она, впрочем, тоже подчиняется. Для предсказания того, что именно машина Тьюринга, сооруженная из кубиков лего, будет делать, нужно пошагово разобраться в том, как она работает, используя при этом законы, которым кубики подчиняются. Однако зачем так заморачиваться, если вместо этого можно просто проследить за самими вычислениями? Но вдруг кто-то расскажет вам, по каким правилам нужно общаться со входом и выходом компьютера, однако откажется объяснить его физическое устройство? Ничего страшного, все у вас будет хорошо — поскольку вам и не нужно знать его устройство.

Таким образом, если то, что происходит в сложной физической системе, лучше всего описывается словом «вычисления», тогда, возможно, предсказать ее поведение намного, намного легче, чем это может показаться: мы и не должны понимать поведение каждого атома — нам нужно только понять, какие вычисления система в действительности выполняет.

Является ли ваш мозг такой же вычислительной машиной? Разумеется, человеческий мозг способен делать вычисления: мы можем выполнять все операции машины Тьюринга или предсказывать результат действия системы логических операторов AND/NOT/OR. Однако мы в этом не очень сильны — дешевенький калькулятор на солнечных батареях превзойдет тут любого человека. Мы должны сильно напрягаться, чтобы заставить свой мозг производить вычисления по четко определенным алгоритмам. При стандартных операциях наши мозги работают скорее как эффективная бюрократическая машина или, возможно, как современная сложная система программного обеспечения. В нашем мозгу можно функционально — а иногда и физически — идентифицировать отдельные ячейки для обработки и интегрирования сенсорных данных, управления моторикой, контроля процессов внутри тела, регулирования гормонального обмена и других химических процессов, для образования и восстановления воспоминаний, визуализации и предсказания будущих действий, и так далее.

Мы привыкли чувствовать себя на вершине иерархии, подобно императору Мин, и в определенном смысле это соответствует действительности: из решения совершить что-то, соответствующее ощущению «я решаю», следует совершенно очевидная ответственность за все действие. Если вы решаете закрыть мою книгу, эта стандартная команда приводит в движение целую цепочку мыслительных и физических процессов (почти все они слишком сложны, чтобы проследить детально каждый из них, даже если бы вы попытались это сделать), последним звеном в которой является закрытие книги. В большинстве случаев система работает прекрасно, и обычно вы вспоминаете о ней, только когда по той или иной причине ваше указание не дает желаемого результата.

В то же время вы можете спросить: «Откуда взялось мое решение закрыть книгу?» На это может быть много причин, скорее всего вами не осознанных. Может быть, вы устали, или в комнате произошло нечто такое, что отвлекло вас от чтения, или вам потребовалось срочно выполнить какие-то обязательства, или вас охватили голод либо жажда, или возникла срочная необходимость воспользоваться интернет-поиском либо электронной почтой, или появился какой-то физический дискомфорт, или же вы ощутили боль. Все эти причины, каждая из которых обладает собственным весом, бросаются на чашу весов, накапливаются там — и в какой-то момент перевешивает чаша с надписью «сейчас нужно на время закрыть книгу». Тогда это решение всплывает в вашем сознании и, возможно, оформляется в виде некоей истории — типа «что-то мне захотелось сварить кофе». Эта придуманная причина может частично перекрываться реальными причинами и мотивами, но может и не иметь с ними ничего общего. Ну, и кто здесь в действительности решает — император или бюрократия?