Чтение онлайн

Статус антропных рассуждений в науке спорен. Некоторые рассматривают их как отказ ученого от ответственности давать объяснения. Например, идея Смолина о естественном отборе, действующем на целые вселенные (см. Решение 10), является попыткой отойти от антропных рассуждений. Тем не менее, многие уважаемые ученые использовали антропные идеи в попытке объяснить несколько особенностей вселенной, которые кажутся «как раз подходящими» для эволюции жизни. Например, если бы некоторые физические константы имели немного другие значения, то нас бы здесь не было: звезды не светили бы, или тяжелые элементы не могли бы образоваться, или вселенная схлопнулась бы сама в себя за долю секунды, и так далее. Сам факт нашего существования, возможно, может каким-то образом объяснить эти наблюдения (но я думаю, можно с таким же успехом утверждать, что эти «объяснения» по существу тривиальны). По крайней мере, осознание антропных рассуждений может помочь нам защититься от серьезного случая предвзятости наблюдений.[296] Например, вы часто услышите, как астробиологи утверждают, что как только жизнь зарождается, она чрезвычайно устойчива — и они подкрепляют свое утверждение перечислением множества разнообразных потрясений, которые вселенная обрушивала на жизнь, от удара астероида до катастрофического изменения климата. Жизнь на Земле пережила все эти потрясения, поэтому она, безусловно, кажется устойчивой. Но как мы могли бы наблюдать иное? Любой разумный наблюдатель должен оглядываться на свою эволюционную историю и видеть события, которые не смогли уничтожить жизнь; если бы жизнь была уничтожена, не было бы разумных наблюдателей, которые могли бы оглянуться назад и сокрушаться по этому поводу. Мы мало что можем вывести об устойчивости жизни из нашего единственного наблюдения прошлой жизни на Земле. Действительно, когда я писал этот абзац, я осознаю, как я представил, что аргумент Картера о «трудных шагах» подчеркивает интеллект по сравнению с другими атрибутами, но выбор интеллекта в качестве фокуса произволен и сделан исключительно потому, что этот атрибут важен для человечества. Модель Картера на самом деле довольно общая и может быть применена к любой серии «трудных шагов» — например, к обладанию павлиньими перьями для демонстрации, если бы мы считали такие перья самым важным атрибутом организма. Если число трудных шагов для достижения павлиньих перьев такое же, как число трудных шагов для достижения интеллекта, то наиболее вероятное время появления перьев и интеллекта было бы одинаковым. Павлины, однако, не задумываются над этим вопросом.

В литературе встречается несколько типов антропных рассуждений, соответствующих нескольким антропным принципам, каждый с разными оттенками значения. Согласно Картеру, слабый антропный принцип (САП) заключается в том, что «то, что мы можем ожидать наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего присутствия в качестве наблюдателей». САП кажется почти тавтологичным. Сильный антропный принцип (СИП), с другой стороны, более спорен: «вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы допускать создание наблюдателей внутри нее на некотором этапе». Барроу и Типлер в классической книге также обсуждают финальный антропный принцип (ФАП), который они определяют как «разумная обработка информации должна возникнуть во вселенной, и, как только она возникнет, она никогда не умрет».[297] Математик Мартин Гарднер, в своем неподражаемом стиле, назвал эту последнюю версию совершенно нелепым антропным принципом (СНАП).

Интересно отметить, что Типлер развил понятие[298] финального антропного принципа в книге под названием «Физика бессмертия». Он рассматривал далекое будущее вселенной и пришел к концепции, не слишком отличающейся от Точки Омега Тейяра де Шардена. Анализ Типлера показал, что, если бы вселенная должна была схлопнуться в Большом Сжатии, то будущий разум нашел бы возможным выполнить бесконечное число вычислений. Каждое существо, когда-либо жившее, могло бы быть «воскрешено» как компьютерная симуляция. Согласно интерпретации Типлера ФАП, вселенная должна быть такой, чтобы допускать это бесконечное количество обработки информации. Теперь, хотя идеи Типлера подвергались нападкам как слишком спекулятивные (и слишком откровенно религиозные), его гипотеза, по крайней мере, обладала достоинством фальсифицируемости. Он сделал определенное, проверяемое предсказание: вселенная замкнута и схлопнется сама в себя. Однако через несколько лет после публикации его книги космологи обнаружили, что вселенная расширяется все быстрее по мере старения; она может закончиться Большим Разрывом, но она точно не закончится Большим Сжатием. Типлер, похоже, был неправ; его интерпретация ФАП кажется опровергнутой. Возможно, однажды скоро мы обнаружим сигналы от внеземных цивилизаций, или даже получим визит от них. Такое открытие поставило бы под сомнение САП и СИП. Я оставляю читателю решать, вероятно ли такое открытие.

Решение 52: Каноничный артефакт

Интерес людей вызывает продукт, а не его авторство. Джонатан Айв

Последние несколько десятилетий физики искали «теорию всего»[299] — объединение фундаментальных сил и фундаментальных частиц, на которые действуют эти силы, выраженное в математической форме. После огромного количества исследований в этой области у нас все еще нет четкого представления о том, как выглядело бы такое объединение, но давайте предположим, что какой-то крупный прорыв позволил физикам записать уравнения окончательной теории — и таким образом фундаментальная физика завершена. Теория всего должна быть в состоянии ответить на такие вопросы, как: почему вселенная содержит около 1080 нуклонов? Почему вселенная такая долгоживущая (4 x 1017 секунд и продолжает жить)? Вот еще один вопрос, на который теория всего могла бы ответить: какова вероятность того, что во вселенной, управляемой этой теорией всего, эволюционирует форма жизни, обладающая развитым интеллектом?

Этот вопрос был рассмотрен Джерардом Фоскини,[300] ученым, который провел свою карьеру в Bell Labs — учреждении, исследования которого на данный момент привели к присуждению семи Нобелевских премий по физике. Рассматривая вопрос эволюции развитого интеллекта, Фоскини предполагает контекст существующей теории всего (точная форма которой не имеет отношения к его аргументу) и набор начальных условий, идентичных тем, которые были в наличии, когда нашей вселенной была одна секунда. Другими словами, он предполагает, что до 1 секунды после Большого взрыва все возможные вселенные эволюционируют одинаково. Это означает, что все вселенные имеют одинаковое число нуклонов (примерно 1080), из которых строятся атомы, одинаковую плотность, так что вселенная становится большой и долгоживущей, и примерно одинаковую крупномасштабную структуру. Однако после этих заданных начальных условий вселенная может развиваться любым способом, совместимым с теорией всего. Повторим: в рамках этого развития, насколько вероятно, что эволюционирует развитый интеллект?

Даже самый стойкий детерминист, несомненно, согласился бы, что предполагаемый контекст Фоскини — теория всего плюс некоторые начальные условия — абсолютно ничего не говорит о вероятности того, что вселенная эволюционирует так, чтобы содержать автора, который напишет, например, «Гамлета». Мы не можем использовать «Гамлета» или что-либо еще, специфичное для нашего собственного культурного и эволюционного развития, как детерминант развитого интеллекта: конкретная история, приведшая к написанию Шекспиром «Гамлета», настолько непомерно сложна, что от теории всего невозможно ожидать ее предсказания. Однако Фоскини утверждает, что существует объект, или, скорее, класс объектов, который служил бы флагом наличия развитых разумных форм жизни. Действительно, Фоскини утверждает, что любые и все развитые формы жизни неизбежно захотели бы разработать этот объект — канонический артефакт — не только потому, что они могут, но и потому, что для них было бы интереснее подтвердить существование артефакта, чем его несуществование. Понятие развитой, разумной формы жизни, следовательно, становится синонимом формы жизни, которая конструирует канонический артефакт, и, поскольку неизбежно, что интеллект сконструирует канонический артефакт, актуальный вопрос становится таким: какова вероятность того, что во вселенной, управляемой предполагаемой теорией всего и данными начальными условиями, канонический артефакт появится? Это вопрос, который мы можем осмысленно обсуждать. (Обратите внимание, что люди еще не сконструировали канонический артефакт — но мы могли бы, и однажды мы можем.)

Итак — что такое канонический артефакт? Ну, давайте начнем с того, чем он не является. Это не может быть произведение литературы, музыки или искусства по причинам, упомянутым выше. Точно так же это не может быть технологическое чудо, такое как паровой двигатель (существа на планете Ксимфзик могут быть умными, но не иметь материалов для создания работающего парового двигателя) или кодификация некоторых передовых этических принципов (наши друзья на Ксимфзике могут разработать этику, которая совершенно неузнаваема и, в любом случае, могут не чувствовать необходимости ее закреплять). Вместо этого Фоскини утверждает, что канонический артефакт должен быть минимальным — чтобы совершенно разные истории после первой секунды вселенной все еще могли содержать объект — и в то же время быть настолько высоко отличительным, что практически нет шансов на появление объекта в результате естественных физических процессов. Такой артефакт можно было бы изготовить, создав простой объект из атомов (из начальных условий мы знаем, что атомы будут существовать), конструкция которого зависит от некоторого множества N положительных целых чисел, некоторого множества чисел, имеющего специфическое и глубокое значение в чистой математике. Более того, канонический артефакт должен иметь отчетливое присутствие; другими словами, он должен существовать в течение некоторого минимального периода времени, а атомы, из которых он состоит, должны отличаться от окружающего материала. Это требование помогает нам идентифицировать артефакт без двусмысленности. Насколько большим должен быть артефакт и как долго он должен существовать? Ну, если n бит информации требуется для выражения всех чисел N, то удобный выбор для ?, минимального числа атомов в артефакте, — это ? = n. Удобный выбор для ?, минимальной продолжительности жизни артефакта, — это время ??, которое требуется электрону в основном состоянии для обращения вокруг ядра атома водорода — так что ? = ?? ? 10– 16 сек. Затем Фоскини приводит один возможный пример канонического артефакта.

Фоскини берет N как упорядоченный список порядков 26 спорадических простых групп (см. врезку для краткого объяснения, что это значит). Другими словами, N — это определенная последовательность из 26 положительных целых чисел, связанных с глубокой областью абстрактной математики. Это то, о чем знала бы и понимала развитая, разумная форма жизни. Первое число в списке — 7920, второе — 95 040; 26-е число содержит 54 цифры, так что я не буду его выписывать. Для выражения этих целых чисел требуется около 1245 бит информации, поэтому, исходя из приведенного выше обсуждения, мы можем сказать, что канонический артефакт должен содержать минимум 1245 атомов. Если бы мы потребовали, чтобы эти целые числа были выражены в основании 10, мы были бы виновны в провинциализме; то, что человечество обычно использует основание 10 для своих вычислений, является следствием причуды эволюционной истории, которая наделила нас десятью пальцами. Фоскини утверждает, что лучшим выбором было бы следующее: для каждого из 26 целых чисел в списке вычислить наименьшее число, которое взаимно просто с этими целыми числами, затем выразить каждое из целых чисел в соответствующем основании. (Два целых числа «взаимно просты», если их единственный общий положительный множитель равен 1. Например, целые числа 4 и 5 взаимно просты, так как они делятся только на 1 и ни на что другое; целые числа 4 и 6 не взаимно просты, так как оба делятся на 2.) Например, 7920 — первое число в списке, а 7 — наименьшее число, взаимно простое с 7920. Поэтому мы выражаем 7920 в основании 7, что дает нам первое целое число для канонического артефакта: 32 043. Остальные 25 чисел в списке обрабатываются аналогично.

Спорадические простые группыГруппа в математике имеет очень специфическое значение. Группа — это множество элементов и операция, которая может действовать на любые два из этих элементов; при этом должны выполняться четыре условия. Во-первых, это замкнутость — результат операции должен быть элементом, входящим в группу; операция сложения двух целых чисел, например, всегда порождает целое число. Во-вторых, это ассоциативность — примером этого может быть то, что (1 + 2) + 3 то же самое, что и 1 + (2 + 3); для ассоциативности порядок применения операции не имеет значения. В-третьих, существует нейтральный элемент — уникальный элемент, такой, что когда оператор действует на него и какой-либо другой элемент, этот другой элемент остается неизменным; для целых чисел при сложении тождественным элементом является ноль (например, 1 + 0 = 0 + 1 = 1). В-четвертых, существует обратимость — для каждого элемента в группе существует другой элемент в группе, такой, что после применения операции получается тождественный элемент; при сложении целых чисел, например, каждое положительное целое число имеет соответствующее отрицательное целое число, которое дает тождественный элемент (например, 1 +(–1) = (–1) + 1 = 0). Таким образом, множество целых чисел образует группу по сложению. Однако множество целых чисел не образует группу по делению, потому что оно не проходит тест на обратимость.

Порядок группы — это просто количество элементов в ее множестве. Порядок может быть конечным, если существует счетное число элементов, или он может быть бесконечным.

Одним из достижений математики стала полная классификация объектов, называемых конечными простыми группами. Все эти группы следуют простой схеме — за исключением 26 так называемых спорадических групп. Наименьшая спорадическая группа называется M11 и имеет порядок 7920. Самая большая спорадическая группа называется группой Монстра, и ее порядок составляет примерно 8 x 1053. Эти группы решают несколько глубоких проблем в математике.

Наконец, мы в состоянии сконструировать канонический артефакт, и мы вольны использовать любой предпочитаемый нами метод. Разные формы жизни будут иметь разные предпочтения в конструировании: живущие в океане, бесчлениковые существа Ксимфзика будут использовать совершенно иной метод, чем пустынные, многоногие существа планеты Кижпмикс, — но это не имеет значения; основное требование, которым должна обладать форма жизни (в дополнение к пониманию задействованной математики), — это достаточная манипулятивная способность для конструирования чего-то, что принадлежит классу канонических артефактов. Фоскини приводит следующее как одну из возможностей. Представьте себе нанизывание бусин на ожерелье, причем бусины идентичны, за исключением массы: они имеют массу 1 единицу (что представляет число 1), массу 2 единицы (представляющую число 2) и так далее до массы m единиц (представляющей основание m; это можно использовать, если нам нужно представить число 0). Материальное выражение числа 32 043 (другими словами, версия первого числа в списке в основании N) — это просто соответствующие пять бусин, зажатых между каким-то разделителем, возможно, бусиной, отличающейся по форме, веществу или размеру. Мы поступаем так же для оставшихся 25 целых чисел в списке, добавляя соответствующие бусины к ожерелью и разделяя их с помощью согласованного разделителя. В конце мы получаем нечто, что является каноническим артефактом. Повторюсь: этот метод конструирования не является единственным вариантом. Мы могли бы использовать жетоны вместо бусин с градуированной массой, например, при условии, что жетоны несут свое значение без опоры на историческую информацию. Три диска были бы адекватным представлением числа 3 в основании 7; но диск с надписью «3» на нем не подошел бы — символ имеет смысл только для тех, кто разделяет нашу конкретную историю.