Восхождение на гору Невероятности
Шрифт:
Рис. 2.13. (на стр. 86 и 87) Пятьдесят поколений эволюции трех демов компьютерных паутин, полученных половым размножением и выведенных “естественным отбором” в программе NetSpinner. В одиннадцатом поколении два генотипа из третьего дема мигрировали во второй дем, и теперь их можно использовать для перекрестного скрещивания (пути миграции показаны на рисунке стрелками).
В жизни ни одно из этих решений не принимается по чьей-либо воле. Это и не решения как таковые, и здесь не применяются компьютерные технологии. Просто так происходит, само собой и без лишнего шума. Плоть мух действительно превращается в плоть маленьких паучков с уже существующим коэффициентом перевода. Если нам хочется рассчитать его – имеем право. Превращение идет независимо от того, опишет ли кто-нибудь этот процесс в математическом виде или нет. Точно так же происходит преобразование мушиного “мяса” в паутинный шелк. В сущности, для NetSpinner
К чему я клоню, настолько очевидно, что едва ли надо об этом говорить, но вместе с тем настолько важно, что нельзя не сказать. Всякий раз, когда в программу вносится новая реперная точка, которая усложняет расчет, квалифицированный программист должен добавить еще сколько-то страниц с кодами команд. В жизни, напротив, бросается в глаза отсутствие расчетов. Коэффициент перевода мушиного белка в белок паутины уже заложен в природе. Безо всяких вычислений ясно, что для голодного паука муха дороже, чем для сытого. Было бы странно, если бы для голодного паука пища значила бы меньше. Мы привыкли рассматривать компьютерную модель как упрощение реальной жизни. Но в некотором смысле компьютерная модель естественного отбора отнюдь не упрощает, а только усложняет реальные природные процессы.
Естественный отбор – предельно простой процесс в том смысле, что он идет при минимальном использовании технических средств. Безусловно, эффекты, которые он производит, и его конечные результаты чрезвычайно непросты. Однако чтобы на живой планете пошел процесс естественного отбора, не нужно ничего, кроме информации о наследственности. Чтобы заработала компьютерная модель естественного отбора, надо иметь эквивалент такой информации и еще много всего. Потребуется умная техника для расчета всевозможных затрат и бонусов, а также надо будет выработать систему их конвертации.
Кроме того, придется создать целый искусственный физический мир. Мы выбрали в качестве примера паутину, потому что из всех природных “устройств” она лучше всего поддается описанию в терминах программирования. В принципе можно оцифровать что угодно – крылья, позвоночники, зубы, челюсти, плавники и перья – и написать программу для оценки эффективности их разновидностей. Но программисту придется изрядно поломать голову. Оценить крылья, плавники или перья можно только в реальной физической среде (в воде или воздухе) с присущими ей свойствами, такими как сила сопротивления, упругость и турбулентность. Воссоздать все эти условия очень трудно. Вне реальной ситуации, где действуют напряжение, рычаги и сила трения, нельзя понять, насколько хорошо функционируют позвоночник и кости конечностей. Жесткость, хрупкость, упругость при изгибе и сжатии – все это надо будет отобразить в программе. Моделирование динамических взаимодействий множества костей, соединенных связками и сухожилиями под разными углами, – сложнейшая математическая задача, и человек постоянно должен решать, какой ход сделать дальше. Воспроизвести турбулентный воздушный поток, омывающий крыло, до такой степени нелегко, что авиаконструкторы часто даже не пытаются сделать это с помощью компьютера – проще поставить эксперимент в аэродинамической трубе.
Впрочем, не стоит недооценивать работу специалистов по компьютерному моделированию. В 1987 году в Лос-Аламосе, где когда-то ученые разрабатывали атомную бомбу, а ныне занимаются более созидательным трудом, прошла презентация нового направления в науке, получившего название “искусственная жизнь”, и я имел честь присутствовать на церемонии. Кристофер Лэнгтон, инициатор и руководитель той, первой, конференции 1987 года и тех, что состоялись потом, основал одноименный журнал. Опубликованные там статьи развеяли пессимизм предыдущего абзаца. Так, трио ученых из Северной Америки – Деметрий Терцопулос, Сяоюань Ту и Радек Гжещук – описали великолепную модель виртуальных рыб, которые ведут себя совсем как настоящие и взаимодействуют друг с другом в виртуальном водоеме. В компьютерном мире, где обитают эти рыбы, действуют свои физические законы, основанные на физике настоящей воды. Как правило, программисты стараются адекватно воспроизвести поведение одной, отдельно взятой, рыбы. Затем эту правильную рыбу многократно воспроизводят с некоторыми изменениями и всю стаю выпускают в “водоем”, где рыбы “встречаются” и вступают в контакт друг с другом. Например, уходят от столкновений и объединяются в “школе”.
Каждая компьютерная рыба состоит из 23 узлов, соединенных с соседними узлами 29 пружинами в виртуальном трехмерном пространстве (рис. 2.14). Двенадцать пружин могут сжиматься и растягиваться – это “мышцы” искусственной рыбы. По “мышцам” волной прокатываются контролируемые сокращения, которые имитируют игру и виляние живой плывущей рыбы. Исходя из личного опыта, рыба может научиться лучше управлять работой мышц, чтобы плавать, поворачивать и преследовать добычу. Три “переменные ментального статуса” рыбы – “голод”, “либидо” и “страх” – в совокупности формируют “инстинкты” (состояние “побуждения”). Имеется в виду побуждение к “еде”, “спариванию”, “рысканью”, “убеганию” и “уходу от столкновения”. У рыбы есть два органа чувств, один из которых нужен для “восприятия” температуры воды, а другой служит как бы глазом и помогает ей различать положение, цвета и размеры окружающих ее объектов. Для красоты состоящий из узлов и связок скелет помещен в цветное поле, раскрашенное в цвета настоящих рыб. Разные виды рыб – скажем, хищники и жертвы – отличаются не только внешне, но и по повадкам (рис. 2.15). Помимо размеров, хищники и жертвы отличаются “поведенческой предрасположенностью” и разными “инстинктами”, а из-за влияния переменных ментального статуса они вырастают в разной степени. Надо сказать, что даже на современных
быстродействующих машинах такого рода модели требуют столько компьютерного времени, что искусственный мир, населенный множеством взаимодействующих рыб, не дает правдоподобной картины в реальном времени. Рыбы плавают, преследуют одна другую, удирают друг от друга и отправляют брачные ритуалы в замедленном масштабе времени по отношению к реальному, поэтому если мы хотим сохранить жизненный темп игры, нам придется прибегнуть к аналогу покадровой фотосъемки (съемки с интервалами). Но это мелочи, не имеющие существенного теоретического значения; в будущем, когда появятся компьютеры следующих поколений, эта проблема исчезнет.Рис. 2.14. Искусственная рыба с пружинным скелетом.
Рис. 2.15. Искусственная акула в погоне за стайкой рыб.
Искусственный подводный мир Терцопулоса, Ту и Гжещука достаточно богат, чтобы на его примере можно было изучать эволюцию. В настоящее время “спаривание”, хотя и имеет место быть, сводится к ритуалу “ухаживания”, так как на самом деле “рыбы” не размножаются. Далее – и авторы работают над этой задачей – необходимо будет добавить “гены” для развития различных поведенческих функций, управляющих мышечными связками, так чтобы эффект удалось оценить количественно, а в идеале – еще и для развития функции ментального состояния и инстинктов. В процессе спаривания гены самцов и самок могли рекомбинировать с генами, несущими случайные мутации, так что потомство имело бы новую генетическую конституцию. Тогда эволюция пошла бы по пути естественного отбора, пусть даже в полностью искусственном виртуальном мире. Вероятно, нет необходимости выделять две отдельные категории рыб – хищников и жертв. Можно начать с двух видов, различающихся не по поведению, а только по размерам и совместимости при спаривании, и в результате естественного отбора через много поколений у более крупных особей сформируется потребность пожирать мелких. Кто знает, свидетелями каких неожиданных поворотов искусственной естественной истории суждено нам стать?
Предвижу, даже предвкушаю появление нового, весьма перспективного направления в науке с парадоксальным названием “искусственный естественный отбор”. Тем не менее, в известном смысле лучшая модель подлинного естественного отбора – как раз подлинная живая природа. И впрямь кости по-разному деформируются под воздействием напряжения, различаются по упругости при сжатии, по твердости, силовым линиям и содержанию кальция. При желании все это можно рассчитать, но независимо ни от чего факт остается фактом – одна кость ломается, а другая нет; одни кости усваивают ценный кальций, а другие отдают излишки в молоко. В этом смысле в жизни все предельно просто. Некоторые животные подвержены вымиранию больше других. Самый быстродействующий американский компьютер будет возиться с расчетами целый год. А в природе имеет место тот факт, что одни погибают, а другие выживают. Вот и все.
Конечно, можно представить себе весь мировой запас генов как компоненты гигантского компьютера, который считает затраты, бонусы и частоту конверсий, с изменчивыми частотами генов вместо переходов нулей и единичек в процессоре для обработки данных. К такому довольно информативному подходу мы вернемся в конце нашей книги. Сейчас настало время поразмыслить над ее названием. Что такое гора Невероятности и чему она нас научит?
Глава 3
Сигнал с горы
Высоко над равниной вздымается гора Невероятности, вознося свои пики в головокружительную заоблачную бездну неба. Кажется, никто никогда не доберется до макушек горных башен. Точно крохотные букашки, ползут и карабкаются упрямые альпинисты, безнадежно глядя на далекие, недостижимые вершины. Огорченно качают маленькими головками и объявляют нависающую над ними махину неприступной.
Наши скалолазы чересчур амбициозны. Умопомрачительная картина вертикальных склонов захватила их, им даже не приходит в голову обогнуть гору и посмотреть, что там, с другой стороны. Они увидели бы не отвесные скалы с гулкими расселинами, а живописные луга, отлого восходящие к удаленным плато. Местами попадаются небольшие каменистые утесы, но их всегда можно обойти, так что хорошо экипированный альпинист в прочных ботинках, которому некуда спешить, легко преодолеет не бог весть какой сложный подъем. Если не пытаться покорить вершину одним марш-броском, сама по себе ее высота уже не имеет такого значения. Наметьте доступный маршрут, и если вы располагаете достаточным запасом времени, взойти на гору вам будет не труднее, чем сделать очередной шаг. Конечно, гора Невероятности – это аллегория. В этой и последующих главах мы узнаем, что она означает.
То, что вы прочтете ниже, взято из одного письма, опубликованного в лондонской “Таймс” несколько лет назад. Автор – имени я не назову, дабы не ставить его в неловкое положение, – весьма уважаемый коллегами физик, заслуженно избранный членом Королевского общества, самого авторитетного в Англии содружества ученых.
Сэр, я один из тех физиков… кого смущает дарвиновская теория эволюции. Мои сомнения вызваны не религиозными мотивами и не желанием лить воду на мельницу любой из сторон в споре – на мой взгляд, дарвинизм просто несостоятелен с научной точки зрения.
…Нам ничего не остается, кроме как принять факт эволюции – его подтверждают все находки палеонтологов. Вопрос только в том, почему она происходит. Как утверждает Дарвин, все дело в случайности: в процессе смены одного поколения другим происходят случайные малозначительные, сохраняющиеся впоследствии изменения, в результате чего некоторые преимущества вида становятся более выраженными. Таким образом, живые существа постепенно вырабатывают более выгодные качества – например, силу, чтобы добывать себе пищу и бороться с врагами. Этот процесс Дарвин назвал естественным отбором.
Как физик, я не могу с этим согласиться. Не думаю, что такая потрясающая машина, как организм человека, могла образоваться благодаря лишь случайным ошибкам. Взять хотя бы глаз. Дарвин признает свою слабость в этом вопросе – он не мог понять, как примитивный орган, реагирующий на свет, мог эволюционировать до глаза… Лично я не вижу альтернативы гипотезе о преднамеренном конструировании живой материи. Ни происхождение жизни, ни то, что за тысячи миллионов лет существования нашей планеты живые создания удивительным образом видоизменялись от поколения к поколению, нельзя объяснить в терминах традиционной науки.
Но кто Конструктор?
Искренне ваш…