Действуй, мозг! Квантовая модель разума

Этот универсальный процесс создания аксиом – не что иное, как вычисление. (Джордж Буль думал также, однако именно Гёдель в подтверждение тезиса привел весомые аргументы.)

При этом вычисление может производиться любым, имеющим к этому процессу подходящие инструменты, созданием. В том числе – искусственным устройством.

Через пять лет после появления теоремы о неполноте арифметики Алан Тьюринг опубликовал статью, в которой описал то, что сейчас мы называем компьютером.

Нужно иметь в виду, что представленная в этой работе математическая метафора, «машина Тьюринга», не только и не столько абстрактная модель механического вычислительного устройства.

Это, прежде всего, модель вычислений, производимых человеком. В самом начале статьи читаем: «Мы можем сравнить человека в процессе вычисления (in the process of computing) какого-либо действительного числа с машиной, которая ограничена конечным числом состояний…».

Тьюринг математически описал биологического вычислителя (англ. computor). Точнее: детально изложил процесс арифметических вычислений так, как, по его мнению, это происходит, в общем, у обычного человека, взявшего в руки тетрадку в клеточку и карандаш для решения какой-либо задачки.

Человек вписывает в клеточки начальные символы или цифры; глядя на текущую клеточку, производит в уме элементарную операцию по их преобразованию (складывает, вычитает, умножает, делит); записывает полученный результат в соседнюю клеточку; продолжает последовательное вычисление в соответствие с порядком, который сам же наметил.

Иными словами, он, как сказал бы Гёдель, переводит первоначальное неопределённое высказывание в определённое, затем – в другое определённое и т. д.

Если в качестве символьной системы для записи в клеточки выбрать бинарный код, а в качестве набора управляющих операций – бинарную логику, то получится общая схема вычислений. Получится механический computer, имитирующий язык и логику живого computor.

Как мы обсуждали в начале главы, Алан Тьюринг не считал, что computer может полностью заменить computor. Здесь поясним это утверждение более обстоятельно.

Дело в том, что механический вычислитель не способен имитировать произвольное построение порядка вычислений. Он не создаёт алгоритм сам. Ему всегда требуется образец.

В какой последовательности применять бинарную логику к бинарным символам решает тот, кто вписывает символы в клеточки. Или даёт указания, как это делать: составляет программу машинных действий, даёт искусственному вычислителю образцы алгоритмов.

Это человек.

Заметим, что это прямое следствие теоремы Гёделя.

Применяя строгие механические формулы, которые ссылаются только на себя, истинно-определённое не выводится (или, по Тьюрингу, не вычисляется). Индуктивная проверка есть не универсальный, а специальный инструмент. Не фундаментальный закон, а технология.

Припомним: следуя бинарной логике Буля, мы избежали сомнительного удовольствия ковыряться в противоречивых смыслах, спрятанных в высказывании «Все не люди не смертны». Как нам это удалось? Мы действовали по алгоритму: вычитание – умножение – сложение. Только такой порядок обеспечил определённый и осмысленный результат.

Если б мы нарушили последовательность или, не дай бог, принялись бы, подобно средневековым схоластам, резонерствовать на тему «кто такие „не люди“?», «что такое смерть?», «что такое жизнь?» и т.п., нам пришлось бы, чтобы прийти к согласию, провести бесконечное число наблюдений.

Но, даже если б мы сделали это, хотя бы в уме, и пришли к некой, абсолютной, истине, которая бы воспринималась нами как полный и окончательный ответ, разъясняющий суть этих понятий, то через некоторое время пришлось бы снова взяться за уточнение – ввязаться в новый диспут.

Ведь, как показал Гёдель, всегда остаётся вероятность, что такие сложные и многозначные понятия, как, например, «люди» и «жизнь», могут дополниться новыми фактами и смыслами. И определить/вычислить их до конца не удастся никогда.

Раз так, то и машина Тьюринга не может этого сделать.

Точнее: она будет это делать, т.к., хоть эти высказывания (числа, функции, задачи) и невычислимы, тем не менее, они вполне реальны. С ними можно производить арифметические операции.

Однако машина Тьюринга будет вычислить их неограниченное время – гораздо дольше, чем Думатель из романа Дугласа Адамса. А именно: вечность.

Вместе с тем, задачи, что машина Тьюринга за конечное время вычислить может, существуют тоже. Они – алгоритмически вычислимы.

Другое дело, что писать алгоритмы для их решения придётся человеку. Потому что и математика, и логика, и новые идеи, как показал Гёдель, суть творческая, бесконечная во времени и по глубине, деятельность.

Прояснение разницы между выводимостью аксиом и их невыводимостью, между вычислимым и невычислимым, между машинным алгоритмом и присущим человеку думанием – несомненная научная заслуга Гёделя и Тьюринга.

Их работы стали предпоследним звеном в длинной цепочке развития идеи вычисляемой дискретности в трудах Лейбница, Буля, Пирса, Кантора, Гильберта, Пуанкаре и других теоретиков.

Оставалось сделать последний шаг: попытаться создать computer (искусственный вычислитель) и computor (живой вычислитель) на практике.

«Так выпьем же за кибернетиков!»

В 1966 году в советском комедийном фильме Леонида Гайдая «Кавказская пленница» один из героев произнёс примечательный тост. Он поведал трагическую историю некой принцессы, которая умерла, «потому что совершенно точно сосчитала, сколько зёрен в мешке, сколько капель в море и сколько звёзд на небе». Тост завершался призывом «выпить за кибернетиков!».

В том же году в популярном британском научно-фантастическом сериале «Доктор Кто» впервые появились такие персонажи, как «Киберлюди» (англ. Cybermen). По сюжету эпизода, снятого режиссёром Дереком Мартинусом, это роботизированные, лишенные эмоций существа, которые хотят покорить Землю и превратить её жителей в кибернетические механизмы.

Кто такие кибернетики? И зачем Киберлюдям понадобилось покорять Землю?

Кибернетика – наука, сама себя называвшая «междисциплинарной научной дисциплиной», где сложные объекты и системы, включая человеческий разум, трактуются как вычислительные устройства.

Формально годом её рождения считается 1948.

Именно тогда появилось известное сочинение Норберта Винера «Кибернетика: Или Контроль и Коммуникация у Животных и Машин» (далее – просто «Кибернетика»).

Однако фактически работы, посвященные рассмотрению сложных систем как природных саморегулирующихся автоматов, за авторством Джона фон Неймана, самого Винера и других исследователей, публиковались с 1943 года.

Кратко обозначим контекст появления кибернетики.

После окончания Второй мировой войны в глазах общественности механическая парадигма оказалась чрезвычайно скомпрометированной.

Всем стало ясно, что от представлений о государствах-машинах, людях-машинах и прочих спекуляций в духе «социальных механизмов» надо отказываться.

Такие взгляды практически всюду были признаны доктринами, мягко говоря, неточно описывающими реальность.

На научном поприще механическая парадигма была плавно вытеснена цифровой парадигмой ещё раньше: фактически к началу 1930х гг.

В физике, к тому же, состоялось рождение группы ещё более сложных концепций, главной из которых стала квантовая механика.

Таким образом, все три крупных научных парадигмы, созданных людьми, в определённый момент времени сосуществовали как равноправные мейнстримные доктрины. Это сформировало уникальную атмосферу интересных научных дискуссий, в которые мы сейчас вникать не станем.

Физики одновременно радовались новым концепциям и не очень понимали, как их применять. Достаточно упомянуть, что великий Эйнштейн, создав теорию относительности, сбросил с пьедестала научного мейнстрима одну парадигму (механическую); используя понятие «квант» для объяснения фотоэффекта, утвердил другую парадигму (цифровую); активно критикуя исходную версию квантовой теории, в частности, соорудив с коллегами-физиками т.н. «парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена», крайне подозрительно относился к третьей, новорождённой, парадигме (квантовой).

В биологии уже вовсю заправляли генетики. Славили Дарвина, Менделя.

Однако дискретные факторы наследственности, «гены», до поры до времени оставались гипотетическими объектами. Некоторые учёные, в связи с этим, даже склонялись в пользу более ранней теории биологической эволюции, ламаркизму.

После 1944 года все сомнения в правильности генной концепции исчезли: биологи Освальд Эвери, Колин Маклауд и Маклин Маккарти обнаружили молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Наконец, огромное значение для утверждения цифровой парадигмы имела практическая реализация математических идей Алана Тьюринга. Конструкторы взялись за сооружение первых цифровых компьютеров.

В 1941 году Конрад Цузе создал электромеханический вычислитель, а в конце 1945 года группа инженеров под руководством Джона Эккерта-мл. и Джона Моучли – уже в полном смысле электронное цифровое устройство, «ENIAC».

Дошла очередь и до живого мозга.

Отцами вычислительной модели следует считать математиков Джона фон Неймана и Норберта Винера.