КОМПЮТЪР ЛИ Е ВСЕЛЕНАТА?

Робърт Райт

Учен, лансиращ спорни научни идеи, Едуард Фредкин твърди, че вселената наподобява компютърна програма.

Едуард Фредкин в дома си близо до Бостън

Един от най-видните специалисти по информатика в Съединените щати, Едуард Фредкин е "многодисциплинарен" гений, който работи в една не съвсем ясно очертана научна област, в която информатиката влиза в допир с най-високите сфери на физиката. Резултатът на научните му изследвания са някои своеобразни теории: че информацията е една по-фундаментална категория от материята и енергията и че самата вселена наподобява до голяма степен компютърна програма. Тези теории на свой ред пораждат различни метафизични и религиозни спекулации относно свободата на волята, природата на реалността и целта на съществуването на вселената. И макар Фредкин да казва, че няма "никакви религиозни вярвания", той е убеден, че нашата "конкретна вселена е следствие на нещо, което бих нарекъл разум".

Робърт Райт, старши редактор в "Ню рипъблик", е автор на "Тримата учени и боговете им: Търсене на смисъл във века на информацията", откъдето е извлечена тази статия за Фредкин и идеите му. Райт е бивш старши редактор на списание "Сайънсиз", по времето на работа в което бе удостоен с наградата "Нашънъл Мегезин Ауърд" (1986).

Ед Фредкин внимателно се вглежда в разстилащото се пред него зрително поле. Редовно поглежда уредите на арматурното табло. Той е спокоен, стегнат, сигурен в себе си. Той е един оптимално квалифициран пилот.

Самолетът е шестместна едномоторна "Сесна" – амфибия, колелата на която се прибират в специални плавници. Фредкин е купил самолета неотдавна и все още отстранява някои дребни дефекти по него; в момента той е на изпитателен полет над островите Бритиш Върджин Айландс след поредното механично потягане на самолета.

Островът на Фредкин, който се появява на хоризонта, е с размери близо 50 хектара; по-голямата му част е заета от един хълм, покрит с ярка зеленина. Плажните му ивици на места са великолепни, а кораловите рифове в крайбрежните води привличат малки и големи риби, чиито багри изглеждат сякаш специално подбрани от някой художник-дизайнер. В западната част на острова се издигат високи скали, подходящи за не много лесно катерене, а в източната му част са разположени ресторант с бар и скромен хотел. Между западната и източната част на острова се намира усамотената вила на Фредкин – едно приятно място, където той прекарва по няколко седмици всяка година, когато не е зает с разнообразните си научни проекти в района на Бостън.

Освен, че е самоиздигнал се милионер, Фредкин е и интелектуалец-самоук. Преди двадесетина години, на 34-годишна възраст, без да има дори университетска диплома, той става професор в Масачузетския технологичен институт (МТИ). Макар и поканен първоначално да преподава информатика, а след това назначен за ръководител на станалата днес прочута Лаборатория по информатика при МТИ, той бързо разширява своята дейност в редица нови насоки. Може би най-необичайният от преподаваните от него курсове е този по "цифрова физика", в който той излага най-удивителната от няколкото си удивителни теории. Тази теория е повод за моето посещение на острова на Фредкин. Ед Фредкин смята, че вселената е компютър.

Фредкин твори в една не съвсем ясно очертана област на съвременната наука – на границата между информатиката и физиката. Според неговата теория две от смятаните досега за едни от най-фундаменталните в науката концепции – материята и енергията – се сблъскват с още една: информацията. Точната връзка между трите е въпрос, отговорът на който все още не е ясен, а и самият въпрос е толкова неопределен, но същевременно и толкова фундаментален, че поражда какви ли не мнения и предположения. Някои учени доказват, че информацията е само една от многото форми на енергията и материята; че тя се реализира посредством електроните в компютъра или невроните в мозъка, а също чрез печатния набор, радиовълните и т.н. И това е всичко. Други боравят с по-грандиозни понятия, изразявайки предположението, че информацията трябва да се разглежда наравно с материята и енергията, че тя трябва да бъде обединена с тях в един вид научно триединство и че тези три категории са основните съставни елементи на обективната реалност.

Фредкин отива още по-далеч. Според неговата теория за цифровата физика, информацията е по-фундаментална от материята и енергията. Той смята, че атомите, електроните и кварките са съставени в основата си от битове – двоични единици на информация, подобни на онези, които се използват в персоналните компютри или джобните калкулатори. Той смята също, че поведението на тези битове, а по този начин и на цялата вселена, се управлява от една единна програма. Тази програма, казва Фредкин, трябва да е нещо доста просто, нещо неизмеримо по-малко мистериозно от математическите построения, използвани в конвенционалната физика за обясняване на динамиката на физическата реалност. Но чрез непрекъснато повторение на програмата, чрез безспирно по-нататъшно преработване на току-що преработена информация се постига безкрайната сложност на света. Фредкин нарича тази програма "причината и първичната движеща сила на всичко".

Фредкин е приятен събеседник. В разговора той споделя много интересни неща, говори охотно и не чака да бъде разпитван. Към мислите на други хора той проявява любопитство, когато техните интереси съвпаднат с неговите, което не се случва много често. "Съществуват три големи философски въпроса – започва той. – Какво е животът? Какво е съзнанието, мисленето, паметта? Как 'функционира' вселената?" Фредкин казва, че неговият "информационен подход" позволява да се намерят отговори и на трите въпроса. Да вземем, например, живота. Дезоксирибонуклеиновата киселина, която определя наследствеността, е "един добър пример на информация, закодирана с двоичен код", казва той. "Информацията, която определя вида и индивидуалните белези на животно или растение, е закодирана; този код се намира в ДНК, не е ли така? Добре, но освен това съществува и някакъв процес, който позволява тази информация да бъде превърната в едно или друго живо същество, не е ли така?". Мисълта му е, че една мишка, например, представлява резултат на "сложен информационен процес".

Фредкин е самото олицетворение на рационалното мислене. Той рядко проявява емоции. Никога не му се е случвало да срещне проблем, за който не може да намери напълно логично решение, и той е твърдо убеден, че разумът може да бъде "механизиран" до безкрайност. Преди повече от десет години той учреди "Наградата Фредкин" от 100 000 долара, която да бъде присъдена на създателя на компютърна програма, която ще може да надиграе световния шампион по шахмат. Досега такава програма още не е създадена, а Фредкин междувременно смята да увеличи наградата до един милион долара.

Днес Фредкин не е единственият, който смята, че ДНК представлява определена форма на информация, но по времето, когато той за пръв път лансира тази идея, тя не изглеждаше толкова приемлива. Същото може да се каже и за много други негови идеи. Когато мирогледът му изкристализира преди близо четвърт век, той веднага съзира множество дълбоки потвърждения за правилността му в такива области като физика, биология и психология. Възгледите му постепенно придобиват все по-широко признание и той вижда в тази тенденция още едно доказателство за правилността на схващанията си.

"Аз твърдя, че на най-елементарното ниво на сложност информационният процес представлява онова, което ние наричаме физика. На много по-високи нива на сложност – на нивото на живота, ДНК и всички видове биохимични функции – управлението се осъществява от двоичния информационен процес. А на още по-високо ниво нашия мисловен процес е по същество процес на обработка на информацията." Това не означава, подчертава той, че всичко трябва да се разглежда само като информация. "Нали съществува и математика, и всякакви такива работи, но не всичко може да бъде обяснено най-добре от математическа гледна точка. Така че аз не искам да кажа, че информацията трябва да измести всички други понятия. Тя е просто още една възможност за моделиране на реалността, а както се оказа, тази концепция е приложима за разкриването на трите най-големи философски загадки."

Сред учените, които не отхвърлят теорията на Фредкин за цифровата физика, е Марвин Мински, специалист по проблемите на информатиката в МТИ, който се ползва в известни среди едва ли не с култов авторитет. Мински сравнява Фредкин с Айнщайн по умението му да открива дълбоки принципи чрез сравнително прости интелектуални построения. Вярно е, че повечето физици смятат теориите на Фредкин за погрешни, казва Мински, но също така е вярно, че "повечето физици не са тези, които лансират нови теории"; те си вършат работата, виждайки нещата ограничено и никога не поставяйки под съмнение догмата на деня. Когато става дума за такова основно преразглеждане на мисловния процес, каквото предлага Фредкин, "няма смисъл да се говори по въпроса с хората, които не са от калибъра на Фейнман, Айнщайн или Паули", добавя Мински. Аз разговарях с Ричард Фейнман, нобелов лауреат от Калифорнийския технологичен институт, преди смъртта му през февруари 1988. Фейнман смяташе Фредкин за блестящ и оригинален мислител, макар и понякога недостатъчно предпазлив в изказванията си. Ако се намери някой, който да предложи нов и многообещаващ подход към физиката, ми каза Фейнман, това ще бъде Фредкин.

Независимо от моралната им поддръжка на Фредкин, нито Фейнман, нито Мински никога не са казвали, че споделят идеята за вселената като компютър. Те винаги са подкрепяли интелектуалните усилия на Фредкин, но не и този конкретен резултат от тях. Когато става дума за цифровата физика, Ед Фредкин се оказва самотен пътник.

Той знае това и изразява съжаление, че идеите му не се споделят от колегите. Но увереността му в своята правота остава непоклатима. Фредкин е имал доста особено детство, получил е не съвсем обичайно образование и е направил необичайна кариера – и всичко това, по собствените му думи, е съдействало за формирането у него на необичайни възгледи върху природата и вселената.

ДРЕБНО НАШАРЕНАТА ВСЕЛЕНА

Според Фредкин, първичната движеща сила, основният принцип, на който се подчинява вселената, трябва да спада към онази категория компютърни програми, която е известна като "клетъчни автомати". Клетъчният автомат бе изобретен в началото на 50-те години от Джон фон Нойман, един от архитектите на информатиката и творчески мислител в редица други научни области. Думата "клетъчен" тук не се употребява в биологичен смисъл. С нея се обозначават разположени един до друг пространствени клетки, които заедно образуват определена структура. Днес такива структури-изображения могат да се видят на всеки компютърен дисплей, но по времето на Нойман компютри нямаше и той трябваше да се задоволява с рисуването на клетките върху лист хартия.

В някои отношения клетъчните автомати напомнят онези прекрасни графични изображения, които могат понякога да се наблюдават по стадионите, когато патриотичните маси или големи групи запалянковци едновременно по даден знак вдигат ръце с разноцветни картони, от които се образува портрет на национален лидер или название на футболен отбор. Още по-впечатляващо е, когато един такъв портрет изведнъж изчезва и на мястото му веднага се появява друг. Това е една ефектна демонстрация на прецизност и планиране.

Но да предположим, че планиране няма. Да предположим, че вместо една предварително установена последователност на вдигането на картоните всеки участник се ръководи само от някакво правило, според което решава какъв картон да вдигне. Например, в една тълпа, чиито картони са само от два цвята – син и бял – всеки човек е получил нареждане първо да погледне четиримата си съседи (отляво, отдясно, отпред и отзад) и след това да вдигне такъв картон, какъвто са вдигнали повечето от съседите му в предишния "кадър". Или напротив, нареждането може да бъде да се вдига картон с цвят, обратен на цвета на картоните, вдигани от съседите. И в двата случая резултатът ще бъде една последователност не на предварително замислени изображения, а на абстрактни, непредсказуеми цветови съчетания. Това разкрива възможности за огромно разнообразие. Съществуват множество начини за дефиниране на "околност", а всяка дадена "околност" може да има множество различни правила на поведение, повечето от които са много по-сложни от слепия конформизъм или непреклонното "дисидентство". Общо взето, броят на възможните правила представлява експоненциална функция от броя на съседните клетки; фон Ноймановата група от пет клетки има 2³² или близо четири милиарда възможни правила. Но каквито и "околности" и каквито и правила да се програмират за компютъра, за клетъчните автомати винаги важат две неща: всички клетки се ръководят от едно и също правило, определящо бъдещото им поведение въз основа на миналото поведение на околността; всички клетки се подчиняват на правилото едновременно и неизменно, колкото пъти бъдат задействувани.

В края на 50-те години, след като се запознава с теорията за клетъчните автомати, Фредкин започва да се занимава с правилата, отбирайки силните и интересни и отхвърляйки слабите и неинтересни. Той открива, например, че никое правило, което изисква и четирите околни клетки да светнат, за да светне в следващия момент и клетката в средата, не би могло да осигури трайно светене и на петте клетки; дори и една-единствена несветеща клетка неизбежно ще се "размножи" и в края на краищата ще доведе до угасване на компютърния дисплей. Но подобни прости правила могат да създават и много сложни ситуации. Първото такова правило, открито от Фредкин, изисква клетката да бъде "включена", ако са включени нечетен брой от нейната фон Нойманова околност, и да бъде "изключена" във всички други случаи. След като "засява" това хубаво, силно правило с безредна шарения от светещи и тъмни клетки, Фредкин наблюдава появата на огромно разнообразие от сложни съчетания, някои от които "застиват" след оформянето им, други бързо се разпадат, трети проявяват цикличен характер на формиране и разпадане. Един колега на Фредкин, след като наблюдава това правило в действие, му предлага да продаде програмата на някой десенатор на персийски килими.

Днес новите правила за клетъчни автомати се формулират и проверяват от групата за информационна механика, създадена от Фредкин в рамките на Лабораторията за информатика пр МТИ. Ядрото на групата съставляват двама физици-чужденци – Томазо Тофоли и Норман Марголис от Канада. Те с различна степен на сериозност се отнасят към физическата теория на Фредкин, но и двамата са съгласни с него, че изследването на връзката между информатиката и физиката заслужава внимание и усилия. И двамата отделят много време на симулиране на физическите процеси посредством клетъчните автомати.

Фредкин смята, че клетъчните автомати ще отразяват действителността по-точно, ако се прилагат на по-фундаменталните й нива и при условие, че ще бъдат открити правила, необходими за моделиране на движението на молекулите, атомите, електроните и кварките. Той смята също, че на най-фундаменталното ниво (какво е това ниво – все още не е установено) автоматите ще описват физическия свят с абсолютна прецизност, защото вселената на това ниво е един клетъчен автомат с три измерения – една кристална структура от взаимодействуващи логически единици, всяка от които "решава" невъобразимо число пъти в секунда дали да бъде "включена" или "изключена" във всеки следващ момент. Този вид информация, казва Фредкин, е тъканта на действителността, онази субстанция, от която възникват материята и енергията. Електронът във вселената на Фредкин не е нищо повече от една информационна "шарка", а движещият се в орбита електрон не е нищо повече от една движеща се информационна "шарка". Всъщност дори това движение е в известен смисъл илюзорно: битовете информация, които образуват шарката, са в пълен покой, както не си сменят местата хората на стадиона, когато им се нареди да изместят "портрета" малко наляво или надясно. Всеки бит си остава неподвижен и ограничава своята "дейност" единствено до "светването" и "изгасването". "Трябва да ви кажа, че не вярвам в съществуването на такива обекти като протони и електрони и на неща, които са такива, каквито изглеждат – казва Фредкин. – Убеден съм, че съществува един информационен процес и че битовете, подредени в определена конфигурация, ни се явяват във формата на електрон, водороден атом и какво ли не."

В повечето конвенционални физически теории прозира интуитивното схващане, че реалността е един континуитет – че не съществува такова нещо като "точка" във времето, че то тече непрекъснато, както и че пространството не е разделено на малки "парченца", а е абсолютно "безшевно". Според теорията на Фредкин както пространството, така и времето имат зърнеста структура, като зрънцата не могат да бъдат раздробени на по-малки зрънца; хората и кучетата, дърветата и океаните в своята най-дълбока същност приличат по-скоро на мозайка, отколкото на живописна картина, а същността на времето се олицетворява по-добре от цифров часовник, отколкото от часовник със стрелки.

Неизбежният въпрос е: защо пространството и времето изглеждат непрекъснати, щом като не са? Очевидният отговор е: защото "кубчетата" на пространството и времето са извънредно малки – времето изглежда непрекъснато по същата причина, по която изглежда непрекъснато и движението на филмовата лента, макар и тя да се състои от отделни кадри, а илюзията за пространствения континуитет е близка по характер до изглеждащите цялостни светлосенки на вестникарските снимки, които в действителност са съставени от множество фини точици.

Но очевидният отговор, казва Фредкин, не е пълният отговор. Илюзията за непрекъснатостта в нашия случай се корени по-дълбоко. Дори и да бяха тиктаканията на вселенския часовник бавни в някакъв абсолютен смисъл, времето за нас все едно щеше да изглежда непрекъснато, тъй като нашето възприятие е тактувано в този основен ритъм на процесите и не може да бъде раздробено на по-дребни единици. Същото важи и за пространствените възприятия: биха ли могли очите, съставени от най-малките единици във вселената, да виждат тези единици? Би ли могъл един информационен процес да възприема най-малките съставляващи го елементи? Най-същественото е, че основните единици на времето и пространството във вселената на Фредкин не са просто неуловимо малки. Доколкото в тази вселена съществуват създания, които са в състояние да възприемат реалността, единиците на времето и пространството трябва да бъдат незабележимо малки.

ВЪРХЪТ НА СЪВЪРШЕНСТВОТО

Едуард Фредкин е роден през 1934, най-малкото от трите деца на преуспяващо до едно време семейство. Баща му се преселил от Русия след революцията и основал мрежа магазини за радиоприемници, но се разорил през Голямата депресия. На семейството се наложило да икономисва всичко и Фредкин добре запомнил този житейски урок.

От ранна възраст Фредкин се интересува от всякякви механизми – любимото му занимание като малък е да разглобява и сглобява часовници. И докато другите деца играят навън бейзбол, а по-късно тичат подир момичетата, Ед Фредкин методично се занимава с какви ли не механични устройства. "Винаги добре съм се разбирал с механизмите", си спомня той.

След като завършва гимназия през 1952, Фредкин постъпва в Калифорнийския технологически институт. Едната от малкото поуки, които той извлича от пребиваването си там е, че колежът твърде много се различава от училището – в колежа човек ако не учи, пропада. Именно това му се случва във втори курс. Подир това, следвайки примера на по-големия си брат, той постъпва във военновъздушните сили на САЩ, където става пилот на изтребител.

Именно във военната авиация Фредкин за първи път се сблъсква с компютрите. По едно време той служи в поделение, чиято задача е контролирането на компютъризираната система на противовъздушна отбрана. За тази цел военната авиация се нуждае от хора, които умеят да работят с компютри и през 1956 група военнослужещи, сред които е и Фредкин, бива изпратена за обучение по информатика в МТИ. "От самото начало тази работа ме увлече – си спомня Фредкин. –Аз попивах всичко като гъба." Компютърът "Ай-Би-Ем", с който той работи, представлява в очите му най-съвършената в известен смисъл съвкупност от материални елементи – по-сложна и по-гъвкава от всякакви други неорганични механизми и по-логична от органичните."Виждате ли, когато написвам една програма и тя е правилна – непременно ще даде резултат. А когато имам работа с човек и му кажа да свърши някаква работа – резултат може да има, а може и да няма."

В продължение на няколко години след постъпването в МТИ, когато Фредкин се оформя като един от първите програмисти-виртуози, той заедно с това задълбочено се занимава с физика, като в края на краищата чрез самообразование наваксва онези знания, които бе пропуснал да придобие в Калифорнийския технологичен институт. Именно подготовката му в тези две области се оказва стимул за възникването на теорията на цифровата физика, казва Фредкин. Мнозина физици придобиват още като деца онова чувство на афинитет с машините, което той изпитва и до днес, но в повечето случаи то отслабва впоследствие под влиянието на стандартното образование; квантовата механика, тази преобладаваща парадигма в съвременната физика, предполага, че реалността в своята най-дълбока същност е съставена от действително случайни елементи, което я прави в основата си непредсказуема. Но Фредкин е успял да избегне обичайната индоктринация. До ден днешен той твърди, както е твърдял и Айнщайн, че общоприетата интерпретация на квантовата механика е погрешна – че всяка привидна неопределеност в субатомния свят отразява единствено нашето непознаване на детерминиращите принципи, а не отсъствието им. Това е едно много важно схващане, защото ако Фредкин греши и вселената не е в крайна сметка детерминистична, тя не може да бъде управлявана от такъв прецизен процес, какъвто е една компютърна програма.

След като напуска военновъздушните сили, Фредкин постъпва на работа в бостънската консултантска фирма "Болт, Беранек енд Нюман", известна днес като една от водещите в областта на изкуствения интелект и компютърните мрежи. Там той работи под ръководството на Д.С.Ликлайдър, който разказва следното за първата си среща с Фредкин: "Веднага ми стана ясно, че това е един много необикновен човек, може би гений, и колкото по-добре го опознавах, толкова по-вече се убеждавах, че първото ми впечатление не беше погрешно." Когато Ликлайдър давал на Фредкин да разработва някакъв проблем, Фредкин обикновено се затварял в кабинета си и след 20-30 часа идвал с решението му, или по-скоро с някакво решение, защото често пъти това било решение на проблем, различен от интересуващия Ликлайдър.

Сред идеите, оформили се в съзнанието на Фредкин по време на работата във фирмата "ББН", е и онази, която му създава сегашната противоречива репутация на (в зависимост от това, кой говори за него) един дълбок и рядко проницателен мислител, на човек, който лансира интересни, но твърде спекулативни идеи, или просто на чудак.

ТИК-ТАК, ТОЧКА ПО ТОЧКА

Идеята, че вселената може да се опише като един вид компютър, се корени отчасти в идеята за "универсалния компютър". Универсалният компютър е такъв компютър, който може да симулира всеки процес, поддаващ се на прецизно формулиране, и може да изчислява всичко, което се поддава на изчисление.

Мощността на такъв компютър се определя в крайна сметка от едно много просто нещо: алгоритъма, който е една фиксирана процедура за превръщане на входни данни в изходни, на един вид информация в друг. Например, алгоритъм е такава компютърна програма, която при въвеждането в нея на което и да е число го повдига на квадрат и изважда три. Това не е много мощен алгоритъм – като получава на входа числото 3 и го превръща на изхода в 6, той не създава кой знае каква нова информация. Но алгоритмите стават по-мощни, ако се направят рекурсивни. Рекурсивният алгоритъм е такъв алгоритъм, чиито изходни данни се подават обратно в компютъра като входни. По такъв начин ако алгоритъмът, превръщащ 3 в 6 функционира рекурсивно, той ще продължава да изпълнява тази операция, превръщайки 6 в 33, 33 в 1086, 1086 в 1179 393 и т.н.

Мощността на рекурсивните алгоритми се проявява с особена очевидност при симулирането на физическите процеси. Работейки в "ББН", Фредкин често използвал компютъра на компанията, за да симулира, да кажем, две елементарни частици, едната от които има положителен, а другата – отрицателен заряд и които обикалят една около друга в съответствие със законите на електромагнетизма. Създадената от него програма взема за изходни данни скоростта и положението и на двете частици в определен времеви момент, изчислява тези променливи за следващия момент и ги въвежда обратно в компютъра, за да бъдат изчислени променливите за по-следващия момент и тъй нататък, със скорост хиляди пъти в секунда. Именно работейки върху тази задача, Фредкин за първи път вижда възможност за създаването на теория, според която вселената "функционира" като сбор и последователност от времеви и пространствени точки. Цялата сложност на такава вселена се свежда на най-фундаменталното й ниво до няколко елементарно прости правила.

Запознаването на Фредкин няколко години по-късно с теорията на клетъчните автомати укрепва схващането му за икономия на информацията и вярата му във възможностите на рекурсивния алгоритъм. Създаваните от автоматите шарки често пъти не се поддават на описание с математически средства, но не представляват трудност за алгоритмичното им представяне. Най-удивителното свойство на клетъчния автомат е контрастът между простотата на управляващия алгоритъм и богатството на получаваните резултати.

За всеки учен моментът на откритие не просто стимулира по- нататъшните търсения на знания, но и разширява сферата на тези търсения. Обединяващият принцип след откриването му може да запали такъв ентусиазъм, че ученият започва да съзира потвърждението му в най-различни области. Именно такъв е случаят с Фредкин, който след като открива как едно просто правило за програмиране позволява да се представят явления с огромна сложност, с ентусиазъм се обръща към физиката и започва да я разглежда в нова светлина.

През 1962 Фредкин напуска фирмата "ББН" и основава своя собствена компания "Информейшън Интърнашънъл Инкорпорейтид" - едно впечатляващо название за компания без капитал, без клиенти и чийто единствен служител дори няма завършено висше образование. "Тройното–И", както започват да наричат компанията, тръгва по пътя към богатство и слава след като получава случайна поръчка от Океанографския институт "Удс Хоул". Един от експериментите на "Удс Хоул" изведнъж се "закучва": подводните му инструменти много точно записват променящите се направления и скорост на дълбоките океански течения, но информацията, закодирана посредством малки светли точици върху 16-милиметрова филмова лента, не се поддава на въвеждане в компютъра, за да бъде анализирана. Фредкин взима под наем един 16-милиметров прожекционен апарат и след като внася в него незначителни конструктивни промени го превръща в машина за преобразуване на тези точици в приемливи за компютъра термини.

Както се оказва, военновъздушните сили, компанията "Ар-Си-Ей" и други организации също имат проблеми с преобразуването на визуални образи в цифрови данни и фирмата "Тройното–И" става специализиран производител на все по-сложни "програмируеми устройства за четене на филми", чиято цена достига 500 000 долара. През 1968 "Тройното–И" се превръща в акционерно дружество и Фредкин изведнъж става милионер. Първо той си купува ранчо в Колорадо. А когато веднъж преглежда рубриката за недвижими имоти в един вестник, вижда обява за продажба на остров в Карибско море. И го купува.

В началото на 60-те години, по предложение на Агенцията за научни изследвания при министреството на отбраната, в МТИ се създава Лаборатория за информатика, която първоначално се нарича "Проект МАС" (съкращение от английските изрази "machine-aided cognition" или "multi-access computer" – съответно "машинно разпознаване" или "компютър с множествен достъп"). Фредкин е избран за член на ръководния комитет на "Проект МАС", а през 1966 започва да обсъжда с Мински възможността да бъде назначен за гостуващ професор в МТИ. Идеята на един незавършил бивш студент да стане член на преподавателското тяло във висше учебно заведение не беше така нелепа, както може би изглежда днес, си спомня Мински; информатиката беше станала научна дисциплина толкова изведнъж, че мнозина от водещите специалисти по нея се оказаха хора без научни титли. В 1968, когато директор на "Проект МАС" става Ликлайдър, той заедно с Мински успява да убеди ръководителя на факултета по електроинженерство, че Фредкин заслужава преподавателски пост.

След като преподава в продължение на една година, Фредкин е удостоен с професорско звание, а малко по-късно, през 1971, е назначен за ръководител на "Проект МАС". На този пост той остава до есента на 1974, когато взема едногодишна академична отпуска и отива в Калифорнийския технологичан институт, за да работи под ръководството на Ричард Фейнман. Уговорката е той да "обучи" Фейнман на информатика, а Фейнман да го "обучи" на физика. Имено по онова време Фредкин разработва една идея, която постепенно добива признание като голям принос и към двете дисциплини. Идеята идва да потвърди също – поне така смята Фредкин – правилността на теорията му за цифровата физика. Едно от следствията на тази идея, изложено в кратък и затова не съвсем ясен вид, е откритието на Фредкин, че изчислителният процес не е необратим по своята същност и за това по принцип е възможно да бъде създаден компютър, който да не разходва енергия и да не отделя топлина.

Всичките съвременни компютри са необратими. Това означава, че за процеса на извършената от тях обработка на информация не може да се съди по резултатите. Не е възможно да се определи от съдържащите се в компютъра данни начинът, по който те са получени. В момента, когато компютърът Ви казва, че две плюс две прави четири, той вече е "забравил" въпроса; за него е безразлично дали въпросът е бил колко правят две плюс две или едно плюс три. Причината за това неведение е там, че компютрите елиминират онази информация, която не им е необходима, за да не се "затлачват" с нея.

През 1961 Ролф Ландауър от изследователския център "Томас Д. Уотсън" при "Ай-Би-Ем" установява, че това елиминиране на информация е единствената част от изчислителния процес, която неизбежно се съпровожда с разсейване на енергия. С други думи, от компютъра са изискват усилия за да "забравя", но не и за да изпълнява другите си функции. Поради това въпросът дали е възможно да бъде създаден, по принцип, универсален компютър, който да не разсейва енергия във вид на топлина, е равнозначен на въпроса дали може да бъде създаден логически обратим универсален компютър, чийто процес на изчисления винаги може да бъде възстановен. Ландауър, както и почти всички други, смята, че създаването на такъв компютър е невъзможно; всички предишни компютърни архитектури винаги са елиминирали използваната информация. Но по времето на пребиваването си в Калифорнийския технологически институт Фредкин успява да докаже, че всички, които мислят така, грешат.

От двата вида изобретени от Фредкин обратими компютри с по-голяма известност се ползва тъй наречения "компютър от билярден тип". Ако можеше да бъде построен, той щеше да се състои от билярдни топки, рикоширащи при взаимни стълкновения в един лабиринт от "огледала", понякога изкачащи навън през вратички, които пропускат понякога отвън нови топки. За да се получат от тази машина данни, тя трябва да се покрие отгоре с решетка, а машината ще представлява информация. Както демонстрира Фредкин, такава машина не е нищо друго освен един универсален компютър; тя би могла да върши всичко, което вършат обикновените компютри. Но за разлика от тях, тя би била напълно обратима; единственото, което би било необходимо, за да се проследи "историята" на процеса в нея, е тя да бъде спряна и пусната на обратен ход.

Компютърът от билярден тип никога няма да бъде създаден, защото представлява едно умозрително устройство, съществуващо само в света на идеала. Топките му трябва да бъдат идеално кръгли и абсолютно твърди, а масата – идеално равна и абсолютно твърда. Между топките и масата не трябва да съществува триене, а при стълкновенията на топките не трябва да се губи никаква енергия. Връзката, която Фредкин вижда между билярдния компютър и цифровата физика, илюстрира разнообразието на свидетелствата, събрани от него в подкрепа на теорията му. Той отбелязва, че молекулите, атомите и съставляващите ги частици се движат по един теоретически обратим начин, подобно на билярдните топки; но да се "инвентаризира" физическото състояние на вселената и да се пресъздаде историята й чрез проследяване движението на всичките елементарни частици в обратна посока е, разбира се, извън човешките възможности.

Фредкин не е в състояние да предложи никаква последователна аргументация, която убедително или поне приемливо да защити твърдението, че вселената е компютър. Той може да говори за обратим компютър, за клетъчен автомат, за множество физически величини (като, например, светлината), които преди се смятаха за непрекъснати, а днес се смятат за дискретни, и т.н. Свидетелствата му се състоят от голям брой малки неща – толкова много и толкова малки, че в края на краищата той се вижда принуден да прибегне до едно образно сравнение, за да поясни идеята си: "Аз намерих доказателства за моите схващания на 10 000 различни места – казва той. – И за мен те са напълно убедителни. Да предположим, че има някакво животно, което искам да хвана. Знам как изглеждат следите му. Намерил съм изпражненията му. Открил съм полусдъвканата му храна. Намерил съм кичури от козината му и тъй нататък. Всички тези находки се отнасят до един и същ вид животно, което не прилича на никое от известните ни. Хората питат – къде е това животно? Аз казвам – ето, то беше тук, то трябва да има еди какви си размери, трябва да изглежда еди как си и да притежава еди какво си. Аз знам хиляди подробности за него. Аз не съм го хванал още, но знам, че то съществува."

DEUS EX MACHINA

В Нютоновата теория за всемирната гравитация има нещо смущаващо. Идеята, че Слънцето притегля Земята и обратно изглежда някак си свръхестествена и във всеки случай труднообяснима. По какъв начин, в края на краищата, се осъществява едно подобно "дистанционно въздействие"? Дали Земята е "погледнала" към Слънцето, преценила разстоянието си до него, справила се със Закона на гравитацията и "взела решение" по каква орбита и с каква скорост да се движи? Нютон не дава отговор на тези въпроси. Той пише, че две небесни тела взаимодействат сякаш под въздействието на сила обратнопропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Оттогава до наши дни физиците следват този пример на Нютон. Физичните "полета" и "сили" са всъщност метафори, във физичните закони не са нищо повече от описания. Учените дори не се опитват да обяснят защо физическите обекти се подчиняват на закона на електромагнетизма или на гравитацията. Законът си е закон – и това е то.

Фредкин отказва да вярва сляпо на авторитетите. Той не само постулира закони, но и предлага инструмент за доказването им. Този инструмент е компютърът. Той вярва, че някъде "там" съществува един вид машина, коята заставя отделните елементи на вселената да се подчиняват на правилото на клетъчния автомат. Тази теория на Фредкин размива границата между физиката и метафизиката, между научната хипотеза и космическите спекулации. Ако Фредкин имаше дарбата на Нютон за обясняване на откритията си, ако се задоволеше с твърдението, че вселената функционира сякаш е един компютър, той би могъл да повиши авторитета си сред физиците, без да жертвува същността на своята теория – идеята, че динамиката на физическата реалност може по-добре да се пресъздаде с помощта на един рекурсивен алгоритъм, отколкото с математическите средства на конвенционалната физика, и че континуитетът на времето и пространството, който е имплицитен в традиционните математически модели, е илюзия.

Някои изтъкнати физици казват напоследък неща, които не са всъщност твърде различни от теорията на Фредкин. Т.Д.Лий, нобеловият лауреат от Колумбийския университет, подробно разглежда вероятността времето да има дискретен характер. А в един от броевете на сериозното научно списание "Сайънтифик Америкън" от 1984 е публикувана статия, в която Стивън Уолфрем от Принстънския институт за фундаментални изследвания пише следното: "Научните закони днес се разглеждат като алгоритми… Физическите системи се разглеждат като изчислителни системи, оброботващи информация по същия начин като компютрите." Но защо Фредкин отказва да улесни положението си в научния свят като изостави твърдението си, че вселената наистина в един компютър? Една от причините е, че той смята за провал от страна на Нютон и на всички други физици от времето му насам неспособността им да подкрепят описанията на природните явления с ясни обяснения. Той с изумление говори за това, че "съвършено рационално мислещи учени" вярват "в един вид мистицизъм – че нещата стават от само себе си, просто защото стават". Най-добрата физика, според Фредкин, е метафизиката.

Проблемът на метафизиката е нейната безкрайна дълбочина. Всеки въпрос, който получава отговор, поражда поне още един въпрос и накрая не винаги е ясно, дали е постигнат някакъв напредък. Например, къде се намира този компютър, за който говори Фредкин? Дали не е някъде във вселената, а е невидим, защото се намира в пето или шесто измерение? Или е в някаква метавселена? По всяка вероятност вярно е второто, а за да разберем защо е така, трябва да се върнем към проблема на безграничното връщане назад, в миналото.

Този проблем засяга теорията на Фредкин по два начина, с единия от които ние вече се сблъскахме: ако материята е "направена" от информация, то от какво е направена информацията? И дори да допуснем, че няма нищо абсурдно информацията да се смята за по-фундаментална категория от масата и енергията, какво да се каже за компютъра? От какво е направен той? С какво се задвижва?

Първо на първо, няма никакво значение от какво е направена информацията или какво предсавлява произвеждащият я компютър. Компютърът би могъл да представлява някакво електронно устройство, или някаква хидравлична машина от колосални тръби и вентили, или пък нещо такова, което ние дори не сме в състояние да си представим. Кой го интересува, от какво се състои информацията? Стига правилото на клетъчния автомат да си остава неизменно за всички случаи, неизменни ще остават и структурите на информацията, неизменни ще останем и ние, защото структурата на нашия свят зависи от конфигурацията на елементите му, а не от субстрата им; въглеродният атом, според Фредкин, представлява конфигурация от битове, а не определен вид битове.

Освен това, ние никога няма да разберем от какво е направена информацията, нито какъв вид машини я обработват. Този въпрос напомня на Фредкин за детските разговори със сестра му Джоан, в които те си представяли, че самите те и целият свят съществуват само в мислите на Бога. "Да предположим, че Бог се намира в някаква стая, а на масата пред него са сложени сладки и чай – казва Фредкин. – И той си измисля цялата наша вселена. Затова ние не можем да се пресегнем и да си вземем от сладките му. Те не са в нашата вселена. Нашата вселена си има граници. Някои неща се намират в нея, а други – извън нея."

Компютърът се намира извън границите на нашата вселена. Хардуерът е извън досега със собствения си софтуер. Представете си една невероятно сложна компютърна програма, включваща такива сложни пакети информация каквито са хората, мотивирани от не по-малко сложни информационни пакети, каквито са идеите. Тези "хора" не биха могли по никакъв начин да узнаят на какъв вид компютър дължат съществуването си, защото всичко, което казват, и всичко, което правят - включително и формулирането на метафизични хипотези – зависи изцяло от програмните правила и първоначалните входни данни.

Тази идея – че притежаващите способност за възприятие същества могат да остават органически невъзприемчиви към строежа на реалността – занимава умовете на много хора, в това число и на специалисти по информатика. Един от най-удивителните аспекти на тази идея е фактът, че всеки универсален компютър може да симулира друг универсален компютър, а симулираният компютър може (защото и той е универсален) да симулира още един универсален компютър и т.н. По такъв начин е възможно да си представим една теоретически безкрайна поредица компютри, намиращи се един в друг (като руските матрьошки) и в същото време "несъзнаващи" този факт. За всеки, който се занимава с информатика и дълбоко се замисля над проблемите на компютърната техника, казва сътрудникът на лабораторията "Уотсън" при "Ай-Би-Ем" Чарлс Бенет, тази идея изглежда много привлекателна. "Но ако се почувствате завладян от нея, много е вероятно пътищата Ви с физиците да се разминат." Физиците, казва Бенет, смятат за ерес идеята, че каквото и да било физическо явление може да не се поддава на експериментална проверка, да бъде недостъпно за науката.

Убедеността на Фредкин в ограничените възможности на научното познание може да изглежда като проява на интелектуална скромност, но в крайна сметка тя спомага за реализиране на големи амбиции; тя го насърчава да се заеме с някои от най-големите философски въпроси. Съществува, например, един парадокс, който се явява всеки път, когато става дума за възникването на вселената. От една страна, тя би трябвало да има начало. В края на краищата всички неща имат някакво начало. Освен това, космологическите свидетелства говорят, че такова начало наистина е имало във вид на Големия взрив. Но от друга страна, науката твърди, че е невъзможно нещо да се появи от нищо; физическите закони не допускат никаква промяна на количеството маса и енергия във вселената. Как тогава да се обясни, че може би е имало време, когато не е съществувала никаква маса и енергия – не е съществувала вселената? Фредкин преодолява този парадокс без особени трудности. Добре, казва той, законите на нашата вселена не допускат появата на нещо от нищо. Но не е невъзможно да си представим закони, които биха допускали подобно нещо. Фредкин си ги представя като алгоритмични закони.

Удивително е, колко убедителен е Фредкин, когато с такова самочувствие и категоричност говори за възникването на вселената – или когато Ви гледа право в очите и Ви казва, че вселената е един компютър.

И все пак, колкото повече се отдалечава от физиката и колкото по-дълбоко навлиза във философията, толкова по-неубедително започват да звучат доводите му. Например, след като "се справя" с въпроса за това какъв вид процес би могъл да доведе до раждането на една вселена, в която е невъзможна никаква спонтанна поява на каквото и да било, той веднага се захваща с още по-сложен въпрос: защо е създадена вселената? Защо съществува нещо, когато би могло да не съществува нищо?

Този въпрос възниква по време на нашия разговор във вилата на Фредкин, когато той говори за интересните характеристики и на някои компютърни програми, включително на много от клетъчните автомати, при което е невъзможно да се стигне до окончателния резултат по "съкратената процедура". В това, всъщност, се заключава разликата между "аналитичния" подход, типичен за традиционната математика, включително диференциалното смятане, и "компютърния" подход, който се асоциира с алгоритмите. Възможно е да се предскаже бъдещото състояние на система, поддаваща се на аналитичен подход, без да се определят всичките й междинни състояния, но при повечето клетъчни автомати за да се стигне до крайния резултат е необходимо да се мине през всичките междинни етапи: бъдещето не може да бъде видяно, освен в процеса на разгръщането му.

Тази неопределеност е твърде многозначителна. Фредкин я възприема като свидетелство, че дори ако човешкото поведение е напълно детерминирано и неизбежно, то все пак може да бъде непредсказуемо, че в една изцяло механистична вселена може да има място за "псевдосвободна воля". Но в онази вечер на вилата му Фредкин говореше предимно за космогония, за последиците от тази неопределеност за големия въпрос: защо съществува този гигантски компютър-вселена?

Да предположим, казва той, че съществува един всемогъщ Бог. "Той е замислил да сътвори тази вселена. Решил е да свърши цялата работа за седем дни-всичко това е, разбира се, алегория. Добре, щом като той е толкова всемогъщ, той би могъл да каже – 'Я да видим, трябва ли наистина да губя толкова време? Мога да сътворя вселената, а мога и просто да си помисля за нея една минута и да видя какво ще излезе от цялата работа, без да си давам много труд.' Традиционната физика казва, че ако има такъв всемогъщ Бог, той вероятно би могъл да постъпи по този начин. Но аз казвам – и това е много интересно – че не ме интересува колко всемогъщ е този Бог; той не може да узнае как ще изглежда вселената, преди да я сътвори. Той може да го направи по различни начини, но за да види окончателния резултат, ще трябва да свърши цялата работа стъпка по стъпка, без да пропуска нито един от съставляващите тази вселена елементи."

На залез слънце островът на Фредкин се огласява от жужене, бръмчене и цвърчене на множество насекоми от всякакъв вид. Това е един от тези моменти, когато изграденият от вас контекст изведнъж се разпада и отстъпва място на друг, напълно различен от първия. В случая първоначалният контекст включваше Фредкин в ролята на мислител-иконоборец, който вярва, че времето и пространството имат дискретен характер, че законите на вселената са алгоритми и че вселената функционира по принципа на компютъра (именно това са изразите, които Фредкин употребява, когато говори най-разсъдливо). В новия контекст Фредкин твърди, че вселената е компютър в буквалния смисъл на думата и че този компютър се използва от някого (или от нещо) за решаване на някаква задача. Всичко това започва да звучи като вицът за "добра новина – лоша новина": добрата новина е, че нашият живот има цел и смисъл, а лошата е, че смисълът на нашия живот се свежда единствено до това да помогнем на някакъв далечен програмист да определи с почти безкрайна точност стойността на някаква физическа константа.

"Значи, Вие твърдите, че причината за нашето съществуване е желанието на някакво същество да провери валидността на своята теория за реалността посредством създаването на тази реалност?" – питам аз Фредкин. "Не – казва той, – моите разсъждения са много по-абстрактни. Аз не си представям никакво същество или нещо от този род. Аз просто използвам тази метафора, когато говоря с Вас. А онова, което искам да кажа, е, че не съществува никаква възможност да се узнае бъдещето, преди вселената да се окаже там (в това бъдеще). Следователно, аз приемам за даденост, че съществува някакъв въпрос и съществува отговор на този въпрос. Аз не правя никакви предположения относно това кой търси отговора."

Колкото по-дълго разговаряме, толкова повече Фредкин се доближава до религиозния подтекст, като същевременно иска да го избегне. "Мисля, че онова, което казвам, е, че нямам никакви религиозни вярвания. Аз не знам какво има или може да има 'там'. Но мога да кажа, че ми се струва вероятно тази конкретна наша вселена да е следствие на нещо, което бих могъл да нарека 'разум'." Означава ли това, че "там" има нещо, което се опитва да намери отговор на някакъв въпрос? "Да". Нещо, което е създало вселената, за да види какво ще стане? "В известен смисъл – да."

Откъслечното, "хибридно" образование, получено от Фредкин, е оставило в речника му една терминологична смесица, която нито учените в областта на информатиката, нито физиците не признават за професионален език. Освен това, той няма и школовка във воденето на научни дискусии: понякога изглежда, че той почти не различава границата между една научна хипотеза и философското теоретизиране. Той не винаги успява да ограничи аргументацията си до същността на разглежданите проблеми: дискретността на времето и пространството, детерминираността на всяка точка в пространството и времето от само един алгоритъм. Накратко, именно онези лични качества, които позволяват на Фредкин да вижда вселената като компютър, изглежда му пречат да сподели идеите си с други. Но, може би, ако умееше да говори като всички други учени, той нямаше да вижда онези неща, които вижда – и които не виждат те.

Първа публикация: Robert Wright, "Did the Universe just happen?", The Atlantic Monthly (April 1988) 29-44.

Превод на български: сп."Спектър", бр.66 (1989) стр.43-51.

За повече информация вж. също: https://digitalphysics.org