Алексей Круглый – физик-теоретик, кандидат физико-математических наук. В 1984 году окончил с отличием физический факультет МГУ. В настоящее время работает в отделе прикладной математики и информатики ФГУ ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, Россия, Москва.
На сегодняшний день своим самым важным научным достижением считает формулировку и доказательство теоремы о представлении инвариантной меры неприводимого марковского процесса древовидными графами (2015).
Сегодня мы беседуем с Алексеем на темы квантовой гравитации и информационной вселенной:
Алексей, ты много лет занимаешься изучением устройства вселенной на фундаментальном уровне. При этом ты сторонник гипотезы об информационном устройстве вселенной. Расскажи об этом направлении теоретической физики.
Различные науки изучают отдельные части вселенной: химия – вещества, биология – живые организмы и их сообщества, и только фундаментальные направления теоретической физики исследуют вопрос об устройстве всей вселенной.
Наука является частью цивилизации, и представления науки об устройстве вселенной соответствуют своей эпохе.
В восемнадцатом веке самыми высокими технологиями была точная механика, и вселенная представлялась механической машиной, которая управляется законами классической механики Ньютона. Образно такую вселенную можно представить как огромные точные швейцарские часы, в которых планеты кружатся по своим орбитам на манер огромных шестеренок. Все строго определено, что было названо лапласовским детерминизмом по имени великого французского ученого Пьера-Симона де Лапласа.
Девятнадцатый век стал веком паровых машин. Изучение их работы привело к созданию термодинамики. Разумеется, эти новые представления были применены к описанию вселенной, она стала представляться огромной тепловой машиной, которая неумолимо идет к состоянию равновесия, названному тепловой смертью вселенной.
Нельзя сказать, что новые представления означают ошибочность старых. Планеты вращаются по законам механики. Эти законы верны, их нельзя отменить, а только уточнить и дополнить. Термодинамика дополнила механику. Мы научились смотреть на вселенную под новым углом зрения, и наш взгляд стал более объемным. Уточнение механики Ньютона уже в двадцатом веке сделал Альберт Эйнштейн в теории относительности.
В двадцатом веке были созданы компьютеры, и в шестидесятых годах появилось представление об информационной вселенной, как гигантском компьютере.
Эти представления не являются абсолютно новыми. Еще в античности пифагорейцы считали, что все есть число, Платон считал реальным мир идей, а наш мир – только его тенью. Позднее епископ Беркли представлял мир, как мысль, видение в сознании Бога. В девятнадцатом веке Гегель в своей философской системе видел мир саморазвитием абстрактной идеи. Можно сказать, что каждый из этих мыслителей выражал идею, что мир есть информационная система.
Только «информационная система» – это современная терминология, а мыслители прошлого выражали эту идею в терминах и представлениях своих эпох. Идея не нова. Но теперь наука готова не просто высказать эту идею, а исследовать и довести до практических результатов. И в этом огромную роль играют современные информационные технологии.
Насколько я понимаю, информация предполагает наличие субъекта, в некотором роде её можно называть биоинформацией, поскольку без живого наблюдателя она теряет смысл.
Хочу заметить, что информационные технологии возникли не с появлением компьютеров. Любой обмен информацией происходит по некоторой технологии. Например, пение птиц – это информационная технология. В истории человечества можно выделить ряд информационных технологий, которые привели к настоящим информационным революциям. Это появление членораздельной речи, изобретение письменности, изобретение книгопечатания. Так что нынешняя информационная революция далеко не первая. Но именно в двадцатом веке информация была осознана как самостоятельная сущность, возникла и стала развиваться теория информации. Это и позволило начать изучать вселенную с информационной точки зрения.
Сейчас необходимость учета информационной стороны вселенной является общепризнанной в научном сообществе. Но основные открытия еще не сделаны, они впереди. Поэтому есть различные точки зрения на роль информации во вселенной.
Согласно наиболее радикальной точки зрения, информация является основой всего. Все состоит из информации. Ярким сторонником этой точки зрения был такой замечательный ученый как Джон Арчибальд Уиллер. Он выразил ее в метком выражении «все из бита» («it from bit»). Этой точки зрения придерживаюсь и я – работаю в этом направлении науки уже более тридцати лет.
Каковы последние достижения научного сообщества в теории “информационной вселенной”?
По моему мнению, информационная теория вселенной будет создана уже в ближайшие десять лет. Я бы даже заключил пари на это. Хотя, возможно, я просто неисправимый оптимист.
Создание теории напоминает собирание пазла. Только его приходится собирать не из готовых деталей, а самому делать эти детали. Я думаю, что в информационной теории вселенной мы уже изготовили большинство деталей, и часть уже собрали. В качестве этих деталей выступают методы компьютерного моделирования, а также такие разделы математики, как теория частично упорядоченных множеств, теория графов, теория марковских процессов. При этом эти разделы приходится достраивать, например, формулировать и доказывать новые теоремы. Боюсь, многим читателям эти названия мало что говорят. Это тяжелая кропотливая работа, технические подробности которой интересны только специалистам.
В результате мы сможем понять, как из бит сконструированы не только мельчайшие частицы материи, но и пространство, и даже время.
То, о чем ты говоришь, напоминает фильм “Матрица”.
Да, конечно. Только в фильме вне матрицы существовал реальный мир. А согласно гипотезе Уиллера реальный мир и есть матрица. Наглядно наш мир – это огромная компьютерная игра, в которой мы являемся не игроками, а персонажами. И актуальная задача фундаментальной теоретической физики вычислить алгоритм этой игры.
Существует ли в “информационной вселенной” информация без носителя?
С моей точки зрения никакого компьютера нет. Вселенная является информационной структурой, которая существует сама по себе. В противном случае возникает парадокс бесконечного количества миров, вложенных друг в друга. Компьютер, на котором запущена симуляция, являющаяся нашей вселенной, представляет собой часть своей вселенной. Эта вселенная в свою очередь является симуляцией на каком-то компьютере. И так до бесконечности.
С другой стороны, любая симуляция может быть запущена на любом компьютере, являющимся универсальной машиной Тьюринга, который обладает достаточным объемом памяти. Находясь внутри симуляции, нельзя определить, на каком железе эта симуляция выполняется.
Вопрос, на который принципиально невозможно ответить, не имеет смысла. Единственной лазейкой являются сбои в работе. Если компьютер работает не идеально, то изучая сбои в реализации симуляции можно исследовать свойства компьютера, по крайней мере, определить его наличие. Но это вопрос не ближайших десятилетий, а очень далекой перспективы.
В 2011 году на конференции Foundations of Probability and Physics мы с тобой демонстрировали компьютерную симуляцию частично упорядоченных множеств для моделирования квантовой гравитации. Как прокомментируешь эти исследования ?
Автор анимации Иван Степанян (L. Krugly and I. V. Stepanyan, An example of the stochastic dynamics of a causal set, in Foundations of Probability and Physics – 6, Växjö-Kalmar, Sweden, 14-16 June 2011, AIP Conference Proceedings, V. 1424, 2012, pp. 206 -210.)
Исторически сложилось, что все научное направление исследования наиболее глубокого уровня строения вселенной получило название «квантовая гравитация». В ролике точки изображают элементарные события, а линии – их причинно-следственные связи. Некий алгоритм добавляет элементарные события по одному, формируя процесс. Процесс во многом случайный, но видно, что в середине имеется более плотный поток событий и более рыхлое облако событий вокруг. Грубо похоже на современные представления о движении элементарных частиц.
С тех пор я существенно усовершенствовал алгоритмы. Теперь они формируют сети взаимодействующих частиц. Но в качестве иллюстрации ролик отражает мои представления об устройстве микромира. Должен существовать алгоритм, формирующий элементарные частицы, а из них все остальное во вселенной.
Допустим, такая теория создана. Но ее понимают только специалисты. А что она даст другим людям, далеким от науки?
Открытие алгоритма вселенной – это, безусловно, очередная научная революция.
Революция в науке приводит к новым технологиям. Так революция в физике первой половины двадцатого века, создание квантовой механики привело и к ядерным технологиям, и к современным микросхемам, и к сверхпроводникам. Только это не быстро. От открытия атомного ядра до создания атомной бомбы прошло полвека.
Сейчас цивилизация переходит к шестому технологическому укладу, в основе которого лежат информационные технологии, робототехника, нанотехнологии, биотехнологии. Информационная теория вселенной станет основой седьмого технологического уклада, к которому цивилизация может перейти в конце нашего века. Я уже вряд ли, а молодые читатели увидят удивительный мир седьмого технологического уклада.
Расскажи подробнее о предполагаемых технологиях седьмого технологического уклада.
С нашей точки зрения мир седьмого технологического уклада будет воплощением сказки. В этом нет ничего удивительного. Сказки постепенно сбываются. Вспомним злую королеву, мачеху Белоснежки. У нее было волшебное зеркало, которое отвечало на вопросы и показывало изображения. До наших дней это зеркало было волшебством, а теперь оно просто смартфон с голосовым управлением, по которому злая королева гуглила свои вопросы. Так и будущие сказочные технологии, став технологиями, перестанут быть волшебством, а будут обычной рутинной работой, которой обучают в колледже.
Технологиями седьмого уклада будут магические технологиии. Что такое магия? Это управление объектами окружающего мира с помощью магических заклинаний. А что такое магическое заклинание? Это информационный сигнал, которым отдается приказ некоторому объекту.
В текущей жизни мы регулярно отдаем приказы, и они выполняются, но только некоторыми объектами. Это люди, некоторые животные, например, ваша собака, некоторые машины. Другие объекты приказы игнорируют. А почему? Современный ответ: приказ может выполнить только объект, обладающий сложной информационной системой. Такой как мозг человека, или собаки, компьютерная система управления машины. Большинство объектов окружающего мира сложной информационной системой не наделены, приказов понимать и исполнять не могут. Но с точки зрения информационной теории вселенной это не так! Все состоит из огромного количества бит, то есть все является сложными информационными системами, даже мельчайшие песчинки на пляже. Нам надо только научиться общаться с ними, приказывать им. Для этого надо выполнить три условия.
Первое. Приказ должен быть выполним получателем. Бессмысленно приказывать человеку подпрыгнуть до Луны.
Второе. Приказ должен делаться физическим способом, воспринимаемым получателем. Бессмысленно приказывать человеку с помощью радиоволн или ультразвука, а также таким тихим шепотом, что он не расслышит.
Третье. Приказ должен быть на понятном получателю языке. Бессмысленно приказывать человеку по-китайски, если он не знает китайского языка.
Последнее условие самое интересное. Нам предстоит изучить язык океанов и язык облаков, язык звезд и язык хорошего коньяка с ломтиком лимона. И они все будут слушаться наших приказов. Инструментом познания этих языков является математика. Математика – это магия мира будущего. Можно представить себе обычное объявление 2100 года: «Вычисление магических заклинаний по индивидуальным заказам. При одновременном заказе трех заклинаний четвертое бесплатно».
Спасибо за интересную беседу. Будем надеяться, что ты прав, и мы будем жить в удивительном мире промышленной магии.
