4. Естественный отбор как алгоритмический процесс

Какой предел может быть положен этой силе, действующей в течение долгих веков и строго исследующей всю конституцию и образ жизни каждого существа, благоприятствуя полезному и отвергая вредное? Я не усматриваю предела деятельности этой силы, медленно и прекрасно адаптирующей каждую форму к самым сложным жизненным отношениям.

Чарлз Дарвин ⁵⁵

Второе, на что следует обратить внимание в формулировке Дарвина, – то, что он излагает свой закон в виде формального дедуктивного вывода: если условия выполняются, определенный результат неизбежен⁵⁶. Приведем ее снова, выделив некоторые ключевые термины жирным шрифтом.

Если при меняющихся условиях жизни органические существа представляют индивидуальные различия почти в любой части своей организации, а это оспаривать невозможно; если в силу геометрической прогрессии возрастания численности ведется жестокая борьба за жизнь в любом возрасте, в любой год или время года, а это, конечно, неоспоримо; если вспомнить бесконечную сложность отношений органических существ (как между собой, так и к их жизненным условиям), в силу которых бесконечное многообразие строения, конституции и привычек полезно для этих существ; если принять все это во внимание, то крайне невероятно, чтобы никогда не встречались вариации, полезные каждому существу для его собственного благополучия, точно так же, как встречались многочисленные вариации, полезные для человека. Но если полезные для какого-нибудь органического существа вариации когда-либо встречаются, то особи, характеризующиеся ими, конечно, будут обладать наибольшей вероятностью сохранения в борьбе за жизнь, а в силу строгого принципа наследственности они обнаружат наклонность производить сходное с ними потомство. Этот принцип сохранения, или выживания наиболее приспособленного, я назвал Естественным отбором⁵⁷.

Основной дедуктивный аргумент краток и прост, но сам Дарвин писал о «Происхождении видов» как о «едином длинном доказательстве». Так и есть, ведь книга состоит из доказательств двух видов: логического доказательства того, что процесс определенного рода с необходимостью будет приводить к определенного рода результату, и эмпирического доказательства того, что необходимые для протекания такого рода процесса условия в действительности существовали в природе. Дарвин подкрепляет логическое доказательство мысленными экспериментами – «воображаемыми примерами»⁵⁸, – которые показывают, как выполнение таких условий могло в действительности привести к результатам, на объяснение которых он притязает, но, чтобы изложить довод полностью, ему нужна целая книга, поскольку он приводит множество с трудом добытых эмпирических фактов, чтобы убедить читателя, что эти условия выполнялись снова и снова.

Стивен Джей Гулд⁵⁹ позволяет нам оценить важность этой особенности дарвиновского аргумента, рассказывая анекдот о Патрике Мэтью, шотландском натуралисте, который – к слову о любопытных исторических фактах – на много лет опередил Дарвина, описав механизм естественного отбора в приложении к опубликованной им в 1831 году книге «Плавник и лесокультура». На заре дарвиновского восхождения к славе Мэтью опубликовал (в Gardeners’ Chronicle!⁶⁰) письмо, в котором заявил о своем приоритете: Дарвин великодушно его признал и оправдал свою неосведомленность, отметив, что Мэтью избрал для обнародования открытия издание, не привлекшее широкого интереса читателей. В ответ на извинения Дарвина Мэтью написал:

Я сформулировал концепцию этого закона Природы интуитивно, описывая самоочевидный факт, практически без усилий и сосредоточенного обдумывания. Кажется, у г-на Дарвина больше прав на это открытие, чем у меня – мне оно открытием не показалось. Он вывел его, опираясь на индуктивные умозаключения, неторопливо и с должной осторожностию продвигаясь от факта к факту, тогда как я, лишь бросив беглый взгляд на устройство Природы, счел это появление видов в результате отбора a priori очевидным фактом – аксиомой, на которую надо лишь указать, чтобы ее признали непредубежденные и достаточно быстро схватывающие умы⁶¹.

Однако непредубежденные умы вполне могут испытывать сомнения относительно новой идеи – по причине благоразумного консерватизма. Дедуктивные аргументы печально известны своей ненадежностью. То, что кажется «само собой разумеющимся», рассыплется из‐за незамеченной детали. Дарвин понимал, что лишь беспощадно подробное перечисление доказательств существования постулированного им исторического процесса будет – или должно быть – достаточно убедительным, чтобы ученые отринули свои традиционные убеждения и восприняли его революционный взгляд, даже если его действительно можно было «вывести из аксиом».

***

С самого начала были те, кому дарвиновское новаторское сочетание дотошного натурализма с абстрактными рассуждениями о природных процессах казалось сомнительным и нежизнеспособным гибридом. Оно представлялось невероятно правдоподобным, но так же обстоит дело со множеством схем мгновенного обогащения, которые на поверку оказываются трюками и надувательством. Сравните его со следующим законом работы фондовой биржи: покупай по низкой цене, продавай по высокой. Если следовать этому правилу, обязательно разбогатеешь. Не может не разбогатеть тот, кто последует этому совету. Почему он не работает? Он работает – для всякого, кому достаточно повезло действовать в соответствии с ним, но, увы, нет способа определить, что условия выполнены, до того, как действовать, руководствуясь ими, не станет слишком поздно. Дарвин предлагал скептически настроенному миру то, что можно бы было назвать схемой медленного обогащения, схемой, позволяющей создать Порядок из Хаоса без помощи Разума.

Своей теоретической силой дарвиновская абстрактная схема была обязана нескольким особенностям, на которые Дарвин достаточно решительно указывал и которые ценил выше, чем многие его сторонники; однако он не располагал терминологией, позволившей бы их недвусмысленно описать. Сегодня мы можем охарактеризовать их одним-единственным термином. Дарвин открыл мощь алгоритма. Алгоритм – это определенного рода формальный процесс, который (логически) неизбежно приводит к достижению определенного рода результата, когда бы тот ни «запускался» или ни реализовывался. Во времена Дарвина в алгоритмах не было ничего нового. Многие хорошо известные арифметические процедуры – например, деление в столбик или подведение баланса в чековой книжке – являются алгоритмами, и таковы же процедуры принятия решений при разыгрывании образцовой партии в крестики-нолики или расположении нескольких слов в алфавитном порядке. Сравнительно новым (и позволяющим нам бросить ценный ретроспективный взгляд на открытие Дарвина) было теоретическое размышление математиков и логиков о природе и мощи алгоритмов в целом; в XX веке это привело к появлению компьютера, что в свою очередь, разумеется, стало причиной гораздо более глубокого и наглядного понимания возможностей алгоритмов в целом.

Термин алгоритм восходит – через латинское слово algorismus – к раннеанглийскому algorisme (с ошибочным написанием algorithm), образованному от имени персидского математика, Мусы аль-Хорезми, чья написанная примерно в 835 году н. э. книга о математических действиях в XII веке была переведена на латынь Аделардом Батским или Робертом Честерским. Идея, что алгоритм является надежной и в некотором роде «механической» процедурой, существовала на протяжении столетий, но лишь в 1930‐х годах в новаторской работе Алана Тьюринга, Курта Гёделя и Алонзо Черча было в первом приближении зафиксировано современное понимание этого термина. Нам будут важны три основные особенности алгоритмов, и каждую не так-то просто определить. Более того, каждая усугубила замешательство (и тревогу), все еще мешающие нам размышлять о революционном открытии Дарвина, так что на страницах этой книги нам неоднократно придется возвращаться к этим вводным замечаниям и переосмыслять их.

1. Безразличие к материалу: деление в столбик можно с равным успехом осуществлять, используя карандаш или ручку, бумагу или пергамент, неоновые огни или дымовой след самолета – и прибегая к какой угодно системе символов. Осуществимость процедуры основана на ее логической структуре, а не на конкретных особенностях использованных в данном случае материалов и лишь пока эти конкретные особенности позволяют в точности выполнять предписанные действия.

2. Базовая неразумность: хотя сам проект процедуры может быть блестящим или приводить к великолепным результатам, каждый конкретный ее шаг, а также переходы между ними чрезвычайно просты. Насколько они просты? Достаточно просты, чтобы их мог осуществить прилежный дурак – или попросту механическое устройство. Согласно известной «школьной» аналогии, алгоритмы – это своего рода рецепты, составленные так, чтобы им могли следовать поварята. В кулинарной книге, предназначенной для шеф-поваров, мы можем прочитать: «Варите рыбу в подходящем вине на медленном огне до полуготовности», – но описывающий тот же процесс алгоритм начнется так: «Выберите белое вино со словом „сухое“ на этикетке; возьмите штопор и откупорьте бутылку; налейте на дюйм вина в сковороду; включите конфорку под сковородой…» – утомительное расчленение процесса на элементарные шаги, не требующие от читателя принятия мудрых решений, или вынесения тонких суждений, или проявления интуиции.

3. Гарантированный результат: что бы ни делал алгоритм, при безошибочном исполнении он всегда приводит к ожидаемому результату. Алгоритм – рецепт надежный.

Легко видеть, как эти характеристики делают возможным создание компьютера. Любая компьютерная программа является алгоритмом, в конечном счете составленным из простых шагов, которые тот или иной простой механизм может выполнять с невероятной надежностью. Обычно для этого используют электронные микросхемы, но мощность компьютера никак (если не считать скорости вычислительных процессов) не зависит от конкретных особенностей электронов, ударяющихся о силиконовые чипы. Те же самые алгоритмы могут выполняться (и даже еще быстрее) с помощью приборов, в которых фотоны перемещаются по стекловолокну, или (гораздо, гораздо медленнее) командами людей, вооруженных бумагой и карандашами. И, как мы увидим, способность компьютеров с потрясающей скоростью и надежностью выполнять алгоритмы сегодня позволяет ученым-теоретикам исследовать опасную идею Дарвина доселе невозможными методами – и приходить к удивительным результатам.

По сути дела, Дарвин обнаружил не один алгоритм, а скорее большой класс взаимосвязанных алгоритмов, которые он не мог четко различить. Теперь мы можем переформулировать его фундаментальную идею следующим образом:

На протяжении миллиардов лет жизнь на Земле развивалась как единое дерево со множеством ветвей – Древо Жизни; ее развитию способствовали те или иные алгоритмические процессы.

Со временем постепенно (по мере того как мы будем узнавать, какими способами разные люди выражали эту мысль) станет ясно, что означают эти слова. Некоторые формулировки абсолютно пусты и бессодержательны, другие – очевидным образом ложны. Посередине находятся те, что и в самом деле объясняют происхождение видов – и сулят множество других объяснений. Благодаря как упорной критике откровенных ненавистников идеи эволюции как алгоритма, так и опровержениям ее поклонников, такие формулировки становятся все точнее.