Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Наука обладает неудобной привычкой вытеснять человека из центра сцены. В донаучной истории люди были венцом творения и лучшим произведением природы и жили на Земле, являющейся центром Вселенной. Когда происхождение Земли и человечества были исследованы более тщательно, оказалось, что кроме людей у природы были и другие интересы, а Земля занимает не настолько центральное положение, как мы надеялись. Человечество – всего одна ветвь великой семьи жизни, а Земля – небольшая планета, вращающаяся вокруг заурядного Солнца, расположенного на периферии одного из рукавов заурядной спиральной галактики.

Тем не менее мы уникальны (как и бактерии; как и тополя). Уникальными делает нас информация – биты ДНК, которые объединяют нас с обезьянами, а также язык и способность мыслить, которые нас от них отделяют. Нет никакой отдельной субстанции, никакой vis vitae или жизненной силы, которая вдыхала бы жизнь в человеческие существа. Мы сделаны из атомов, как и все остальное. Теми, кто мы есть, делает нас способ, которым эти атомы обрабатывают информацию и совместно ведут вычисления. Мы – прах, но мы – вычисляющий прах.

Универсальные мысли

Теперь, когда мы знаем о вычислительной природе Вселенной в целом, заманчиво было бы приписать это свойство какому-нибудь космическому интеллекту вроде божественного «демона» Лапласа. Конечно, Вселенную можно считать неким гигантским разумным организмом, точно так же как Землю можно считать отдельным живым существом (эту идею называют «гипотезой Геи»). Заметим, однако, что, даже приписав Вселенной разум, мы не можем отрицать блеск одной из ее величайших «идей» – естественного отбора{19}. В течение миллиардов лет Вселенная кропотливо разрабатывала новые структуры, в медленном процессе проб и ошибок. Каждое «Ага!» в этом процессе – крошечное квантовое событие, последствия которого были развиты законами физики. Некоторые события приводили к успеху, некоторые – нет. Через миллиарды лет появились мы, а также все остальное.

В конечном счете идея о том, что мир жив или что Вселенная мыслит, – лишь метафора. В конце концов, что такое мысли Вселенной? Некоторая часть обработки информации, которую выполняет Вселенная, действительно происходит посредством мышления, человеческого мышления. Некоторые виды обработки информации, такие как цифровые вычисления, могут напоминать мышление. Но в огромном большинстве случаев обработка информации во Вселенной происходит в виде столкновений атомов, крошечных движений материи и света.

По сравнению с тем, что обычно называют мышлением, эти «мысли» Вселенной скромны: они состоят из элементарных частиц, которые просто заняты своим делом. Но скромность – это не слабость. Квантовый хаос может усиливать крошечные движения до тех пор, пока они не превратятся в ураган. Микроскопический танец вещества и света способен создать не только людей, но и все остальные существа. Столкновение двух атомов может изменить будущее Вселенной – и изменяет его.

Личные заметки: информация как утешение

Мой путь к концепции эффективной сложности был долгим и трудным. Он начался с сотрудничества с Хайнцем Пэджелсом в Университете Рокфеллера и продолжился, когда моя диссертация получила известность и мне предложили место профессора философии под руководством Рольфа Ландауэра в IBM. Ландауэр был одним из основателей физики информации. Его девиз – «Информация – величина физическая» – стал основным принципом этой книги: вся информация, которая существует, хранится физическими системами, и все физические системы хранят информацию.

Я был несколько удивлен этим предложением. Той осенью я прибыл в лабораторию Уотсона фирмы IBM в Йорктаун-Хайтс, чтобы прочесть лекцию о демоне Максвелла. В своей диссертации «Черные дыры, демоны и утрата когерентности: как сложные системы получают информацию, и что они с ней делают» (Black Holes, Demons, and the Loss of Coherence: How Complex Systems Get Information and What They Do with It) я предложил квантово-механическую модель того, как одна квантовая система получает информацию о другой, и показал, почему кажущиеся нарушения второго закона термодинамики, которые при этом возникают, не вызывают никаких реальных проблем. Моя лекция прошла не слишком успешно: Ландауэр меня раскритиковал. Как оказалось, Чарльз Беннетт только что опубликовал серьезную статью о демоне Максвелла, изложив идею компромисса между информацией и энтропией гораздо лучше, чем я. Что еще хуже, за ланчем я неумышленно задел Грегори Хайтина, пошутив о людях, верящих в целительную силу кристаллов: я не знал, что он держит в своей комнате большой кристалл, который помогает ему сконцентрироваться.