Сет Ллойд - Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки
В конечном счете идея о том, что мир жив или что Вселенная мыслит, – лишь метафора. В конце концов, что такое мысли Вселенной? Некоторая часть обработки информации, которую выполняет Вселенная, действительно происходит посредством мышления, человеческого мышления. Некоторые виды обработки информации, такие как цифровые вычисления, могут напоминать мышление. Но в огромном большинстве случаев обработка информации во Вселенной происходит в виде столкновений атомов, крошечных движений материи и света.
По сравнению с тем, что обычно называют мышлением, эти «мысли» Вселенной скромны: они состоят из элементарных частиц, которые просто заняты своим делом. Но скромность – это не слабость. Квантовый хаос может усиливать крошечные движения до тех пор, пока они не превратятся в ураган. Микроскопический танец вещества и света способен создать не только людей, но и все остальные существа. Столкновение двух атомов может изменить будущее Вселенной – и изменяет его.
Личные заметки: информация как утешение
Мой путь к концепции эффективной сложности был долгим и трудным. Он начался с сотрудничества с Хайнцем Пэджелсом в Университете Рокфеллера и продолжился, когда моя диссертация получила известность и мне предложили место профессора философии под руководством Рольфа Ландауэра в IBM. Ландауэр был одним из основателей физики информации. Его девиз – «Информация – величина физическая» – стал основным принципом этой книги: вся информация, которая существует, хранится физическими системами, и все физические системы хранят информацию.
Я был несколько удивлен этим предложением. Той осенью я прибыл в лабораторию Уотсона фирмы IBM в Йорктаун-Хайтс, чтобы прочесть лекцию о демоне Максвелла. В своей диссертации «Черные дыры, демоны и утрата когерентности: как сложные системы получают информацию, и что они с ней делают» (Black Holes, Demons, and the Loss of Coherence: How Complex Systems Get Information and What They Do with It) я предложил квантово-механическую модель того, как одна квантовая система получает информацию о другой, и показал, почему кажущиеся нарушения второго закона термодинамики, которые при этом возникают, не вызывают никаких реальных проблем. Моя лекция прошла не слишком успешно: Ландауэр меня раскритиковал. Как оказалось, Чарльз Беннетт только что опубликовал серьезную статью о демоне Максвелла, изложив идею компромисса между информацией и энтропией гораздо лучше, чем я. Что еще хуже, за ланчем я неумышленно задел Грегори Хайтина, пошутив о людях, верящих в целительную силу кристаллов: я не знал, что он держит в своей комнате большой кристалл, который помогает ему сконцентрироваться.
Тем не менее за лекцией последовало предложение о работе, и я собирался его принять. Вскоре после звонка Ландауэра в мой кабинет зашел руководитель моей лаборатории в Университете Рокфеллера. «Мюррей Гелл-Манн просит вас немедленно к телефону», – объявил он. До того дня я с опаской относился к ситуациям, когда профессора заходят в мой кабинет и делают объявления. С какой стати Гелл-Манн хочет со мной говорить? Я никогда с ним не встречался (кулачный бой в женском монастыре произошел гораздо позже), и я понятия не имел, по каким причинам самый известный физик в мире стал бы интересоваться какими-то деталями моей работы.
Я поднял трубку. «Где ваше заявление о примере в Калифорнийский технологический институт?» – требовательно спросил Гелл-Манн. Как оказалось, он работал над проблемами сложности и основами квантовой механики, и никак не мог найти постдока, который бы поработал с ним над этими темами. Он уже несколько месяцев искал кого-нибудь, кто писал бы диссертацию в этой области, и наконец нашел меня. Он был готов предоставить мне место, если я согласен.
Итак, за неделю, не имея никаких ясных перспектив, я получил целых два предложения о работе. Это было трудное решение. Поскольку я шел в обход обычного процесса найма в Калифорнийский технологический институт, зарплата, которую мог предложить мне Гелл-Манн в течение первого года, была вдвое меньше того, что предлагала IBM. С другой стороны, меня увлекала перспектива попасть в Калтех. В конце концов я решил отправиться на Запад. Это было летом 1988 г. Я собрал вещи, положил чемодан в свой старый «датсун» и тронулся в путь.
Первая остановка была в Санта-Фе в штате Нью-Мексико, где я посетил первую летнюю школу Института Санта-Фе и лично познакомился с Гелл-Манном. Мы вместе отправились в Лос-Аламос и весь день обсуждали концепцию сложности. Гелл-Манн был красив: вьющиеся седые волосы и ослепительная улыбка. Он прекрасный собеседник, по той простой причине, что знает примерно в десять раз больше обычного человека практически по любому предмету. Если он считает, что ваши рассуждения ошибочны, то без всяких колебаний дает вам это понять. В ходе нашей трехчасовой дискуссии я рискнул высказать собственное мнение об одном аспекте квантовой механики, с которым был недостаточно знаком. «Нет, – сказал Гелл-Манн, и в его голосе послышались железные нотки. – Нет!» Он коснулся лбом стола, за которым мы сидели и стал стучать по нему кулаками: «Нет! Нет! Нет! Нет!! Нет!!!» Вот, подумал я, наконец-то нашелся человек, с которым я наверняка сработаюсь.
Я провел в Санта-Фе целый месяц и отправился в Центр физики в Аспене (Aspen Center for Physics), чтобы навестить Хайнца, у которого был дом рядом с Аспеном. Он проводил здесь лето с женой Элейн и двумя маленькими детьми. Наша работа по термодинамической глубине вызвала дебаты в научном сообществе и привлекла внимание научных журналистов. Мы часто ходили в горы Элк-Маунтинз и обсуждали нашу следующую работу. Точнее, мы некоторую часть времени пытались обсуждать нашу следующую работу, но в основном Хайнц развлекал меня историями, никак не связанными с физикой. На вершине горы Кастл-Пик он развел руки в стороны и провозгласил: «Я дарю тебе все богатство и всех красавиц мира!»
Два дня спустя произошла катастрофа. Мы с Хайнцем решили подняться на пик Пирамид, груду выветренных скал высотой 4300 м возле долины Вест-Марун, в десяти милях от Аспена. Был прекрасный день; мы вышли рано и, тщательно избегая камнепадов, к полудню поднялись наверх. По пути вниз нам нужно было сделать короткий, но опасный траверс; стоит сорваться, и падать придется долго. Мы двигались по краю трещины, Хайнц впереди. В конце трещины он прыгнул на седловину между двумя скалами. Из-за полиомиелита, которым Хайнц переболел в детстве, у него была повреждена лодыжка. Когда его нога коснулась седловины, лодыжка подвернулась. Он упал и пропал из виду в почти вертикальной расщелине.
Я крикнул. Ответа не было. Очень быстро, чтобы хоть что-то делать, я тоже перепрыгнул на седловину; это был небольшой, но очень неудобный прыжок. Я кричал и кричал. Тишина. Расщелина была слишком крутой, и я не мог спуститься один, а веревка осталась в рюкзаке у Хайнца. Я повернулся и побежал за помощью другой дорогой.
Счастливого конца не было. Шериф попросил меня съездить к Элейн и сообщить ей о случившемся, а команда горных спасателей отправилась на поиски Хайнца в надежде, что он застрял в щели и, возможно, еще жив. Они не смогли его найти, решили задействовать вертолет и взяли меня с собой. Мы медленно поднялись над большой чашей пика Пирамиды, центральная часть которого представляет собой утес из отвесных выветренных скал высотой 800 м. Мы нашли, куда упал Хайнц. Там не было никакой щели. Он пролетел 30 м по вертикали, разбился и умер – быстрая, бескровная смерть. После удара его тело прокатилось еще 600 м, и там, на выступе скалы, мы его нашли. Мы медленно спустились, и я отправился к Элейн, чтобы сообщить ужасную новость.
В следующие месяцы я пытался как-то осмыслить случившееся. Моя потеря была ничто по сравнению с бедой Элейн; тем не менее я испытал настоящий шок, я был почти раздавлен. После похорон я вернулся в Лос-Аламос и продолжал работать с Войцехом Зуреком. Я жил в мотеле, мои окна выходили на каньон. По ночам меня будил голос Хайнца, звучавший у меня в голове. Я вскакивал с постели – мне казалось, что он находится в комнате. Я винил себя в том, что выжил. Однажды я в одиночестве ушел в дикие леса Пекоса. Я несколько дней бродил по лесу, не имея понятия, где я нахожусь. Я совершал в одиночку рискованные восхождения. Я взбирался на утесы и подолгу смотрел вниз, загипнотизированный ужасом.
Я искал утешения в работе, но законы физики, хотя и увлекают, но утешения не приносят. Причины всех случайных событий лежат в сфере квантовой механики. Многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что для каждого события, которое произошло, есть много миров, в которых его не случилось. Смерть Хайнца была трагической случайностью. Он был опытным альпинистом и мог бы тысячу раз без вреда прыгнуть от той трещины на седловину. Только в этот раз он приземлился под неправильным углом, и его подвела лодыжка. И здесь, в нашем мире, он упал со скал. Другие же миры меня не успокаивали. Подобно главному герою романа Кендзабуро Оэ «Личный опыт», я понял, что «невозможно примириться с безусловностью смерти, к каким бы психологическим уловкам вы ни прибегали».
