Структура реальности

Но с волшебным микроскопом, который мог бы заглянуть в другие вселенные (что, я подчеркиваю, невозможно: мы используем теорию, чтобы представить – или воссоздать – то, что, как нам известно, должно там находиться), эта задача стала бы простой. Как на рис. 8.1, гены отличались бы от негенов как обработанные поля отличаются на аэрофотоснимках от джунглей, или как кристаллы отличаются от раствора, в котором они выросли. Они регулярны во многих близких вселенных, тогда как все негены, сегменты мусорной последовательности, нерегулярны. Что касается степени адаптации гена, оценить ее почти так же просто. Гены с лучшей адаптацией будут иметь одну и ту же структуру в более обширном диапазоне вселенных – у них будут более крупные «кристаллы».

Теперь давайте отправимся на другую планету и попытаемся найти местные формы жизни, если таковые там имеются. Опять-таки сложность этой задачи хорошо известна. Вам пришлось бы провести сложные и тонкие эксперименты, бесконечные провалы которых стали предметом множества научно-фантастических рассказов. Но если только вы могли бы наблюдать в телескоп весь мультиверс, жизнь и ее следствия были бы очевидны с первого взгляда. Вам всего лишь необходимо искать сложные структуры, которые кажутся нерегулярными в любой отдельной вселенной, но идентичными во многих близких вселенных. Если вы увидите что-либо подобное, вы обнаружите некое физически воплощенное знание. А где есть знание, там должна быть жизнь, по крайней мере прошлая.

Сравним живого медведя с созвездием Большой Медведицы. Живые медведи во многих близких вселенных анатомически очень схожи. Таким свойством обладают не только их гены, но и все тело (хотя некоторые характеристики тела, например вес, могут отличаться гораздо больше, чем гены; так происходит потому, что, к примеру, в различных вселенных медведь в большей или меньшей степени преуспел в недавних поисках пищи). Но в созвездии Большой Медведицы от одной вселенной к другой не существует такой регулярности. Форма созвездия – это результат начального состояния галактического газа, из которого формировались звезды. Это состояние было случайным – на микроскопическом уровне весьма различным в разных вселенных, – и процесс формирования звезд из этого газа включал всевозможные неустойчивости, увеличивавшие масштаб вариаций. В результате то расположение звезд, которое мы наблюдаем в данном созвездии, существует только в очень ограниченном диапазоне вселенных. В большинстве близких вариантов нашей вселенной в небе тоже есть созвездия, но они выглядят иначе.

И наконец, давайте точно так же посмотрим на Вселенную. Что увидит наш магически усиленный взгляд? В отдельной вселенной самые поразительные структуры – это галактики и скопления галактик. Но эти объекты не имеют различимой структуры в мультиверсе. Там, где в одной вселенной находится галактика, в мультиверсе собраны мириады галактик с весьма различной географией. И так во всем мультиверсе. Близкие вселенные похожи только в определенных общих чертах, как того требуют законы физики, которые применимы к ним всем. Так, большинство звезд имеет довольно точную сферическую форму во всем мультиверсе, а большинство галактик имеет спиральную или эллиптическую форму. Но ничто не простирается далеко в другие вселенные, не изменив детали своего строения до неузнаваемости. За исключением тех немногих мест, где есть воплощенное знание. В таких местах объекты простираются через огромное количество вселенных, оставаясь при этом узнаваемыми. Возможно, в настоящее время Земля – единственное подобное место в нашей Вселенной. В любом случае такие места выделяются, в описанном мной смысле, как места расположения процессов (жизни и мышления), породивших самые крупные различимые структуры в мультиверсе.

Терминология

Репликатор – сущность, побуждающая определенные среды к копированию репликатора.

Ген – молекулярный репликатор. Жизнь на Земле основана на генах, которые являются цепочками ДНК (в случае некоторых вирусов – РНК).

Мем – идея, которая является репликатором, например, шутка или научная теория.

Ниша – нишей репликатора является набор всех возможных сред, в которых репликатор вызывает свою собственную репликацию. Ниша организма – это набор всех возможных сред, в которых организм может жить и размножаться, а также всех возможных образов его жизни.

Адаптация – степень адаптации репликатора к нише – это степень, в которой он вызывает репликацию себя в этой нише. В более общей формулировке сущность адаптирована к своей нише в такой степени, в какой она воплощает знание, побуждающее эту нишу сохранять это знание.

Резюме

Кажется, что научный прогресс со времен Галилея отвергал древнюю идею о том, что жизнь – это фундаментальное явление природы. Наука открыла, что масштаб Вселенной огромен по сравнению с биосферой Земли. Кажется, что современная биология подтвердила это отвержение, объяснив жизненные процессы на основе молекулярных репликаторов, генов, поведением которых управляют те же законы физики, которые применимы и к неживой материи. Тем не менее жизнь связана с фундаментальным принципом физики – принципом Тьюринга, поскольку она является средством, с помощью которого виртуальная реальность была впервые реализована в природе. Также, вопреки очевидному, жизнь – это важный процесс в самых больших масштабах времени и пространства. Будущее поведение жизни определит будущее поведение звезд и галактик. И крупномасштабные регулярные структуры, охватывающие множество вселенных, существуют там, где развилась материя, несущая знание, такая как мозг или генетические сегменты ДНК.

Эта прямая связь между теорией эволюции и квантовой теорией, на мой взгляд, – одна из самых поразительных и неожиданных из множества связей, которые существуют между четырьмя основными нитями. Другая подобная связь – существование самостоятельной квантовой теории вычислений, лежащей в основе существующей теории вычислений. Эта связь – тема следующей главы.

9. Квантовые компьютеры

Для любого, кто не знаком с этим предметом, квантовые вычисления звучит как название новой технологии, возможно, самой новейшей в знаменитом ряду, включающем механические вычисления, вычисления на полупроводниковых транзисторах электроники и на кремниевых чипах и т. д. Причем даже существующие компьютерные технологии основываются на микроскопических квантово-механических процессах. (Конечно, все физические процессы являются квантово-механическими, но здесь я имею в виду только те, для которых классическая – т. е. неквантовая – физика дает очень неточные предсказания.) Если тенденция ко все более быстрым и все более компактным компьютерам сохранится, эта технология будет становиться все более «квантово-механической» просто потому, что квантово-механические эффекты доминируют во всех достаточно малых системах. Но если бы дело было только в этом, квантовые вычисления вряд ли могли бы фигурировать в любом фундаментальном объяснении структуры реальности, поскольку в них не было бы ничего фундаментально нового. Все современные компьютеры, какие бы квантово-механические процессы они ни использовали, – всего лишь различные технологические исполнения одной и той же классической идеи универсальной машины Тьюринга. Именно поэтому все существующие компьютеры имеют, в сущности, один и тот же репертуар вычислений: отличие состоит только в скорости, объеме памяти и устройствах ввода-вывода. Можно сказать, что даже самый непритязательный современный домашний компьютер можно запрограммировать для решения любой задачи или воспроизведения любой среды, которую могут сгенерировать наши самые мощные компьютеры, при условии установки на него дополнительной памяти, достаточно долгом времени обработки и подключении аппаратуры, подходящей для демонстрации результатов работы.

Квантовые вычисления – это нечто большее, чем просто более быстрая и миниатюрная технология реализации машины Тьюринга. Квантовый компьютер – это машина, которая использует уникальные квантово-механические эффекты, в особенности интерференцию, для выполнения совершенно новых видов вычислений, которые даже в принципе было бы невозможны выполнить ни на одной машине Тьюринга, а, следовательно, и ни на каком классическом компьютере. Таким образом, квантовые вычисления – это не что иное, как принципиально новый способ покорения природы.

Позвольте мне конкретизировать это заявление. Самыми первыми изобретениями для покорения природы были инструменты, приводимые в действие силой человеческих мускулов. Они радикально изменили условия жизни наших предков, но страдали от ограничения, которое заключалось в том, что они требовали постоянного внимания и усилий человека во время их использования. Дальнейшее развитие технологии позволило преодолеть это ограничение: люди сумели приручить некоторых животных и растения, обратив биологические адаптации этих организмов на пользу человеку. Урожай рос, а сторожевые собаки охраняли дом, пока их владельцы спали. Еще один новый вид технологии появился, когда люди начали не просто использовать существующие адаптации (и существующие небиологические явления, например, огонь), а создали совершенно новые для мира адаптации в виде керамики, кирпичей, колес, металлических изделий и машин. Чтобы сделать это, они должны были поразмыслить над законами природы, управляющими Вселенной, и понять их, включая, как я уже объяснил, не только ее поверхностные аспекты, но и лежащую в основе структуру реальности. Последовали тысячи лет развития технологий этого типа, позволивших овладеть некоторыми материалами, а также физическими силами и энергиями. В XX веке, когда изобретение компьютеров позволило осуществить сложную обработку информации вне человеческого мозга, к этому списку добавилась информация. Квантовые вычисления, которые сейчас находятся в зачаточном состоянии, – качественно новый этап этого движения. Это будет первая технология, которая позволит выполнять полезные задачи при участии параллельных вселенных. Квантовый компьютер сможет распределить составляющие сложной задачи между множеством параллельных вселенных, а затем предоставить им всем результаты.

Я уже говорил о важности универсальности вычислений – о том, что один физически возможный компьютер может, при наличии достаточного времени и памяти, выполнить любое вычисление, доступное любому другому физически возможному компьютеру. Законы физики, как мы их сейчас понимаем, признают универсальность вычислений. Но для того, чтобы универсальность была полезной или важной в общей схеме вещей, сказанного мною недостаточно. Приведенное определение просто означает, что в конечном итоге универсальный компьютер сможет сделать то, что может сделать любой другой компьютер. Другими словами, он универсален при наличии достаточного времени. А что делать, если времени недостаточно? Представьте себе универсальный компьютер, который мог бы выполнить только одно вычислительное действие за всю жизнь Вселенной. Его универсальность по-прежнему оставалась бы глубоким свойством реальности? Вероятно, нет. Обобщая, можно раскритиковать такое узкое понятие универсальности, поскольку оно признает задачу входящей в репертуар компьютера без учета физических ресурсов, которые придется израсходовать компьютеру на выполнение этой задачи. Так, например, мы рассматривали пользователя виртуальной реальности, готового к остановке мозга на миллиарды лет, пока компьютер вычисляет, какую анимацию показывать дальше. Такое отношение вполне уместно при обсуждении пределов виртуальной реальности. Но когда мы говорим о ее полезности, или, что даже более важно, фундаментальной роли, которую она играет в структуре реальности, нам следует быть более разборчивыми. Эволюция никогда бы не произошла, если бы задача воспроизведения определенных свойств самых первых, простейших сред обитания не была легкорешаемой (т. е. вычислимой в течение разумного периода времени) при использовании в качестве компьютеров легкодоступных молекул. Точно так же никогда не началось бы развитие науки и техники, если бы для изобретения каменного инструмента понадобились тысячи лет размышлений. Более того, то, что было истиной в самом начале, остается абсолютным условием прогресса на каждом этапе. Универсальность вычислений была бы бесполезна для генов независимо от количества содержащегося в них знания, если бы воссоздание организма не было легкорешаемой задачей – скажем, если бы один репродуктивный цикл занимал миллиарды лет.