Взрыв сложности

Сложность во Вселенной

Одним из неотъемлемых свойств известной нам части Вселенной является неуклонное усложнение природных объектов и систем.

Звезды и планеты существовали не всегда. В первые моменты после Большого взрыва Вселенная была наполнена газом элементарных частиц. Если судить по современным космологическим моделям, вся наша Вселенная в то время могла быть описана ничтожным количеством информации - возможно, десятком или сотней байт. Затем образовались атомы и только гораздо позже - звезды, скопления звезд, галактики. Далее на линии космической эволюции лежат молекулы, планеты с ядром, корой, минералами - то есть объекты невиданной ранее сложности. Затем на планетах (по крайней мере, на одной из них) зарождается жизнь - сначала одноклеточная, затем многоклеточная, высшие организмы, общество. При всем недостатке знаний об этапах эволюции общая тенденция к усложнению выражена довольно ярко. (Я не буду здесь спорить с людьми, не верящими в Большой взрыв и происхождение человека от обезьяны.)

Похоже, что эволюция Вселенной подчиняется некоему эмпирическому закону, который можно сформулировать так: сложность самых сложных из имеющихся во Вселенной систем со временем повышается. Этот закон ничем не хуже любого другого - он подтверждается на таких огромных пространственно-временных интервалах, что может быть принят как закон природы, действующий в нашей Вселенной в текущем цикле ее существования.

Посмотрите, как возрастала степень сложности объектов по мере удаления во времени от Большого взрыва:

• атомы: от двух элементарных частиц (водород) до нескольких сотен (уран, трансурановые элементы);
• молекулы: от двух атомов до сотен тысяч и миллионов (полимеры);
• планеты: десятки тысяч геологических структур;
• живые существа: от одной до сотен миллиардов клеток;
• общество: от сотен до миллиардов человек.

Обратите внимание, что каждая следующая ступень включает в себя предыдущие. Они связаны и исторически, в цепи наследования. Звезды не могут появиться раньше атомов. Сложные атомы возникают в звездах. Планеты, по всей видимости, образуются из вещества первых звездных поколений. Химическая эволюция в полную силу разворачивается на планетах. Жизнь базируется на многообразии молекул, минералов и веществ, доступных на планетах. В конечном счете, самая сложная форма, известная нам, - общество, - состоит из 1035 существенно упорядоченных элементарных частиц.

Всеми этими вопросами занимается недавно возникшая теория сложности (complexity science, с некоторыми работами можно ознакомиться по адресам: www.santafe.edu, list of Internet Resources на journals.wiley.com, www.csu.edu.au).

Величину для оценки сложности систем предложил академик
А. Н. Колмогоров. У него сложность пропорциональна длине алгоритма, преобразующего один математический объект в другой (например, отрезки прямых и плоскость в треугольник), то есть относительна. В физической Вселенной сложностью можно считать длину (или логарифм длины) алгоритма, описывающего процесс создания данного объекта из элементарных частиц. То есть, отталкиваясь от объектов, из которых состоит все в известной нам Вселенной, мы можем иметь абсолютную оценку сложности любого объекта. (Здесь нужно пояснить. В величину сложности не включается количество информации, не существенной для качества данного объекта. Например, для некого объема газа описание импульса каждой из молекул представляет собой информацию гигантского объема, но разве это нужно в действительности? Достаточно указать, из каких молекул состоит газ, его температуру, давление и объем.)

Сказанное выше не значит, что все объекты во Вселенной постепенно становятся сложнее. Появление молекул не приводит к исчезновению свободных атомов; возникновение высших животных - к исчезновению одноклеточных. До сих пор большая часть массы Вселенной - это водород, и большая часть живой материи на Земле - это примитивные организмы. Речь идет только о сложности самых сложных из имеющихся на данный момент систем.

В развитии общества видна еще одна закономерность - ускорение роста сложности со временем. Десятки тысяч лет жили на Земле племена, вооруженные копьями и луками. За несколько сотен лет мы проскочили промышленно-техническую цивилизацию. Сколько лет отпущено компьютерному этапу, не известно, но нынешняя скорость эволюции общества беспрецедентна.

Если мы экстраполируем эти тенденции в будущее, то получится, что скорость развития общества должна увеличиться настолько, что общественные формации начнут сменяться каждые пятьдесят, десять и меньше лет, а человечество в течение XXI века объединится в сверхгосударство. Еще несколько лет назад я считал, что процесс должен замедлиться. Не могут же качественно новые состояния общества появляться каждый год, день, минуту?

Но появился фактор, заставляющий думать, что тенденция к ускорению усложнения сохранится, по крайней мере, в обозримое время. Это Интернет, или, как я буду иногда называть его, Сеть. Сеть является определенным этапом в эволюции Вселенной, и в следующих главах мы попытаемся понять, какие перспективы она открывает людям на ближайшие 50-100 лет.

Разумен ли человек?

Здесь предстоит разрушить целую систему недоразумений и предрассудков, существующих в массовом сознании по каким-то непонятным причинам. Дело в том, что разум - вовсе не свойство отдельно взятого человека, а свойство общества, и это далеко не новость для философов.

Разумеется, в прикладном смысле можно пользоваться термином "искусственный интеллект" для обозначения моделирования способностей отдельного человека, но нужно при этом понимать условность такого использования термина.

Свойство можно считать присущим системе, если оно сохраняется на протяжении длительных отрезков времени. Свойство циркового медведя ездить на велосипеде не принадлежит медведю. Оно принадлежит системе "медведь-дрессировщик". Если удалить дрессировщика, медведь не научит медвежат ездить на велосипеде. Если детей изолировать от общества, в благоприятных условиях они вырастают, но не приобретают способность мыслить. Один человек неспособен даже завести потомство, но и двоих недостаточно для сохранения культуры. Для сохранения мышления необходима хотя бы небольшая человеческая община, причем чем меньше эта община, тем примитивнее сохраняемый ею уровень мышления.

Мыслящий Дух существует в виде информационной системы, распределенной по головам входящих в сообщество людей, связанных одним языком. Только временно и частично Дух помещается в голове отдельного человека, и это не более удивительно, чем программа, работающая на многопроцессорной машине. Не отдельные люди, а мыслящий Дух общества создает отдельного человека в ребенке, втекая в его сознание от сотен и тысяч людей, часто давно уже умерших, через систему культуры данного общества. В душе каждого из нас функционируют структуры, возникшие давным-давно, всякие коньки-горбунки, законы всемирного тяготения, "Земля вращается вокруг Солнца", "однажды в студеную зимнюю пору", и прочая, и прочая, и прочая. Каждый из людей хранит частичку Духа своего общества, а если взять шире - то Духа Вселенной, и противоречие между частным и временным существованием человека и бессмертной сущностью Духа, часть которого человек несет, является вечной трагедий личного существования.

Когда человеческое общество поднимается от племенной структуры к цивилизации, распределенное мышление связывается воедино не только устным языком, но и с помощью письма; более того, значительная часть информации начинает храниться не в мозгу людей, а на внешних носителях. Еще позже в действие вступают электронные носители информации. Поэтому уже сейчас значительная часть мыслящего Духа существует не только в живых людях, но и в письменных и электронных носителях. Записанная информация, замороженная сложность, стала подвижной. До этого она приводилась в движение только биологическими ячейками общества - людьми, все остальное время оставаясь неподвижной в текстах. Теперь движение информации во все большей степени осуществляется с помощью компьютеров.

В связи с этим постановка проблемы искусственного интеллекта сегодня некорректна. Моделирование интеллекта вовсе не состоит в моделировании способностей отдельно взятого человека. Нужно моделировать хотя бы небольшое общество. Кроме того, существующий интеллект уже давно не на сто процентов естественен. Смогла бы цивилизация, мыслящий Дух человечества, подняться до нынешнего уровня без подпорок письменности, без миллионов книг - этого "винчестера" человечества? А без логарифмических линеек, калькуляторов, компьютеров? Думается, без письменности цивилизация вряд ли способна подняться выше родоплеменного уровня.

Таким образом, в уже давно протекающем процессе все большая часть мыслящего Духа Земли постепенно перемещается в искусственно созданные обиталища. Момент, когда уже меньшая часть этого Духа останется в головах у людей, приближается с угрожающей скоростью.

Попробуем дать некоторые численные оценки. Количество информации, хранящееся в человеческом мозге, можно приблизительно оценить. В мозге насчитывается 1010 нейронов. Если предположить, что емкость каждого составляет 10 Кбайт, получим 1014 байт. Еще одну оценку можно получить исходя из объема информации, доступной человеку в течение жизни. Пусть человек через органы зрения получает информацию со скоростью 100 Кбайт/с. За шестьдесят лет активной жизни это составит 105х60 (лет) х 365 (дней) х 16 (часов в день) х 3600=1,261х1014 байт. (Поскольку человек не помнит все, что он видел в жизни, и зачастую много часов в день наблюдает одно и то же, эта оценка сильно завышена, однако это не играет большой роли в дальнейших рассуждениях.) Скорость поступления информации через другие каналы (слух, осязание) намного ниже и не может сильно изменить оценку, основанную на скорости поступления через зрительный канал.

Рост информационной емкости компьютеров в последнее время хорошо соответствует закону Мура, то есть удваивается каждые два года. Сегодня информационная емкость самых распространенных компьютеров - PC - составляет 2 Гбайт (2х109). Легко сосчитать, что через сорок лет она дойдет до искомых 1014. Людей на Земле все еще гораздо больше, нежели компьютеров, однако большая часть человечества участвует в поддержании мыслящего Духа лишь косвенным образом. Так или иначе, но из-за экспоненциального характера роста сложности компьютерных систем даже ошибка в оценке необходимого уровня на порядок приводит к изменениям сроков прогноза на годы, в крайнем случае - десятки лет. Процент искусственной сложности в совокупном носителе мирового Разума неизбежно превысит человеческую часть и будет продолжать расти со все возрастающей скоростью.

Недавно раздался один предупреждающий сигнал. Я имею в виду поединок Каспарова с Deep Blue. При всем просторе для толкований машина выиграла у человека, значительная часть ресурсов которого отдана шахматам. Возможно, если бы Каспаров лучше подготовился, он бы выиграл у машины. Но уже ясно, что сила шахматных компьютерных программ растет гораздо быстрее силы чемпионов мира.

Есть еще один источник роста сложности. Дело в том, что, если мы скопируем информацию с одного компьютера на другой, ее не станет вдвое больше. Если тысяча земледельцев пашет землю, думая об одном и том же, суммарная сложность их мыслей не намного больше сложности мыслей каждого из них. Если сто инженеров разрабатывают разные детали конструкции, сложность деталей (и содержимого голов инженеров) суммируется. Кроме разделения труда, обществу с самого его начала сопутствует разделение ума, которое и является сущностью общества. Даже в первобытном племени есть охотники и те, кто умеет выделывать шкуры, делать оружие, хранители преданий и законов...

Вытеснение примитивного труда, мировое разделение труда, объединение рынков и другие процессы в современном мире приводят к устранению дублирования человеческих и компьютерных ресурсов и повышению за счет этого сложности. Большую роль в этом процессе играет Сеть. Раньше ресурсы зачастую дублировались, чтобы обеспечить доступ к ним в определенной точке пространства. Теперь эта необходимость исчезает. Каждый человек или компьютер имеет ценность для мыслящего Духа в силу уникальности хранящейся в нем информации и алгоритмов. Со временем в Сети становится все меньше дублирующих элементов, и каждый из них играет все большую, уникальную роль.

Рассмотрим еще одну линию. Эволюционирующая система - это система, способная воспроизводить себя и существовать исторические отрезки времени на базисе систем низших интегративных уровней (определение интегративного системного уровня дал В. И. Кремянский). Для общества этот базис - неразумная биосфера. Так вот, для поддержания в земном ландшафте уровня каменного века требуется племя в несколько сотен человек. Поддержание средневековой цивилизации требует сотен тысяч людей. Современная цивилизация в полном объеме может поддерживаться только государством с сотнями миллионов жителей. В ближайшие десятилетия эта величина приблизится к миллиарду.

Поэтому поиски "своего среднего пути" для России в исторический момент, когда всего лишь десятки лет остались до фактического объединения человечества, поражают своей неуместностью. Сегодня ни одна страна мира не может сама производить все достижения цивилизации - от радиотелескопов и атомных подводных лодок до антибиотиков и видеомагнитофонов. Одной из многих причин гибели СССР была та, что страна надорвалась, пытаясь иметь все независимо от остального мира. К счастью, жизнь умнее теоретиков, и россияне ищут работу уже в структуре мировой цивилизации. Мировой уровень становится постепенно точкой отсчета и для нашей экономики. Русская мысль уже сотни лет является частью мировой мысли и не может существовать в замкнутом пространстве. Политика России не должна заключаться в блокировании с обществами низкой сложности в глупых и бесполезных попытках составить силовой противовес обществам высокой сложности. Необходимо искать свое место и использовать свои особенности в мировом разделении разума и труда среди обществ высокой сложности.

Интернет и точка Омега

Не так давно жил монах ордена иезуитов Пьер Тейяр де Шарден. Он очень интересовался эволюцией животных и человека, причем с естественнонаучных позиций, за что был неоднократно руган и наказан церковным начальством. Но ничто не могло отвратить де Шардена от своих занятий, и он пришел к интересным выводам, которые изложил в книге "Феномен человека", написанной в 1940 году.

"Благодаря изобретению недавно железной дороги, автомобиля, самолета физическое влияние каждого человека, некогда ограниченное, теперь расширяется на сотни миль... В настоящее время вся совокупность мыслящих сил и единиц вовлечена во всеобщее объединение... это будет органическая суперагрегация душ. Мирное завоевание, радостный труд - они ждут нас по ту сторону всякой империи... в единодушном создании Духа Земли. Универсум - будущее - может быть лишь сверхличностью в точке Омега".

Не знаю, как насчет радостного труда, но в целом предвидение впечатляет. И заставляет задуматься насчет "суперагрегации душ". Увеличение пропускной способности Сети, а также видео, интерактивность, анимация, VRML и прочие штучки вовлекают гораздо больше, чем книги или кино. Каждый, кто погружался в виртуальный мир, знает, что отключение похоже на потерю органа чувств. А где гарантия, что прямой интерфейс мозга и Сети за горами?

Компьютерные технологии развиваются ныне так стремительно, что в исторически краткие сроки каждый человек будет подключен к Сети. И тут дело не в желании или нежелании. Пора понять, что индустриальная, производящая экономика больше не является высшим типом экономики. Самая прогрессивная экономика - это экономика изобретающая. В передовых странах разрабатываются идеи и принципы, воплощающиеся в конкретные конструкции, производство которых во все большей степени перемещается в азиатские страны или на почти полностью автоматизированные заводы в метрополиях. Нерентабельно тратить высококвалифицированную рабочую силу на тиражирование один раз придуманного. Китай становится цехом всего мира, в котором производятся изделия, созданные в странах - конструкторских бюро. Еще несколько десятков лет, и рабочая сила подорожает даже в Индии и России. Тиражировать будут автоматы.

Теперь представьте себе изобретающую силу сообщества, где сотни миллионов квалифицированных людей и мощных компьютеров мгновенно объединяются в системы решения задач, связываясь через границы и континенты! Работа не прерывается ни днем ни ночью, потому что команда распределена по всему земному шару. И готовые чертежи прямо по Сети пересылаются на заводы-автоматы! Тот, кто не пойдет этим путем, будет отброшен на обочину цивилизации. Попытки помешать этому процессу будут иметь не больший успех, чем попытка остановить дрейф континентов с помощью деревянных брусьев.

Я далек от того, чтобы петь гимн подобным перспективам. В них много такого, что противоречит воспитанным в нас желаниям и представлениям. Но есть реальность, и в этой реальности - ограниченное число путей, из которых мы можем выбирать.

Когда-то, сотни веков назад, путь жизни на Земле разделился. Часть живого мира осталась такой, какой была. Часть - превратилась в Человечество. Можно представить, какие обвинения в измене принципам, в нечестности и прочем могли бы предъявить животные людям... если бы умели говорить. Но есть будущее, которое грандиозно. Есть угаданный Гегелем путь познания себя Мировым Духом. Я предпочитаю прогресс.

Всемирная нейронная сеть

Роль человека или компьютера в Сети все больше становится похожа на роль нейрона в человеческом мозге. Каждый узел Сети перерабатывает некоторую часть общей информации, получая ее от других участников и предоставляя ее другим участникам Сети, причем круг этих связей заранее не определен.

Каким образом мышление разделялось между людьми раньше?

Исследователь писал книгу. До изобретения печати ее переписывали, зачастую много раз, с ошибками и добавлениями от себя. Для того чтобы мысль пришла в движение, недостаточно, чтобы кто-то прочитал эту книгу. Нужно, чтобы она попалась человеку, в чьей голове идея книги получила бы дальнейшее развитие. До такого счастливого случая проходили десятки, а то и сотни лет. Позже, когда книги стали печатать, этот срок сократился до нескольких лет. В последние сто-двести лет журналы, а особенно система научных публикаций, помогли сократить разрыв до месяцев. Между прочим, именно эти изменения в пропускной способности и скорости передачи сигналов явились причиной ускорения научно-технического прогресса. Изменилась производительность и число элементов всемирного многоголового суперкомпьютера, так что закон Мура выполнялся и до его открытия.

Сеть позволяет вести обмен мыслями даже в реальном масштабе времени, хотя необходимость обдумать последние сообщения и сформулировать письменный ответ делает более удобной форму телеконференции, а не чата.

Журналы редактируются, на издание книг нужны большие средства. Т. Кун в книге "Структура научных революций" доказывал, что при смене парадигмы (господствующей в данной научной области модели) убеждать сторонников старой парадигмы бесполезно. Они просто не способны отринуть старые представления и воспринять новую идею. Все это приводило к задержкам в распространении новых парадигм, особенно в таких заскорузлых формациях, как бывший СССР.

В Сети каждый, кому есть что сказать, может положить начало обсуждению во всемирном масштабе. (Правда, нужно выучить английский и методы сетевого промоушна.) Затем начинается самовозбуждающийся процесс. Кто-то ссылается на ваши идеи, указывая сетевой адрес, и эти ссылки растут как снежный ком. Нечто подобное происходит и в человеческом мозге: напряженные размышления приводят к тому, что в мозге возникает зона возбуждения, проявляющаяся в активности потенциалов в коре. При этом идет интенсивный обмен сигналами между нейронами, которые передаются через сеть отростков - аксонов и дендритов.

Современные журналы вынуждены собирать определенный круг тем в силу простой технологии журнального дела. При этом каждому конкретному специалисту нужны десять-двадцать процентов от материалов, опубликованных в журнале. В сети каждая конференция может быть настолько узкой, насколько это устраивает ее членов.

Новый элемент в мировом мозге, увеличивающий процент искусственности общественного интеллекта - это поисковые машины. В условиях быстрого роста ресурсов Сети, когда даже по узкой теме появляется больше, чем можно успеть прочитать, автоматический поиск информации становится необходим. Невзирая на тупость нынешних поисковых машин, при известной ловкости рук с ними можно делать чудеса. Поисковые машины постепенно становятся неотъемлемым элементом общего сознания. Можно прогнозировать, что разработка все более интеллектуальных поисковых машин станет важной темой усилий программистов. Нынешние машины ищут слова, а не мысли. Осмысленный поиск подразумевает отбор не слов, а идеальных структур, которые могут быть описаны разными словами. Впрочем, та же задача стоит и перед компьютерным переводом. Я думаю, современные программы компьютерного перевода доставили немало веселых минут тем, кто имел с ними дело. А вся беда в том, что они сопоставляют словам слова другого языка, не понимая смысла. А слова многозначны...

Люди умнее компьютеров. Пока. Правда, легко привести массу примеров, показывающих слабость человеческого интеллекта. Возьмем хотя бы велосипед. Даже такую простую машину люди придумывали коллективными усилиями, по частям, на протяжении десятков лет. Сначала сочинили доску с двумя колесами, отталкиваться от земли надо было ногами, потом - чудища с огромным передним колесом и только потом - вариант с цепной передачей. Современный автомобиль, как конструкция, создавался усилиями тысяч или десятков тысяч человек. Так что, возможно, путь от машины, путающейся в переводах, до существа, неспособного сразу придумать оптимальную конструкцию из десятка узлов, не так уж велик.

Настойчивое желание людей обучить компьютеры понимать человеческую речь должно привести к созданию таких компьютеров уже до конца XXI века. Это будет означать создание "искусственного интеллекта" в упомянутом утилитарном смысле, то есть аналога отдельного человека, потому что нельзя понимать речь, не имея в сознании модели мира. Обратите внимание, что получить эту модель "искусственный интеллект" сможет только от нас, так что "искусственность" его - под большим вопросом. Скорее, это можно сравнить с переносом программ с устаревшей модели компьютера на новую, как были перенесены на ПК некоторые программы с IBM/370. А для Духа не так важно, на какой физической основе он функционирует.

Тем не менее, значение появления компьютеров, превосходящих по мощности человеческий мозг, очень велико, особенно для нас, людей. Эксплуатация таких компьютеров будет, несомненно, дешевле, чем эксплуатация людей, и обыкновенные экономические законы безо всякого злого умысла вытеснят людей из экономики. Разумеется, общество не руководствуется только экономической выгодой, однако оно не может себе позволить и быть неэффективным, особенно по сравнению с другим обществом. Поэтому примерно в середине надвигающегося столетия следует ожидать еще одной полосы битв и компромиссов между голой целесообразностью и жизненными интересами людей.

Утешает тот факт, что новое в истории Вселенной не уничтожает старое, а строится на его основе. Жизнь построена на базе химических соединений и реакций, а общество состоит из живых существ. И то и другое существует на фоне, на основе предыдущих интегративных уровней организации материи. Во всяком случае, предстоит относительно долгий период, в течение которого роль нечеловеческой составляющей в составе всепланетного мозга будет постепенно возрастать, однако человеческая составляющая, по-видимому, никогда не сойдет на нет.

Будущее

Не вдаваясь глубоко в разъяснения, скажу, что к настоящему развитию, то есть к оправданному повышению своей сложности, не способна ни одна отдельно взятая система, поскольку она не может смоделировать поведение более сложной системы. Прогресс идет путем, открытым Дарвином: создание случайных отклонений и отбор среди них. Отбор через посредство многих промежуточных уровней производится самой Вселенной. Он действует значительно более сложными способами, чем конкуренция за ресурсы или взаимное уничтожение. Например, конкуренция между обществами часто действует через опосредованный отбор, то есть структура успешного общества копируется тогда, когда отстающему становится очевидно отставание, причем общества не входят в прямое столкновение. Отбираются не какие попало сложные системы, а только соответствующие Вселенной. В общем процессе усложнения каждый новый шаг требует соответствия Вселенной, усложнившейся на предыдущем шаге. В результате возникает положительная обратная связь, приводящая к экспоненциальному характеру кривых роста сложности, пока отбор идет на одном базисе.

Следовательно, достигнув точки Омега и объединившись в планетарном масштабе, разум Земли потеряет способность двигаться вперед. Здесь возможны различные варианты развития событий:

• используя вещество солнечной системы, создать множество относительно независимо развивающихся планетарных разумов;
• будут обнаружены наконец внеземные цивилизации. Обмен информацией с ними может быть средством опосредованного отбора, а следовательно, прогресса. (Может быть, мы не видим коммуникации между этими цивилизациями не потому, что их нет, а потому, что они не доступны нам так же, как речь - животным?)

Еще один путь подсказывает Фрэнк Типлер в книге "Физика бессмертия". Общество может изготовить зонды-автоматы, наделенные интеллектом и всеми доступными к тому времени знаниями. Типлер доказывает, что информация может быть упакована достаточно плотно, чтобы зонд весом 100 грамм мог содержать знания целой цивилизации. Технически доставить такие зонды к соседним звездным системам гораздо легче, чем корабли с людьми. Эти зонды должны основать там саморазвертывающиеся копии нашей цивилизации, а те, в свою очередь, послать зонды к соседним звездам, и так далее. Разумеется, в своем развитии эти цивилизации отклонятся от исходной модели (как Латинская и Северная Америки отклонились от европейской культуры), что и обеспечит их дальнейший прогресс.

Атомы сделаны из элементарных частиц. Молекулы - из атомов. Живое - из молекул. Общество - из живых существ. Следующий шаг эволюции - сообщество межзвездных цивилизаций. Сообщество - значит, связанные передачей информации звездные культуры-процессоры, в которых будет исполняться программа, являющаяся душой Вселенной. Больше всего она похожа на Мировой Дух Гегеля, восходящий к познанию себя. По мере познания Вселенной этот Дух вовлекает в свое движение все большую часть вещества Вселенной, пока практически не сливается с ней (примерно та же картина у Типлера).

Вот и оказывается, что познать Вселенную - значит стать ею.