Оксфордский профессор Дэвид Дойч — один из главных авторитетов планеты в области квантовых компьютеров и ярый сторонник многомировой интерпретации квантовой механики. Эти темы и по отдельности могли бы послужить предметами длительного разговора — но в последние годы Дойч занялся еще более масштабным вопросом: предложенная им «теория конструктора» носит как философский, так и прикладной характер и призвана объединить квантовые и классические представления о мироздании. Ученый рассказал T&P, чем полезны нерешаемые задачи, как правильно интерпретировать философию Карла Поппера и можно ли сделать из астероида бюст Наполеона.

— Первый вопрос я хотел бы задать вам в трех версиях. Для начала: как бы вы объяснили свою теорию семилетнему ребенку?

— Вообще говоря, семилетке объяснить что-то подобное проще, чем взрослому. Потому что эта теория заставляет нас отринуть многое из того, что кажется нам неотъемлемой частью интеллектуального базиса, неизменного на протяжении сотен лет.

Так что я сказал бы ребенку следующее: теория конструктора отвечает на вопрос о том, что именно может быть создано из конкретных деталей. Например, автомобиль нельзя создать из мышки — ведь машина гораздо тяжелее, а в физике существует закон о том, что общая масса веществ, вступивших в реакцию равна общей массе веществ, получившихся в результате реакции. Но если приложить достаточные усилия, то машину можно создать из другой машины — если к ней прилагается источник энергии (потому что у них одинаковая масса, потому что они созданы из одних и тех же материалов — ну и так далее).

Получается, что нам следует предоставить энергию неким устройствам, которые могут выполнить это задание. То есть, в качестве необходимого условия возникают еще и устройства — но их мы не учитываем в списке ресурсов по той причине, что они остаются неизменными после выполнения задания. Теория конструктора занимается подобными вещами — тем, что «конструирует» другие вещи, но остается неизменным в ходе конструирования. Вот так бы я начал свое объяснение — а дальше все зависело бы от вопросов, которые мне задаст ребенок.

— А как бы вы объяснили теорию выпускнику художественного вуза?

— Вот как: представьте все возможные трансформации физического объекта. Скажем, можно представить, как астероид средних размеров становится бюстом императора Наполеона. Теперь другой образ: груда холстов и сваленных на них красок превращается в картину. И наконец, задумаемся о следующей задаче: необходимо искусственно заставить солнце выйти на небосвод. Сравним эти три типа задач. Первая потенциально осуществима, но никогда не реализуется — по целому ряду причин. Вторая осуществима — и постоянно реализуется на практике. Третья же невыполнима: ее осуществление противоречит различным физическим законам.

Теория конструктора формулирует фундаментальные различия между возможным и невозможным — и ей абсолютно все равно, какая из принципиально возможных вещей происходит, а какая — нет. Этот подход отличается от превалирующей в физике точки зрения, в которой большое значение имеет различие между тем, что случается и не случается в реальности. В некоторых случаях эти подходы идентичны: когда осуществимая задача не может не осуществиться. Но в тех случаях, когда мы рассматриваем вопросы, похожие на «что мы можем сделать с астероидом», теория конструктора становится более подходящим инструментом. Она говорит о том, что вся естественная наука может — и должна — быть сформулирована в терминах, описывающих отличие между двумя типами событий: теми, которые могут и не могут произойти.

— Хорошо, теперь третья версия: как бы вы объяснили свою теорию крайне религиозному человеку?

— Ха! Первые два человека ведь тоже могут быть очень религиозными?

— И правда. Хорошо, давайте исключим этот фактор в первых двух случаях.

— Тогда я напомню собеседнику о том, что религиозная концепция мироздания привлекает к вопросу волю некой сверхъестественной сущности. Также в ней обязательно возникает вопрос свободы выбора человека. Оба эти аспекта отвергаются мейнстримовой наукой: их считают либо бессмысленными, либо несовместимыми с научным объяснением физических явлений. Теория конструктора не восстанавливает в правах первый способ объяснения мира — но она возвращает в оборот второй. Так что верующий человек должен встречать ее с распростертыми объятиями!

«Если говорить о квантовой механике, то в приложении к ней теория конструктора превращается в описание всего мультиверса. В мультиверсе существует два варианта: событие может либо произойти, либо не произойти. Если нет — то это запрещено законами физики. Если да — то достаточное знание приведет к тому, что оно случится»

Свобода воли и причинно-следственные связи — вся терминология, связанная с вопросами личного выбора, держится на представлении о том, что множество следствий, возникающих в результате того или иного поступка и отличающихся от реально выбранного, также реальны. Не будь они принципиально возможны, в мире не существовало бы свободы выбора. Теория конструктора не запрещает подобное объяснение — более того, для нее совершенно естественно объяснять события в подобных терминах. Я могу сказать, что выбрал «А», хотя мог выбрать «Б» — и подобная фраза будет выглядеть совершенно нормально в контексте того, как теория конструктора интерпретирует законы физики.

— Простите, если подобная параллель окажется неглубокой, но вы же согласитесь с тем, что ваше описание хорошо согласуется не только с теорией квантовых вычислений, которой вы занимались большую часть жизни, но и с обычными, бинарными компьютерами? Да — нет, нули — единицы. Вы вдохновлялись и этим тоже?

— Нет-нет. Уже можно сказать, что бинарные компьютеры уступают место квантовым. Ключевой момент заключается в том, что разница между «запрещено» и «разрешено» ни в коем разе не аналогична разнице между «нулем» и «единицей» в классических компьютерах. И ноль, и единица здесь разрешены. Весь континуум состояний — все они разрешены. Не разрешено нарушать квантовую теорию. Так что аналогия с бинарной дихотомией здесь неприменима. Однако я изначально мыслил теорию конструктора как обобщение квантовой теории вычислений. Но не как сумму описаний тех состояний, в которых может пребывать информация — все они являются возможными! Обобщению послужила та идея, что невозможные задачи могут послужить формулировке теории — наряду с возможными. И так можно распространить теории вычислений за пределы этой части науки: описать все физические процессы.

Сейчас я приведу вам пример — самым простым будет такой. Закон сохранения энергии может быть выражен следующим образом: две невыполнимых задачи, будучи выполненными параллельно, приводят к выполнимой задаче. Например, мы понижаем энергию чего-либо на один джоуль — и заодно увеличиваем энергию чего-то другого на тот же один джоуль. Если попытаться выполнить эти задачи по отдельности, ничего не выйдет. Но стоит попытаться осуществить их в совокупности — и это станет возможно.

И если вы отобразите все возможные и невозможные задачи, то вы среди прочего сформулируете и закон сохранения энергии. Вообще говоря, именно этим теория конструктора и отличается от всех прочих теорий сетей и операций, алгебры процессов и всяческих других вычислений. Все они рассуждают о том, как вставить возможные задачи в другие возможные задачи. Теория конструктора, в свою очередь, рассуждает обо всех задачах — возможных и невозможных — и невозможные зачастую играют важную роль.

— Кстати говоря, вы известны как ярый сторонник теории мультиверса в квантовой механике. В этой интерпретации важную роль играют статистика и вероятности — а в вашей теории, как мне показалось, сам факт выбора играет большую роль, чем статистика. Вы не могли бы прояснить этот момент?

— Да, конечно — но сначала мне хотелось бы уточнить, что в многомировой интерпретации квантовой механики вероятность и статистика не проявляются на фундаментальном уровне теории. В согласии с многомировой интерпретацией, эволюция квантовой системы детерминирована. Интересный момент заключается в том, что по теории конструктора все подобные теории должен быть детерминистскими. Итак, вероятность появляется только в момент определенных аппроксимаций — и так далее. Каким же образом здесь появляется факт выбора, как он легитимизируется? Именно что в полном отсутствии связи со статистикой.

Есть такое заблуждение: мол, в недетерминистской теории, учитывающей вероятности, свободу воли и возможность выбора учесть легче. Ничуть нет! Что мы получаем на выходе? Те варианты развития событий, которые, как человечеству кажется, выбираются свободно, на самом деле определяются случайным образом. Повторюсь: эта дихотомия — не та, что вводится в теории конструктора. Если говорить о квантовой механике, то в приложении к ней теория конструктора превращается в описание всего мультиверса. В мультиверсе существует два варианта: событие может либо произойти, либо не произойти. Если нет — то это запрещено законами физики. Если да — то достаточное знание приведет к тому, что оно случится. Это событие может варьироваться в зависимости от свойств той вселенной, в которой оно случается. К примеру, некая задача сформулирована как «создать генератор случайных чисел»: в квантовой теории это означает, что в разных вселенных будут возникать разные наборы чисел. Но сам факт появления этих чисел в мультиверсе очевиден! Это одно из возможных событий.

— Одной из занятных отличительных особенностей вашей теории является то, что вы мыслите информацию как физический объект. Как вы визуализируете это?

— Возьмем, к примеру, этот разговор. Это же обмен информацией, правда? Когда вы задаете мне вопрос, сначала я думаю о том, что ответить, — а это процесс, протекающий в моем головном мозге. Он осуществляется за счет нейронов, где происходят химические реакции, связанные с перекачкой ионов калия и натрия через клеточные мембраны. Так эта информация возникает. Потом она превращается в движения мышц у меня во рту и в голосовых связках, что приводит к колебаниям в воздухе. Колебания влияют на возникновение электричества в моем компьютере — ну и так далее.

Информация свободно меняет форму — от одного физического проявления к другому. Снова и снова. Причиной этого перехода от одной физической вариации к другой, радикально отличающейся от предыдущей, на каждом шаге служит предшествующий ему шаг. Помните, что я говорил семилетнему ребенку? Конструкторы — это то, что остается неизменным, но вызывает появление новых событий и вещей. В примере с автомобилем конструктором является робот, создающий его, — потому что робот, грубо говоря, неизменен. И может построить новую машину после окончания производства предыдущей.

Информация остается постоянной в вышеупомянутой цепи — несмотря на то, что она использует разные физические объекты для того, чтобы проявить себя, один за другим. И притом, что эта цепь физична на сто процентов, вы не можете объяснить ее с помощью свойств какой-либо индивидуальной физической системы. Важным свойством информации является то, что мы называем «интероперабельностью». Те многие физические системы, где она может проявиться, называются «системами переноса информации». Так что лично я представляю себе абстракцию, имеющую множество проявлений.

— Вы уже несколько раз упомянули о том, что конструкторы остаются неизменными в ходе процесса — и я здесь совершенно не понимаю один момент: как они вообще могут оставаться неизменными? Квантовая теория учит нас, что мир меняется постоянно, в каждый момент, и каждый объект в нем — тоже.

— Мне кажется, тут заложено сразу несколько вопросов. Давайте попытаемся разбить их на более мелкие.

— Давайте. Как вы определяете «неизменность»?

— В реальной жизни не существует идеальных конструкторов. Все конструкторы также являются абстракциями. Мы можем вообразить хорошую аппроксимацию конструктора — таковой, например, является промышленный робот. Но роботы тоже стареют и ломаются. Также роботы могут ошибаться и производить не вполне одинаковые «вещи». Что же нам делать? Мы ремонтируем роботов. А когда мы это делаем, мы руководствуемся инструкцией, чертежом или наброском. Они сообщают нам о том, как исправить ошибки: чертеж объясняет, какую именно шестеренку следует заменить.

«Всегда существуют отдельные типы информации, остающиеся постоянными — конкретно выражаясь, истина. Если макет достаточно хорош, некто сможет восстановить его, используя законы физики — даже не имея под рукой более старой версии! И в этом смысле истинные идеи, истинные чертежи, истинные конструкторы лимитируют список всего того, что может быть создано»

Эти инструкции более постоянны во времени, чем сам механизм. Чертежи и прочее также должны иметь некоторое физическое проявление: несмотря на то, что они живут дольше робота, они не бессмертны. Если они, к примеру, написаны на бумаге, в конце концов, бумага начнет загибаться или выцветать, будет повреждена окружающей средой. Но и она тоже может быть сохранена путем производства дополнительных копий — и пережить таким образом оригинал. Например, если мы поместим одну из копий в сейф — и не будем забывать всякий раз производить дополнительные копии. Понимаете, да? Вы можете последовательно создавать различные вариации информации, находящейся внутри конструктора, и всякий раз она будет становиться еще более долговечной.

Если не существует предела тому, насколько «идеально» вы можете это воплотить в жизнь, то конструктор называется «возможным». Если существует предел, установленный законами физики (относящийся к точности создания конструктора или к тому, насколько долговечным вы можете его сделать — или что-то другое), тогда ваш конструктор на самом деле таковым не является. Вторую ситуацию, соответственно, следует интерпретировать в иных терминах — назначить конструктором что-то, что на самом деле остается постоянным. В конце концов, законы физики уж точно останутся постоянными — но есть и кое-что еще.

Всегда существуют отдельные типы информации, остающиеся постоянными — конкретно выражаясь, истина. Я говорил о том, что устройство робота неизменно, и когда мы создаем его дополнительные копии, их качество улучшается в том плане, что им все легче оставаться постоянными в своих свойствах. Но представьте, что в определенный момент мы потеряли все чертежи. Если макет этого робота достаточно хорош, некто сможет восстановить его, используя законы физики — даже не имея под рукой более старой версии! И в этом смысле истинные идеи, истинные чертежи, истинные конструкторы лимитируют список всего того, что может быть создано. Вот что делает их неизменными.

— Как химик я не могу не поинтересоваться конкретным примером конструктора, который вы приводите — катализатора в химическом процессе

— Да-да, это первый пример конструкторов, проанализированных учеными: химики знали о них задолго до физиков.

— Но как мы знаем теперь, любой катализатор не только принимает участие в реакции, но и изменяется по ее ходу.

— Cам факт принятия участия в процессе не является проблемой. Конструкторам более чем позволительно принимать участие в процессах и меняться в ходе конструкции — если только они оказываются в исходном состоянии по окончании процесса.

— То есть речь идет об исходном и конечном состоянии системы?

— Именно так. Поймите правильно: конструктор очень активен. Важно то, что в конце производства он должен быть способен повторить этот процесс. Еще одно уточнение: он даже не должен оставаться ровно таким же. Его способность осуществлять конструкцию, в свою очередь, должна оставаться абсолютно неизменной.

— Это и есть критерий «постоянства»?

— Да, более того — это критерий существования конструктора, его истинности.

— Что вы вообще думаете о всех прочих «теориях всего»? Почему они не настолько хороши, как ваша?

— Концепция, которая обычно именуется «теорией всего» — это, грубо говоря, теория элементарных частиц. Ну и, может быть, еще и гравитации. С моей точки зрения, такая концепция очень узка: она вообще не принимает во внимание спонтанно возникающие свойства, присущие природе — а они ведь тоже подчиняются законам. Возьмем такой пример: невозможно определить разницу между экспериментально проверяемой теорией и такой теорией, которую нельзя опровергнуть экспериментально, если речь идет исключительно об элементарных частицах. Эксперименты тоже относятся к числу спонтанно возникающих параметров системы, которой является природа. Вообще, само слово «testable» означает, что теорию можно проверить экспериментом — а не то, что она обязательно будет проверена экспериментом.

«Я не считаю свою теорию революционной. Если бы она была такой, у нее бы было крайне мало шансов на истинность. Как сторонник Поппера, я уверен, что прогресс всегда возникает в тот момент, когда мы маленькими шагами решаем определенные проблемы внутри теории»

Кроме того, нынешняя теория всего не может описать термодинамику. И у меня есть еще одна причина, по которой современная физика элементарных частиц не может являться фундаментальной основой природы: с другой точки зрения, она недостаточно микроскопична! Ведь она не включает в себя квантовую теорию. Они там, по-моему, надеются на то, что в том случае, если они обнаружат верную теорию взаимодействия элементарных частиц, она автоматически разрешит все противоречия между теорией относительности и квантовой теорией. Мне-то кажется, что это крайне маловероятно.

На данный момент физика элементарных частиц находится в том состоянии, в котором существовала химия на момент открытия периодического закона. Другими словами, то, что они классифицируют — это регулярные события, происходящие в природе. Они помещают эти штуки в определенные ячейки и пытаются предсказывать свойства вещей на основе обнаруженных закономерностей. Но у них нет никакого представления о том, почему эти закономерности вообще существуют! Нас ждет открытие более глубокой теории. Более того, нам уже известна одна более глубокая теория — это квантовая теория; она должна быть интегрирована с теорией элементарных частиц — когда-нибудь. Но пока что на горизонте не видно ничего такого, что могло бы объяснить, как именно нам следует объединить их. И я не говорю, что теории конструктора это по силам — но она предоставляет определенные рамки для того, чтобы выражать в них законы природы, включающие в себе все эмергентные свойства (вроде законов термодинамики) и все законы микроскопического мира (вроде физики элементарных частиц). И квантовую теорию тоже! Все это может быть выражено средствами Теории Конструктора, так что она может послужить необходимым условием начала их интеграции.

— Вы часто упоминаете в интервью Карла Поппера и его постпозитивистскую концепцию взгляда на мир. Но разве предлагаемая вами теория не из области попыток произвести научную революцию — то есть уже больше по ведомству Томаса Куна? Скажите, вы искренне хотите перепридумать науку?

— Во-первых, хочется отметить, что я рассматриваю свою философию науки как малюсенькую ссылку под работами Поппера. Она очень сильно отдалена от философии Куна. И мне не кажется, что философию Поппера можно назвать постпозитивистской; она антипозитивистская. Возможно, я сейчас удалюсь в такие дебри, которые вам не слишком интересны, но давайте немножко поговорим о Поппере. Поскольку в двадцатом веке с философией все стало плохо, чудовищно плохо, работы Поппера классифицировали так, будто он отвечал на те же вопросы, что и все предшествовавшие ему философы науки — с древних времен. А именно: «как мы формулируем общие теории на основе частных случаев и наблюдений»? И поскольку он писал примерно в то же время, что и позитивисты, а также взаимодействовал с ними в некотором роде (у них при этом существовал свой собственный ответ на вышеупомянутый философский вопрос), к нему относились как к своенравному позитивисту. Негативисту, если угодно.

«Изучение языков программирования — это одна из тех вещей, что приносят наибольшее удовлетворение в принципе. Оно открывает большее число, скажем так, интеллектуальных дверей, чем любая другая вещь, которую я могу вообразить»

Считается, что он говорил, будто нам следует не подтверждать теории, а опровергать — и отвергать те другие, что соперничают с ними. Подобный подход к его работам — полное непонимание вопроса. То есть, конечно, буквально он именно это и говорил. Но цитировать легко, а вот смысл его работ понимают немногие. Вот что он имел в виду: мы не вычленяем наши теории ниоткуда. Наши теории — это предположения. А наблюдение начинает играть роль только после того, как у нас на руках есть теория. И даже потом наблюдение не оправдывает и не подтверждает теорию — просто потому, что мы не заинтересованы в оправдании теорий. Это было радикальным изменением в теории науки.

Так вот, вернемся к теории конструктора: я не считаю ее революционной. Если бы она была такой, у нее бы было крайне мало шансов на истинность. Как сторонник Поппера, я уверен, что прогресс всегда возникает в тот момент, когда мы маленькими шагами решаем определенные проблемы внутри теории. Действительно, иногда небольшие эволюционные изменения могут возыметь огромный эффект: например, в тот момент, когда люди поняли, что у ракеты может быть не одна, а несколько несколько ступеней, радиус действия увеличился невообразимо — так, что мы смогли полететь на Луну! Подобным же образом теория конструктора не меняет большей части доказательной базы физики. Во многих ситуациях — например, в тех случаях, когда у ситуации только один исход, — она дает те же ответы на вопросы, те же объяснения.

Также важно иметь в виду, что нынешняя физика интегрировала в себя «конструкторские» объяснения с незапамятных времен — просто их отметали как не заслуживающие внимания. Например, законы сохранения энергии были впервые сформулированы в следующей форме: вечный двигатель невозможен. То есть, вы не можете сконструировать прибор, производящий работу и не теряющий возможности ее совершать. Вот эту формулировку я теперь превозношу и защищаю — не только для законов сохранения, но для всех законов физики! Как видите, моя теория соответствует традиции подобных объяснений, а также решает те вопросы в имеющихся объяснениях, о которых нам уже было известно. Так что я не революционер и не хочу быть им, потому что эта дорожка ведет к неудаче.

— В последнее время появилось много сторонников той идеи, что языки программирования нужно учить вообще всем — подобно иностранным языкам. Поддерживаете ли вы подобный взгляд?

— Я в принципе не поддерживаю идею обязательных образовательных программ. Мне кажется, что всякий человек волен выбирать сам, что ему или ей хочется или не хочется учить — согласно интересам. В течение нескольких сотен лет считалось, что смысл образования заключается в том, чтобы передавать существующее знание последующим поколениям в неизменном виде. Также считалось, что критерием успеха в образовании является достижение определенного стандарта компетентности в области знаний. Я уверен, что обе эти идеи плохи. Важное свойство знания состоит в том, что оно изменяется в каждом поколении.

Что касается стандартов, то стандартизация людей делает их одинаковыми — а экономически и научный и любой другой прогресс полагается на то, что люди отличаются друг от друга. В экономике этот принцип называется «законом сравнительного преимущества». Если вы отличаетесь от кого-то, то вы можете осуществлять торговлю и сотрудничать. Если вы идентичны, то все виды деятельности, в которых вы можете кооперировать, механистичны — а в подобных вещах людей все равно заменят роботы. Так что, поскольку я против образовательных программ, то мой буквальный ответ на ваш вопрос должен быть отрицательным.

Но если вы зададите мне слегка видоизмененный вопрос — «что бы вы посоветовали учить молодому человеку?», я скажу, что изучение языков программирования — это одна из тех вещей, что приносят наибольшее удовлетворение в принципе. Оно открывает большее число, скажем так, интеллектуальных дверей, чем любая другая вещь, которую я могу вообразить. Разве что чтение лучше. Но кто-то может взглянуть на все это и решить, что это совсем не для него — я, мол, буду на скрипке играть, а все то время, что я провел за программированием — пустая трата времени. Я могу с этим согласиться — но пусть хотя бы попробуют!

— Насколько я понимаю, Алан Тьюринг и его работы — один из главных источников вдохновения для вас (вы еще и несколько статей о нем самом написали). Как вы воспринимаете его новообретенный статус одной из главных жертв борьбы с гомосексуальностью?

— Не то что бы это было моим полем исследования. Для меня Алан Тьюринг — важная фигура в истории науки и математической философии. Что же до его сексуальных предпочтений, то рассмотрение его фигуры в этом ключе кажется мне столь же бессмысленным, как привлечение внимания к цвету его кожи или волос. Или к тому, что он предпочитал есть на завтрак — яичницу или бекон. Он великий мыслитель — вот то определение, которое должно ему сопутствовать.

— Напоследок о банальностях: как по вашему, когда мы начнем массово производить квантовые компьютеры?

— Опять же, тут я не эксперт: я ведь занимаюсь теорией. В прошлом я делал оптимистичный прогноз на будущее: сказал, что через десять лет мы должны их заполучить. Не помню, когда именно я это сказал, но уверен, что эти десять лет уже почти прошли! А компьютеров все нет. Так что не знаю. Могу лишь сказать с уверенностью, что их на самом деле начнут производить — по глубоким причинам теоретического характера. И я раздражаюсь на эту тему подобно всем вокруг — особенно когда читаю Scientific American год за годом и не нахожу там статей о том, что вот, уже все сделали.