Глава II. Прогресс и энтропия

Как уже отмечалось, статистическое стремление природы к беспорядку – тенденция энтропии к возрастанию в изолированных системах – выражается вторым законом термодинамики. Будучи человеческими существами, мы не являемся изолированными системами. Мы принимаем извне пищу, которая генерирует энергию, и в результате оказываемся частичками более обширного мира, содержащего эти источники нашей жизнедеятельности. А еще важнее тот факт, что мы получаем информацию через наши органы чувств и действуем в соответствии с полученной информацией.

В настоящее время физики осознали значимость этого условия, насколько оно касается наших взаимоотношений со средой. Замечательным выражением роли информации в этом отношении является открытие Клерка Максвелла, известное в форме так называемого «демона» Максвелла. Последнего можно описать следующим образом.

Допустим, у нас имеется контейнер с газом и температура газа везде одинакова. Отдельные молекулы этого газа движутся быстрее, чем другие. Теперь предположим, что в контейнере есть маленькая дверца, через которую газ поступает в трубу, ведущую к тепловому агрегату, и что выпускное отверстие этого теплового агрегата посредством другой трубы соединено через другую дверцу с газовым контейнером. У каждой дверцы находится маленькое существо – «демон», – способное видеть приток молекул и открывать или закрывать дверцы в зависимости от скорости движения молекул.

«Демон» у первой дверцы открывает ее только для молекул с высокой скоростью движения и закрывает ее перед молекулами с низкой скоростью, поступающими из контейнера. Роль «демона» у второй дверцы в точности противоположна: он открывает дверцу только для молекул с низкой скоростью и закрывает ее для молекул с высокой скоростью. В результате температура с одной стороны повышается, а с другой понижается, тем самым порождая вечное движение «второго рода», то есть вечное движение, не нарушающее первого закона термодинамики, который гласит, что количество энергии в конкретной системе постоянно; однако одновременно происходит нарушение второго закона термодинамики, утверждающего, что энергия тяготеет к самопроизвольному понижению температуры. Иными словами, «демон Максвелла» как будто преодолевает тенденцию энтропии к возрастанию.

Возможно, я сумею проиллюстрировать данную идею еще нагляднее на примере толпы, которая рвется в метрополитен через два турникета: один пропускает только тех, кто бежит с определенной скоростью, а второй пропускает лишь тех, кто движется медленно. Случайное движение людей на станции метрополитена со стороны будет смотреться как поток, быстро преодолевающий первый турникет, тогда как второй турникет, повторюсь, будет пропускать лишь медленно идущих людей. Если оба турникета соединены проходом с колесом-топчаком посредине, то поток быстро движущихся людей скорее будет поворачивать топчак в одном направлении, чем поток медленно идущих людей будет поворачивать его в обратном направлении – и у нас появится источник полезной энергии от произвольного перемещения толпы.

Здесь обнаруживается весьма интересное различие между физикой наших предков и физикой нынешнего дня. В XIX столетии физика считала, что для получения информации не требуется никакого расхода энергии. В результате в системе Максвелла ничто не мешало его «демонам» питаться от собственного источника энергии. Зато современная физика признает, что «демон» может получить информацию, на основе которой он открывает или закрывает дверцу, только благодаря чему-то наподобие органа чувств (будем полагать, что это глаз). Свет, попадающий в глаз «демона», не является дополнением к механическому движению, лишенным энергии; он разделяет с механическим движением его основные свойства. Свет не воспринимается никаким прибором до тех пор, пока не упадет на этот прибор, и не может указывать положение какой-либо частицы, если только не попадет на эту частицу. Отсюда следует, что даже с чисто механической точки зрения мы не вправе считать, что газовый контейнер содержит только газ; в нем содержатся газ и свет, которые могут находиться в равновесии или пребывать в ином состоянии. Если газ и свет находятся в равновесии, возможно показать, что, в соответствии с современной физической доктриной, «демон Максвелла» будет столь же слеп, как если бы вокруг совсем не было света. У нас будет облако света, идущего со всех направлений, который никак не обозначит положения и скорости газовых частиц. Поэтому «демон Максвелла» будет работать только в системе, которая не находится в равновесии. Впрочем, в такой системе обнаружится, что постоянное столкновение частиц света и газа тяготеет к установлению равновесия между светом и газовыми частицами. Вследствие этого «демон» может временно изменять обычный ход энтропии, но в конечном счете энтропия все равно победит.

«Демон Максвелла» способен действовать бесконечно, только когда дополнительный свет поступает извне системы и температура этого света не соответствует механической температуре самих частиц. Такая ситуация должна быть хорошо нам знакома, ведь мы наблюдаем, как окружающая нас Вселенная отражает идущий свет солнца, который вовсе не находится в равновесии с механическими системами Земли. Строго говоря, мы сопоставляем частицы, чья температура варьируется в пределах от 50° до 60° по Фаренгейту^[14], с идущим от солнца светом, температура которого достигает многих тысяч градусов.

В системе, которая не находится в равновесии, или в отдельной части подобной системы энтропия не обязана возрастать. Более того, она может фактически уменьшаться локально. Возможно, это отсутствие равновесия в мире вокруг является всего-навсего этапом на пути к «выравниванию», которое в конечном счете приведет к равновесию. Рано или поздно мы все умрем, и весьма вероятно, что вся Вселенная вокруг тоже погибнет от перегрева, когда мир окажется в состоянии общего и грандиозного температурного равновесия, где не будет происходить ничего по-настоящему нового. Не останется ничего, кроме унылого единообразия, от которого можно ожидать лишь малых и незначительных локальных флуктуаций.

Однако на данный момент мы вовсе не являемся свидетелями последних стадий гибели Вселенной. Не исключено, кстати, что у этих последних стадий попросту не будет очевидцев. Следовательно, мир, с которым мы непосредственно взаимодействуем, проходит через стадии, пускай охватывающие крошечную, пренебрежимо малую толику вечности, но чрезвычайно важную для наших целей, поскольку тут энтропия не возрастает, а организованность и ее коррелят – информация – как раз таки накапливаются.

Сказанное выше об этих «анклавах» возрастания организованности не сводится исключительно к организации, наблюдаемой среди живых существ. Машины также способствуют локальному и временному накоплению информации, несмотря на то, что их организация кажется грубой и несовершенной в сравнении с человеческой.

Здесь я хотел бы сделать замечание семантического свойства: такие слова, как «жизнь», «цель» и «душа» категорически неадекватны по значению для точного научного мышления. Эти слова приобрели значимость благодаря тому, что мы признаем общность некоей группы явлений, и фактически не предоставляют нам какой-либо адекватной основы для выявления характеристик этой общности. Всякий раз, обнаруживая новое явление, которое до некоторой степени совпадает по своей природе с тем, что мы уже привыкли называть «проявлениями жизни», но которое не подпадает в точности под все связанные между собой критерии параметра «жизнь», мы сталкиваемся с проблемой: следует ли расширить толкование слова «жизнь», дабы охватить новые явления, или же определять «жизнь» более строго, дабы исключить новые явления. В прошлом эта проблема возникала при изучении вирусов, которые проявляли некоторые признаки жизнедеятельности – тенденцию сохранять устойчивость, размножаться и организовываться, но не выражали эти признаки в полностью сформированном виде. Сегодня, когда отмечаются известные аналогии между машиной и живым организмом, вопрос, считать машину живой или нет, видится сугубо семантическим, и мы вольны трактовать данную проблему по собственному усмотрению. Как говаривал Шалтай-Болтай, рассуждая о своих наиболее замечательных словах: «Я приплачиваю им и заставляю их делать все, что мне угодно»^[15].

Если мы хотим употребить слово «жизнь» в значении, охватывающем все явления, которые в локальных масштабах движутся, так сказать, вверх по течению против потока возрастающей энтропии, никаких препятствий для этого нет. Впрочем, в таком случае нам придется включить сюда многие астрономические явления, которые имеют лишь отдаленное сходство с жизнью в обыденном понимании этого слова. Поэтому, на мой взгляд, следует избегать всякого сомнительного словоупотребления, не использовать слова «жизнь», «душа», «витальность» и пр., и применительно к машинам просто говорить, что нет причин, по которым они не могли бы походить на человеческих существ в том отношении, чтобы олицетворять собой «карманы» уменьшающейся энтропии в контексте, где бо́льшая энтропия стремится к возрастанию.

Сравнивая живой организм с такой машиной, я ни на мгновение не допускаю того, что специфические физические, химические и духовные процессы жизни в обыденном представлении о ней аналогичны процессам в имитирующих жизнь машинах. Я просто хочу сказать, что в обоих случаях налицо локальные антиэнтропийные процессы, которые, по всей видимости, могут также выражаться разнообразными другими способами; последние, естественно, не следует определять ни с биологической, ни с механической точек зрения.

Да, совершенно невозможно делать какие-либо заявления общего свойства по поводу имитирующих жизнь автоматов в области, которая развивается столь же быстро, как область автоматизации, однако у этих машин в их современном виде все же имеется ряд общих характеристик, и мне хотелось бы их выделить. Первая характеристика состоит в том, что эти машины предназначены для выполнения какой-либо конкретной задачи или задач, а потому должны обладать соответствующими органами действия (подобными рукам и ногам человеческих существ); посредством этих органов они выполняют поставленные задачи. Во-вторых, машины должны быть en rapport^[16] с внешним миром через некие разновидности органов чувств, например через фотоэлектрические элементы и термометры; такие устройства не просто сообщают им об окружающих условиях, но позволяют регистрировать выполнение или невыполнение машинами собственных задач. Последняя функция, как мы уже выяснили, называется обратной связью, это способность регулировать будущее поведение на основании выполнения прежних инструкций. Обратная связь может быть элементарной (безусловные рефлексы) или может оказаться связью более высокого порядка, когда прошлый опыт используется не только для контроля специфических движений, но определяет всю линию поведения. Обратная связь «поведенческого» характера может являться – и зачастую действительно является – тем, что в одних случаях мы трактуем как условный рефлекс, а в других – как познание через обучение.

Для всех перечисленных форм поведения, в особенности для более сложных форм, необходимо иметь некие центральные органы, принимающие решения, определяющие дальнейшую работу машины на основе поступающей в нее информации, которую машина накапливает по принципу, аналогичному накоплению памяти живыми организмами.

Нетрудно сконструировать простую машину, которая будет перемещаться в направлении света или убегать от него; если такие машины будут обладать собственными источниками света, некоторые из них в совокупности способны продемонстрировать сложные формы социального поведения, как описано доктором Греем Уолтером в его книге «Живой мозг»^[17]. Сегодня наиболее сложные машины этого типа представляют собой всего-навсего игрушки для ученых, призванные помочь в исследовании возможностей самих машин и их аналога – нервной системы. Но есть основания ожидать, что развитие технологий в ближайшем будущем позволит воспользоваться некоторыми из этих возможностей.

Следовательно, нервная система и автоматическая машина принципиально схожи между собой в том отношении, что они суть устройства, которые принимают новые решения на основе решений, принятых ранее. Простейшие механические устройства принимают решения, выбирая одну из двух альтернатив, например включая или выключая переключатель. В нервной системе отдельная нервная клетка также совершает выбор между тем, передавать сигнал (импульс) или нет. В машине и в нервной системе имеется особое «приспособление» для принятия будущих решений в зависимости от прошлых решений. В нервной системе эта задача выполняется преимущественно теми чрезвычайно сложными точками контакта, что называются синапсами: в этих точках ряд входящих нервных волокон соединяются с одним выходящим нервным волокном. Во многих случаях возможно установить основание этих решений в качестве отправного пункта действия синапса – иначе говоря, определить, сколько именно входящих волокон должно возбудиться для того, чтобы произошло возбуждение выходящего волокна.

Здесь мы описали по крайней мере часть аналогии между машинами и живыми организмами. Синапс в живом организме соответствует распределительному устройству в машине. Для дальнейшего прояснения вопроса о подробностях сходства машин и живых организмов рекомендую обратиться к весьма познавательным работам доктора Уолтера и доктора У. Росса Эшби^[18].

Машина, подобно живому организму, есть, как я уже сказал, устройство, которое локально и временно пытается противодействовать общей тенденции к возрастанию энтропии. Благодаря способности принимать решения машина может создать вокруг себя локальную зону организованности в мире, который в целом стремится к упадку и разрушению.

Ученый всегда старается обнаружить порядок и организацию во Вселенной; тем самым он включается в схватку против заклятого врага – дезорганизации. Но каков этот дьявол – манихейский он или августинский? Кто он – сила, противящаяся порядку, или же само отсутствие порядка? Различие между этими двумя разновидностями дьявола становится очевидным в тактике, применяемой против них. Дьявол манихейцев есть противник, который, как всякий противник, рвется к победе и прибегает к любой хитрости, любым уловкам и лицемерию, чтобы взять верх. В частности, он станет скрывать свое намерение утвердить беспорядок, а если мы покажем, что хотя бы начали разоблачать такую политику, он изменит свои действия, чтобы оставить нас в неведении. С другой стороны, августинский дьявол, который сам по себе есть не сила, а всего лишь мера нашей слабости, может потребовать для своего обнаружения всех наших ресурсов; зато, стоит нам его обнаружить, мы как бы подвергаем его экзорцизму (до определенной степени), и он уже не в состоянии изменить свою политику в решенных вопросах из простого желания запутать нас сильнее прежнего. Дьявол манихейцев играет с нами в покер и охотно блефует, а назначение блефа, как разъяснил фон Нейман в своей «Теории игр», состоит не просто в том, чтобы добиться победы при помощи обмана, но в том, чтобы помешать выиграть нашему противнику, уверенному, что мы не будем блефовать.

По сравнению с этим манихейским воплощением рафинированной злобы августинский дьявол выглядит глупцом. Он разыгрывает партию ожесточенно, но может быть побит нашим разумом столь же основательно, как если бы его окропили святой водой.