Информационные технологии Вселенских масштабов

Информационные технологии от изобретения письменности в конце IV тысячелетия до нашей эры и до изобретения интернета в конце прошлого века прошли череду информационных революций:

1) изобретение письменности в древнем Шумере и в древнем Египте примерно 5 300 лет назад;

2) изобретение книгопечатания в Корее и Китае во второй половине I тысячелетия н.э. и в Германии Гуттенбергом в 1445-м;
 
3) изобретение новых средств связи — телеграфа, телефона, радио, телевидения — в конце позапрошлого и начале прошлого веков в Европе и Северной Америке, наконец,

4) изобретение новых способов обработки и передачи информации благодаря микропроцессорам и компьютерам, венцом чего стало появление Всемирной паутины (“World Wide Web”) и сети Интернет.
 
Сейчас на повестке дня стоит создание квантового компьютера и искусственного интеллекта, который так же занимается обработкой информации, как и человеческий интеллект. (Хотя, как именно это делает человеческий интеллект, никому не ведомо. Это тайна, покрытая мраком.) Квантовый же компьютер в отличие от привычного ПК призван обрабатывать уже не обычную информацию из битов, изобретённых Клодом Шенноном, а квантовую информацию из кубитов.

Синтез квантовой механики и теории информации привёл к тому, что информационный «бит» Шеннона превратился в «кубит» (“qubit”) — «квантовый бит» (“quantum bit”). Теперь есть понятие просто «информация», и эта информация измеряется битами, и понятие «квантовая информация», измеряемая кубитами, а это, как говорят в Одессе, — «две больше разницы».

Если бит — основная единица информации для средств связи и для процессора обычного компьютера, то кубит — единица информации для квантового компьютера. В отличие от обычного двоичного разряда — бита — кубит находится в состоянии суперпозиции: и да и нет, и 1 и 0 одновременно. Квантовая суперпозиция и квантовая запутанность, на которых и основано действие квантовых компьютеров, повышают эффективность обработки информации радикально, в триллионы триллионов триллионов раз!

«Скажем, довольно 300 ячеек, чтобы информационный ресурс [квантового] компьютера примерно на 10 порядков превысил число частиц во Вселенной (2^300 = 10^90)*. И весь этот гигантский массив информации будет согласованно изменяться за один рабочий такт.

* (Каждая ячейка памяти может находиться в двух основных состояниях: 0 и 1 (один бит), общее число состояний для N ячеек равно 2^N . Классический компьютер в каждый момент времени может реализовать лишь одну последовательность состояний из 0 и 1 для своих битов регистра памяти. Квантовый компьютер в один и тот же момент времени может реализовать все возможные варианты таких последовательностей.)» [1].

Небольшое пояснение: учёные считают, что во Вселенной находится примерно 10^80 протонов. Если быть абсолютно точным, то «15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 протонов и такое же число электронов». (А мы ещё удивляемся, что некий влюблённый сосчитал, «сколько зёрен в мешке, сколько капель в море, и сколько звёзд на небе».)
 
Вот это точность! Позавидуешь! Как говорится, «с точностью до копейки»!
 
Такую невиданную во Вселенной точность, причём без всякой кибернетики, проявил не какой-нибудь никому неизвестный воздыхатель прекрасной принцессы, которая «от злости повесилась на собственной косе», а сам уважаемый сэр Артур Эддингтон, ученик и пылкий приверженец Эйнштейна и его ОТО. Если не верите, то откройте главу 11 под названием «Физическая Вселенная» из книги «Философия физической науки» уважаемого сэра Эддингтона (1938 г.) и прочтите в самом начале: «Я считаю, что во Вселенной находятся 15 747 724…» и так далее, число с 80-ю знаками. Колоссаль!

А тут достаточно всего-навсего каких-то жалких 300 ячеек квантового компьютера, чтобы его информационный ресурс примерно в 10 миллиардов раз (на 10 порядков) превысил число протонов и электронов во Вселенной!
 
То есть квантовая информация даёт принципиальную возможность МГНОВЕННОЙ обработки массива информации, который в 10 миллиардов раз превышает число частиц во Вселенной, за один (!) рабочий такт. Тик-так — один рабочий такт 300-разрядного квантового компьютера — и все изменения во всей Вселенной мгновенно вычислены! Неплохая скорость обработки информации, не правда ли!

Квантовая информация не только измеряется не битами, а кубитами.  Она ещё и передаётся не по сигналам связи, как информация Клода Шеннона, а по квантовым каналам. А там, в отличие от обычных каналов связи, действует понятие квантовой нелокальности и квантовой запутанности.

Сами кубиты нельзя полностью конвертировать в биты, зато их можно транспортировать от одной физической частицы к другой посредством квантовой телепортации, но при этой чудесной возможности их нельзя одновременно доставить многим получателям информации, а только одному. То есть квантовая информация даёт возможность создания сверхсекретной системы связи (хакеры отдыхают). Так же, как и возможность сверхбыстрой обработки информации квантовым компьютером.
 
Для квантового компьютера никаких нерасшифровываемых кодов не существует. (Спецслужбы радостно потирают руки!) Благодаря квантовой суперпозиции и алгоритму Шора он все коды взламывает на раз. Для обычного же компьютера для этой задачи порой не хватает всего времени существования Вселенной, то есть миллиардов лет.

Наконец, в отличие от бита, произвольный кубит нельзя ни скопировать, ни удалить. Это правило доказывается двумя теоремами: теоремой неклонирования и теоремой неуничтожения (запрете удаления) квантовой информации.  А так как «теоремы о запрете клонирования и запрете удаления указывают на сохранение квантовой информации»,  то  это правило можно просто назвать законом сохранения квантовой информации. О, это великий закон!

Таким образом, квантовая информация подчиняется закону сохранения. Подчиняется, как и энергия, и импульс, и момент импульса, которые никуда не пропадают бесследно.

Припоминаете? — «Рукописи не горят»! То есть рукописи-то как раз горят, а вот квантовая информация, которая содержится в этих рукописях, не горит, как не горит ветхозаветная неопалимая купина. Она неуничтожима!

А человек?  Может ли исчезнуть, сгинуть без следа квантовая информация, которая является внутренним содержимым его тела и его души, его психики, после того, как тело мёртвого человека сожгли в крематории? Ответ: нет, не может! Квантовая информация — хранитель Вселенной.

Вот что пишет англоязычная Wikipedia в статье «Теорема о недопустимости удаления» (“No-deleting theorem”):

“A stronger version of the no-cloning theorem and the no-deleting theorem provide permanence to quantum information. To create a copy one must import the information from some part of the universe and to delete a state one needs to export it to another part of the universe where it will continue to exist.”

Что в переводе на русский означает:

«Более сильная версия теоремы о запрете клонирования и теоремы о запрете удаления обеспечивают постоянство квантовой информации. Чтобы создать копию, нужно импортировать информацию из некоторой части вселенной, а, чтобы удалить состояние, нужно экспортировать его в другую часть вселенной, где оно будет продолжать существовать».

А не об этом ли говорят своим языком древние религиозно-мифологические представления о предсуществовании вечной души, её грехопадении из райских садов Эдема на грешную землю (импорт информации из некоторой части Вселенной), и жизни после смерти в виде «бессмертной души» в Аиде или на небесах (экспорт квантовой информации, где она будет продолжать существовать). Интересно, в какой части нашей Вселенной находятся эти райские кущи и небеса, которые занимаются экспортно-импортными операциями квантовой информации?

Какой, однако, простор для воображения! Это касается не только судеб человека и всего живого, но и устройства мироздания.

Например, если «всё есть информация», как считал Джон Арчибальд Уилер, то не является ли сама Вселенная неким грандиозным квантовым компьютером? Нельзя ли примерить на Вселенную модель квантового компьютера?

Подобный подход с примеркой достижений науки и техники на Вселенную применялся в истории науки уже не раз, хотя каждый раз «примеряли» новую естественно-научную «кольчужку». (И каждый раз она оказывалась «коротка».)

Так, в XVII–XVIII веках метафорой мира был громадный часовой механизм с бесконечным заводом, а Господь Бог, согласно Ньютону, — мировой часовщик, который раз завёл вселенские часы, чтобы потом уже не вмешиваться в их работу. Вслед за Томасом Гоббсом, впервые применившим эту метафору, учёные начали с упоением разбирать мир на шестерёнки и изучать как сами шестерёнки, так и их взаимосвязи.
   
В XIX веке, ознаменовавшем вторую научную революцию и явившим на свет божий, помимо всего прочего, науку термодинамику, метафорой мира становится паровой двигатель, в топке которого безвозвратно сгорает топливо. Таким топливом в мире служит полезная энергия, которая может быть превращена в работу. Её величина неуклонно убывает под действием второго закона термодинамики. Бесконечного завода часов больше нет и, согласно второму закону термодинамики, эта мировая машина постепенно сбавляет обороты, неотвратимо приближаясь к тепловой смерти. На смену представлениям о библейском Апокалипсисе пришли представления о тепловой смерти мира. А бездушные, но точные механические часы в роли метафоры мира сменил паровой двигатель, сбавляющий обороты.

Третья научная революция связана с теорией относительности и квантовой механикой. Она вносит диалектическое зерно сомнения в успехи первых двух революций и во всесилие научного редукционизма, который гласит, что Целое создано из частей наподобие кубиков Лего:

«С точки зрения “наивного реалиста” Вселенная представляет собой совокупность объектов. Для специалиста по квантовой физике это подвижная единая ткань, состоящая из всплесков энергии, и ни одна из частей этой “ткани” не существует независимо от Целого, а это целое включает и наблюдателя» [2].

Квантовая механика вновь во всеуслышание заявила, что Мир — это Целое, а Целое, согласно Аристотелю, больше суммы его составных частей. Квантовая нелокальность превращает расхлябанный вселенский редукционистский бурдюк, набитый всякой всячиной, в единый стройный космический организм, единое Целое. И это Целое подобно не часам, а мысли!

Так, ещё в 1930 году в книге «Таинственная Вселенная» (“The Mysterious Universe”) сэр Джеймс Джинс уподобляет Вселенную мысли:

              «Вселенная начинает выглядеть как великая мысль, нежели как большая машина».

За три века представления о Вселенной прошли от Томаса Гоббса (1588–1679), идеолога материального механистичного и бездушного мира до Джеймса Джинса (1877– 1946), уподобившего Вселенную мысли, а не бездушной машине или механизму. Неплохой прогресс! А что день грядущий нам готовит?

Успехи информационных технологий в конце ХХ века ввели учёный мир в соблазн объяснить весь мир с помощью теории информации и информационных технологий. В начале ХХI века мир начали сравнивать с квантовым компьютером или с Интернетом Вселенной.

Так, профессор Массачусетского технологического института Сет Ллойд прославился благодаря своей книге «Программируя Вселенную» (2006 год), в которой он утверждает, что Вселенная — это гигантский квантовый компьютер. Все взаимодействия между частицами во Вселенной, объясняет Ллойд, передают не только энергию, но и информацию — другими словами, частицы не только сталкиваются, но и вычисляют. Что такое вычисления всей Вселенной, в конечном счете? «Его собственная динамическая эволюция», — говорит он. «По мере того, как вычисления продолжаются, реальность разворачивается».

Традиционный взгляд на Вселенную, как на нечто, состоящее из атомов, нетрадиционный состоит в том, чтобы «смотреть на атомы как на нечто, содержащее информацию и обрабатывающее её, как на компьютер» [3].  Это означает, что «мы как бы пытаемся вмешаться в процесс вычислений, которые давно уже выполняет Вселенная» [3]. Вывод: «Как только мы понимаем, что Вселенная ведёт вычисления и обрабатывает информацию, мировоззрение сразу меняется» [3]. Сейчас уже хорошо известно, что процессы жизни связаны с обработкой информации внутри клетки, несущей молекулу ДНК, которая программирует и строит и клетку, и все системы организма.  По мнению Сета Ллойда, «Жизнь на Земле — это результат “вычислений” Вселенной», так как жизнь, так и сама Вселенная «тоже может рассматриваться как обработка энергии и информации» [3].
 
На место бездушных часов Томаса Гоббса пришёл бездушный квантовый компьютер, олицетворяющий Вселенную. А как же «великая мысль» Джеймса Джинса, мистер Ллойд?

Российский физик Андрей Гришаев, создавший свою собственную концепцию «цифирного» физического мира, программное обеспечение которого основано на простейшей, двоичной логике — аналогичной той, которая используется в современной цифровой технике, также разделяет программный подход ко Вселенной, но уже запрограммированной некоей таинственной силой с иного, надфизического уровня реальности при помощи обычной, простейшей, двоичной логики — аналогичной той, которая используется в современной цифровой технике:

«Бог не играет в кости!» Он играет в программирование!» [4].
Он утверждает, что «физический мир — несамодостаточен, что он существует благодаря соответствующему программному обеспечению. Которое находится на надфизическом уровне реальности. Каждая элементарная частица существует благодаря работе программки, которая формирует её в физическом мире. Поведение частицы определяется пакетом программ, где прописаны варианты взаимодействий, в которых она может участвовать. <…> Таким образом, свойства физических объектов чётко заданы на программном уровне — вот почему в физическом мире работают физические законы, а не царят произвол и хаос» [4].

Этот революционный программно-цифровой подход к миру природы, по мнению автора концепции, отправляет на свалку истории целые разделы физики, в первую очередь начиная с превозносимой до небес теории относительности Эйнштейна. Основатель концепции «цифрового» физического мира извергает цунами сарказма в адрес релятивистов и прочих «жрецов науки» (см. «Фиговые листики теории относительности», «Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения», «Фокусы-покусы квантовой теории» и т.д.).

Кстати, не один Андрей Гришаев столь непримирим к СТО и ОТО. Количество научных оппонентов теории относительности огромно. Критика теории идёт со всех сторон. Напомним для примера высказывание знаменитого франко-американского физика Леона Бриллюэна об общей теории относительности (ОТО):
 
«Общая Теория Относительности — блестящий пример великолепной математической теории, построенной на песке и ведущей к всё большему нагромождению математики в космологии (типичный пример научной фантастики)» [5].

А выдающийся британский астрофизик Герберт Дингл (1890–1978), автор двух книг по СТО, ставший со временем из всемирно признанного авторитета в области теории относительности её ниспровергателем, в своей на сей раз антирелятивистской книге «Наука на перепутье» (“Science at the Crossroads”) выделил «четыре основных недоразумения, осознание которых облегчит понимание того, почему специальная теория относительности так давно получила признание, несмотря на её явную несостоятельность.

Они касаются:

во-первых, связи между математикой и физикой;
во-вторых, путаницы между различными значениями слова "время";
в-третьих, неправильного толкования понятия "систем координат" как "наблюдателей";
и, в-четвертых, того, что я вкратце могу охарактеризовать как буквальную интерпретацию метафор: считать прямыми наблюдениями то, что на самом деле является отдалёнными последствиями возможно ошибочных теорий».

Что касается пункта первого, «связи между математикой и физикой», то отметим мимоходом, что безупречная математика теории относительности описывает несуществующую физику. Проблема именно в этом!

Теория относительности — самая дискуссионная теория в науке, которая, однако, превратилась для современного научного мейнстрима в «священную корову».  Однако геометрическим и математическим фантазиям теории относительности когда-то непременно будет положен конец. Что же придёт им на смену? Это главный вопрос, на который даст ответ время.

Да, интересно было бы узнать, что из этих революционных научных воззрений подтвердится на практике, а что нет. Однако ясно, что сейчас это явно не научный мейнстрим, а научная «ересь», которая «жрецами науки» всерьёз не рассматривается. (Хотя бывало не раз в истории науки, что научная «ересь» вдруг становилась «священным писанием». Да и не только в истории науки.)

Наконец, информационная модель физического мира, разработанная выпускником МФТИ 1960 года Семёном Берковичем (1937–2020), который получил второе образование в области компьютерных наук в Московском институте точной механики и вычислительной техники в 1964 году, а со временем стал профессором инженерии и прикладных наук в Департаменте компьютерных наук Университета Джорджа Вашингтона (США). Физик и айтишник Беркович разработал оригинальную информационную модель физического мира, которая на русском может быть выражена одной простой фразой:

«материальный мир — это динамика синхронизационной активности в сети информации, которой связаны между собою счетчики» [7].

На английском же языке его модель носит заковыристое название CAETERIS (Cellular  Automaton EThER InfraStructure), что в переводе на русский значит «Инфраструктура клеточно-автоматного эфира». Причём клеточные автоматы не имеют отношения к огнестрельному оружию. Внешне «Клеточный автомат представляет собой прямоугольную решетку, состоящую из правильных квадратов, или клеток, — вроде шахматной доски. Каждая клетка может принимать несколько различных «значений», причем существует определенное число соседних клеток, способных влиять на нее. Паттерн, или СОСТОЯНИЕ, всей решетки изменяется дискретно, в соответствии с набором ПРАВИЛ ПЕРЕХОДА, которые вводятся для всех клеток одновременно» [8].

По своей внутренней сути это модель автопоэзных сетей, где «автопоэз» означает «самосозидание» (поэтично, не правда ли?), в процессе которого каждый компонент сети участвует в создании или трансформации других компонентов. Таким образом, сеть непрерывно воспроизводит, создает саму себя. Она создаётся своими компонентами и, в свою очередь, создаёт эти компоненты.

Самым широко известным примером клеточных автоматов, изобретённых знаменитым Джоном фон Нейманом для конструирования машин с возможностью самовоспроизведения, служит игра Жизнь, «в которой каждая клетка может иметь одно из двух «значений», например, «чёрное» или «белое», а последовательность состояний определяется тремя простыми правилами — «рождением», «смертью» и «выживанием». В ходе игры возникает поразительное разнообразие паттернов. Некоторые из них «передвигаются»; другие сохраняют стабильность; третьи колеблются или ведут себя еще более сложным образом» [8].

Ещё короче и понятней, буквально в двух словах, метафора, передающая суть Мира в модели Саймона Берковича такова — Интернет Вселенной, или Вселенский Интернет вещей. В его понимании «Общая теория всего» — “Theory-Of-Everything” (TOE) — оказывается равнозначной «Интернету вещей» — “Internet of Things” (IOT).

В данном контексте Вселенский Интернет вещей (“Internet of Things”) — то же самое что и «динамика синхронизационной активности в сети информации». В этой научной концепции материя «оказывается не первичной субстанцией, а производным продуктом, возникающим в процессе передачи информации»:

«Согласно модели мира, предлагаемой Берковичем, в основе всего сущего лежит не движение материи, а передача информации. Прямая аналогия этому — световая реклама. На табло в определенном порядке вспыхивают и гаснут лампочки. Они неподвижны, но образуемый ими рисунок перемещается и создает иллюзию движения. “Бежит” по табло текст, “летит” чайка, низвергаются каскады воды, имитируя Ниагару... Всё это лишь иллюзии, порожденные искусной работой светодизайнера. Так, может быть, Зенон прав: то, что мы считаем движением материи, есть всего лишь передача информации, включение и выключение в определенном порядке каких-то “лампочек»?”» [7].

Что же играет роль лампочек в этой модели? Как раз гипотетический неподвижный клеточно-автоматный эфир, состоящий из «лампочек»-клеток, которые, оставаясь на месте, вспыхивают и гаснут в определенной последовательности, и играет! Никакие тела сквозь него не движутся, перемещается лишь информация. Ну чем не строительный материал Вселенной?!

В рамках своей концепции Беркович также даёт объяснения многим загадкам и парадоксам физики, начиная со своего видения проблемы корпускулярно-волнового дуализма и тайн микромира и кончая выдуманными «жрецами науки» в рамках «научно-фантастической» общей теории относительности «тёмной материи» и «тёмной энергии», на которых якобы приходится 95% всей массы-энергии Вселенной:

«Моя теоретическая модель показывает, что Вселенная заполнена информацией, необходимой для контроля живых существ, а не бесполезными (с точки зрения биологии) «тёмной материей» и «тёмной энергией» [9].

Да и проблему Большого взрыва модель решает оригинально, именно через динамику синхронизационной активности в сети информации. Резко задержи всего на тысячу секунд эту динамику — и…  получите Большой взрыв! Бабац!

Кроме насущных вопросов физики, Интернет Вселенной касается одной из главных загадок мира — тайны зарождения жизни и загадок мозга и сознания. Но к этим важнейшим вопросам, подробно рассмотренных им в книге «О функциональном значении ДНК в качестве “штрих-кода”, или Феномен Жизни в физической Вселенной», мы ещё вернёмся особо.
 
А пока попробуем заглянуть на информационный уровень реальности.


Продолжение следует: http://proza.ru/2022/09/05/333
На главную: http://proza.ru/2017/02/08/668


Примечания:


1. Сергей Доронин «Квантовая магия»
2. Пол Дэвис «Суперсила»
3. Сет Ллойд о Вселенной как компьютере, о будущем и технологических революциях — Look At Me
4. Андрей Гришаев Стратегическая ошибка современной физики (newfiz.info)
5. Леон Бриллюэн «Новый взгляд на теорию относительности», М.: Мир. 1972.
6. В глубь секунды: http://proza.ru/2016/11/20/572
7. Информационная модель физического мира «Концепции современного естествознания», Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С.
8. Фритьоф Капра «Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем», глава 9, Самосозидание Клеточные автоматы
9. ДНК как штрих-код в Интернете физической Вселенной: http://proza.ru/2015/10/23/1179



           26 августа 2022 года