Текст книги "Схизматрица (сборник)"

Автор книги: Брюс Стерлинг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 56 (всего у книги 56 страниц)

Искусственная жизнь

_{© Bruce Sterling. Artificial Life.}

_{F&SF, December 1992.}

_{Перевел Андрей Колабанов}

Новую область научных исследований, за которой закрепилось название «Искусственная жизнь», можно определить как «попытку абстрагировать логически представленную сущность жизни от ее материальных проявлений».

Допустим для начала. Но что же такое жизнь? Основопологающий тезис «Искусственной жизни» заключается в том, что «жизнь» правильней всего понимать как сложный системный процесс. «Жизнь» состоит из отношений, правил поведения и взаимодействий. «Жизнь» как свойство потенциально независима от живущих существ.[56]

Живые существа (такие, какими мы знаем их сейчас) в основе своей состоят из насыщенных водой органических элементов: кровь и кости, лимфа, целлюлоза, хитин. Живое существо – например котенок – представляет собой физический объект, скомпонованный сочетаниями молекул, занимающий место в пространстве и обладающий массой.

Котенок бесспорно «жив», но не потому, что «дыхание жизни» или «живительный импульс» как-то заложены в его тельце. Мы можем думать, говорить или поступать так, как если бы котенок «был жив» благодаря какому-то мистическому «кошачьему духу», оживляющему его физическую кошачью плоть. А если бы мы к тому же были еще и суеверны, то мы могли бы даже представить себе, что у здоровой, молодой кошки – девять жизней. Люди говорили и поступали именно так на протяжении тысячелетий.

Но, с точки зрения исследователей «Искусственной жизни», это очень примитивный способ определения того, что на самом деле происходит с живой кошкой. «Жизнь» котенка – процесс, включающий в себя производство потомства, генетическую вариацию, наследственность, поведение, обучение, запоминание генетической программы, воплощение этой программы при помощи физического тела. «Жизнь» – нечто действующее, а не просто существующее, жизнь потребляет энергию из окружающей среды, растет, восполняет потери, воспроизводится.

И эта цепь процессов, называемых «жизнь», может быть рассоединена, изучена, математически смоделирована, симулирована компьютером и подвергнута любым экспериментам – вне тела живого создания.

«Искусственная жизнь» изучается пока еще очень недолго. Этот термин впервые использован в 1987 г., когда потребовалось найти звучное название для конгресса по «синтезу и симуляции живых систем», проходившего в Лос-Аламосе, штат Нью-Мехико. Искусственная жизнь как дисциплина неразрывно связана с компьютерным моделированием, компьютерным программированием и кибернетикой. Она в основе своей походит на более раннюю область исследований, называемую «Искусственный интеллект». Искусственный интеллект разрабатывался для того, чтобы выявить базовую структуру мышления и заставить компьютер «думать». Отличие же Искусственной жизни в том, что ее задача – сделать компьютер не умнее муравья, но таким же живым, как целый муравейник.

Искусственная жизнь как отрасль науки использует компьютер в качестве своего основного инструмента исследований. Так же, как до него телескопы и микроскопы, компьютер делает ранее невидимые аспекты мира доступными человеческому взору. Сегодня компьютеры проливают свет на деятельность комплексных систем, на новые физические принципы, такие как «возникающее поведение», «хаос» и «самоорганизация».

На протяжении тысячелетий жизнь оставалась одной из величайших метафизических и научных загадок, но теперь в этот туман опустили новые экспериментальные компьютерные зонды. Уже сейчас получены очень интригующие результаты.

Может ли компьютерный робот быть живым? Может ли что-то, существующее только как цифровая симуляция, считаться «живым»? Если оно выглядит, как утка, крякает, как утка, ходит вразвалку, как утка, но является лишь сочетанием освещаемых точек на экране суперкомпьютера, – то утка ли это? А если это не утка, то что же это тогда, спрашивается, такое? Что же такого должно оно сделать, чем же таким оно должно быть, чтобы мы могли сказать – «Оно живое»?

На удивление сложно определить, где граница между «живым» и «неживым». Никогда не существовало всеохватывающего определения жизни, ни научного, ни метафизического, ни теологического. Жизнь не строится на четком выборе – или-или. Жизнь проявляется в некоем пространстве, континууме – возможно, в нескольких континуумах.

Кто-то, конечно, может попробовать поместить ее в более простые рамки, наподобие счета из прачечной. Чтобы «жить», нечто должно расти. Двигаться. Производить потомство. Реагировать на окружающую среду Потреблять энергию и избавляться от отходов. Питаться, умирать и распадаться. Обладать, как принято считать, генетическим кодом или быть результатом процесса эволюции. Но все эти положения несут очень серьезные проблемы. Сами функции воспроизводимы на сегодняшний день машинами или программами. Но их теоретические обоснования полны противоречий и парадоксов.

«Живы» ли вирусы? Они могут распространяться и размножаться, но не сами – они используют клетку-жертву, чтобы воспроизводить себя. Некоторые спящие вирусы способны кристализовываться в некое подобие органического шлака, по всем параметрам мертвого, и оставаться в таком состоянии сколь угодно долго – пока вирус не получит новой возможности для размножения, и тогда жизнь вновь закипает в нем.

А как насчет замороженного человеческого эмбриона? Он может находиться в спячке точно также, как и вирус, и, разумеется, требует укрытия, но может вырасти в живое человеческое существо. Вполне вероятно, что бывшие замороженные эмбрионы вот прямо сейчас и читают этот журнал! «Жив» ли замороженный эмбрион, или он только потенциально готов к жизни, как генетическая программа, застопоренная на полпути?

Бактерии являются наипростейшими организмами, но мы признаем их живыми. Многие люди, несмотря ни на что, согласятся с тем, что микроб, «живой». Но есть огромное количество других сущностей, действующих, как живые, таких же сложных по структуре, как микроб, но все же мы не называем их «живыми» только «метафорически» (что бы это ни значило).

А что можно сказать о национальном правительстве, например? Оно растет, адаптируется, развивается. И уж, безусловно, это очень сильная структура, потребляющая ресурсы, влияющая на окружающую его среду и использующая огромное количество информаций– Когда говорят: «Пусть Франция живет!» – что они хотят этим сказать? А что значит, что Советский Союз – «мертв»?

Амебы «бессмертны»[57] и не имеют возраста – они просто бесконечно размножаются раздвоением материнской клетки. Значит ли это, что все амебы – всего лишь частички одной супер-амебы, которой три миллиарда лет?

Большинство муравьев в муравейнике не производят потомства; они – бесплодные рабочие, инструменты, элементы системы связи, структура. Все отдельные муравьи в муравейнике могут умереть один за одним, даже сама матка может погибнуть, но до тех пор, пока новые муравьи и матки становятся на место старых, муравейник продолжает «жить» без сучка и задоринки.

Обсуждение «жизни» с этих позиций может показаться слишком придирчивым и софистским. В конце концов кому-то может показаться, что легко определить разницу между чем-то живым и чем-то мертвым, просто вглядевшись в него попристальней. На самом деле, это, похоже, единственный сильнейший аргумент приверженцев идей Искусственной жизни. Очень тяжело наблюдать за хорошей программой Искусственной жизни, не представляя ее в своем воображении хоть в какой-то степени «живой».

Только живые существа проявляют такую форму поведения, как собирание в стаю или стадо. Гигантская, движущаяся стая журавлей или фламинго – одно из наиболее впечатляющих зрелищ, которое может явить живая природа.

Но «логически представленная форма» собирания в стаю может быть отделена от ее «материального проявления» в виде стаи живых птиц. «Собирание в стаю» может быть задано правилами, выполнимыми компьютером. Вот эти правила:

1. Оставаться в стае – то есть пытаться продвинуться туда, где она имеет наибольшую плотность.

2. Стараться двигаться с той же скоростью, что и рядом летящие птицы.

3. Не сталкиваться с посторонними предметами, особенно с землей или другими птицами.

В 1987 году Крэг Рейнольдс, работающий на компанию компьютерной графики «Симболикс», применил эти правила для создания абстрактных графических сущностей, называемых «bird-oids» или «boids», что можно перевести как «птицоиды». После небольшой настройки был получен жутковато реалистический результат, таким и остается. Чертовы штуковины летают стаей!

Они шатаются вокруг безошибочно по-живому, в органическом стиле. В их действиях нет ничего «механического» или «запрограммированного». Они суетятся и перемешиваются. Бойды, находящиеся в середине, борются друг с другом за лучшее место, а находящиеся по бокам беспокойно стремятся пробраться в центр, а вся эскадрилия держится вместе, кружится, меняет курс и маневрирует с восхитительной грацией. (В действительности они ни беспокоятся, ни борются, но когда вы видите боидов, ведущих себя таким жизнеподобным образом, то просто не можете удержаться от того, чтобы не приписать им жизненные мотивации и намерения.)

Можно сказать, что боиды только лишь хорошо симулируют стайное поведение, но, согласно догматической позиции энтузиастов И-Жизни, это вовсе не «симуляция». Это настоящее «стайное поведение» в чистом виде, это то же самое, что делают настоящие птицы. Стайное поведение есть стайное поведение, и это не зависит от того, проявляют ли его курлычащие журавли или точки на экране компьютера.

Вообще птицоиды не являются «живыми», но вполне можно говорить о том, и об этом говорят, что они на самом деле выполняют что-то, подлинно являющееся частью жизненного процесса. Словами ученого Кристофера Лэнгтона, возможно, первого гуру Искусственной жизни: «Самое главное, что следует помнить об И-Жизни – то, что искусственная часть не является жизнью. Но происходят реальные вещи. Мы наблюдаем реальный феномен. Это реальная жизнь в искусственном проявлении».

Очень интересная вещь, наблюдаемая при изучении стайного поведения у боидов, в противоположность, скажем, журавлиному, – это возможность эксперимента над Искусственной жизнью, в контролируемых и воссоздаваемых условиях. Вместо того, чтобы просто наблюдать стайное поведение, ученый может теперь активно участвовать в нем. И не только в нем, после небольшого изменения параметров вы сможете изучать и поведение косяка рыб, и стада антилоп гну.

Огромная надежда, возлагаемая на исследования Искусственной жизни, в том, что она откроет ранее неизвестные принципы, непосредственно управляющие самой жизнью – принципы, придающие жизни ее мистическую силу и сложность, ее кажущуюся возможность противостоять самим законам вероятности и энтропии. И хотя даже некоторые принципы этих исследований очерчены весьма смутно, они тем не менее горячо обсуждаются.

К примеру: принцип приоритета инициативы снизу над приказами сверху. Стайное поведение довольно хорошо демонстрирует работу этого принципа. У фламинго нет плана действий. Нет никакого ведущего фламинго, раздающего непререкаемые приказы всем остальным. Каждый фламинго думает сам за себя. Чрезвычайно сложное поведение стаи фламинго возникает само собой из взаимодействий сотен независимых птиц. «Стайное поведение» состоит из многих тысяч простых действий и простых решений, повторяющихся снова и снова, влияющих на следующее в бесконечной цепочке обратной связи.

Тут включается второй принцип И-Жизни: приоритет местного управления над централизованным. У каждого отдельного фламинго есть только смутное представление о поведении стаи в целом. Фламинго просто недостаточно умен, чтобы держать в голове всю картину в целом. На самом деле, это и не нужно. Необходимо лишь стараться не задевать тех, что летят у твоего крыла, а об остальном можно забыть.

Еще один принцип: приоритет простых правил над сложными. Вся сложность стайного поведения, хотя оно и вполне реальное, творится за пределами мозга фламинго. Отдельная птица не имеет умозрительного представления о грандиозном воздушном балете, в котором она принимает участие. Фламинго доступны только простые решения, но ему и не нужно решать сложных задач, требующих большой памяти или планирования. Простые правила позволяют созданиям, даже таким тупым, как рыбы, справляться со своей работой не просто успешно, но и гладко и грациозно.

И, наконец, самый основной принцип И-Жизни, а также, пожалуй, самый туманный и научно-противоречивый: приоритет возникающего поведения над предопределенным. Фламинго перелетают с их гнездовий на кормежку день за днем, год за годом. Но они никогда не используют один и тот же маршрут дважды. Эти птицы добираются до места обязательно, с предопределенностью падающего камня; но форма и структура стаи будут изменяться каждый раз. Их летный порядок абсолютно непостоянен, у них нет пронумерованных мест по рядам или назначаемых постов, или команд. Их упорядоченное поведение просто возникает, как бы прорастая из каждого зерна времени.

У муравьев тоже нет установленных правил. Они-то и стали тотемными животными Искусственной Жизни. Муравьи настолько «умны», что у них есть огромные сложные сообщества со своим институтом рабства, с тлеводческим сельским хозяйством. Но отдельный муравей, по сути, очень несообразителен.

Энтомологи утверждают, что каждый муравей в действительности может производить от пятнадцати до сорока действий. Но если они производят их в нужное время, в ответ на верное воздействие и переходят от одного действия к другому, когда приходит нужный сигнал, тогда муравьи как группа могут творить чудеса.

По всему миру есть муравейники. В них во всех живут муравьи, но все по-разному; нет даже двух идентичных муравейников. Это потому, что при их постройке применяются принципы инициативы сверху и возникающего поведения. Муравейники строятся без малейшего намека на планирование или разумность. Муравей может почувствовать инстинктивную нужду оградиться от солнечного света. Он начинает поднимать кусочки земли и выкладывать их рядком. Другие муравьи, увидев первого за работой, присоединяются; это принцип И-Жизни, называемый «алелломинезис», подражание другим (или, скорее, не столько «подражание», сколько механическое вступление в тот же инстинктивный стиль поведения).

Рано или поздно несколько комочков земли слепятся вместе. Вот и вышла стена. Муравьиная стеностроительная подпрограмма начинает действовать. Когда стена становится достаточно высокой, она покрывается крышей из грязи, скрепленной слюной. Теперь получился туннель. Если делать это снова, и снова, и снова, структура может достигнуть аж 2–3 метров в высоту, представляя собой такую сложную сеть проходов, что ее чертеж на столе архитектора занял бы годы. Эта возникшая структура, «порядок из хаоса», «что-то из ничего», похоже, является одной из основных «загадок жизни».

Названные принципы приносят плоды вновь и вновь в практике симуляции жизни. Взаимодействия хищника и добычи. Действия паразитов и вирусов на носителя. Динамика популяции и эволюции. Эти принципы, кажется, применимы к внутреннему жизненному процессу, как рост растения или обучение жука ходьбе. Список приложения этих принципов бесконечен.

Несложно представить, что многие простые создания, производящие простые действия, которые влияют одно на другое, могут запросто создать большую путаницу. Но сложно представить, что те самые неспланированные, «хаотичные» действия могут и создают живую, работающую, функционально упорядоченную систему. Этот процесс действительно надо видеть, чтобы в него поверить. А компьютеры – как раз те инструменты, что помогли нам увидеть его.

Почти любой компьютер подойдет. Оксфордский зоолог Ричард Доукинс создал простую, популярную программу И-Жизни для персональных компьютеров. Она называется «Слепой часовщик» и демонстрирует внутреннюю силу дарвиновской эволюции в создании сложной структуры. Программа дополняет книгу доктора Доукинса, вышедшую в 1986 г. под тем же названием (довольно интересная книга, между прочим), но существует и в отдельности.

Программа «Слепой часовщик» создает рисунок из маленьких разветвленных палочек, появляющихся согласно очень простым правилам. В первый раз, когда вы их видите, маленькие палочки с веточками выглядят совершенно невзрачно. Примерно так:

_{Первичное палочковое создание И-Жизни.}

После приятнейшего часа работы со «Слепым часовщиком», я сам произвел эти очень сложные формы, которые Доукинс называет «Биоморфы».

_{Шесть Доукинсовских «Биоморфов».}

Трудно смотреть на этих биоморфов, не воображая их чем-то жизнеподобным, во всяком случае. Похоже, что человеческий глаз натренирован природой интерпретировать результат такого процесса «похожим на жизнь». Это не значит, что это сама жизнь, но там точно что-то происходит.

Что там происходит, является предметом многих споров. Является ли компьютерная симуляция в самом деле абстрагированной частью жизни? Или это технологическая мимикрия, или механическая метафора, или очень хитрая выдумка?

Мы можем очень хорошо моделировать термодинамические уравнения, но уравнение не горячее, оно не может ни согреть, ни обжечь нас. Безупречная модель жара – не сам жар. Мы знаем, как смоделировать потоки воздуха вокруг крыльев самолета, но независимо от того, как бы безупречна ни была наша симуляция, она не поднимет нас в воздух. Модель движения – не само движение. Может, «Жизнь» тоже не существует без натурального углеводородного ее воплощения. Приверженцы И-Жизни нашли кличку для этих углеводородных шовинистов – и называют их «карбоквистами».

Патриарх Искусственной Жизни Родни Брукс проектирует похожих на насекомых роботов в Массачусетском Технологическом Институте. Используя принцип – «быстро, дешево и неконтолируемо», он пытается сконструировать маленьких многоногих роботов, которые могут вести себя так же ловко, как муравьи. Он со своей группой студентов-старшекурсников уже добился кое-каких успехов. Брукс считает, что в терминологических спорах упускают из вида главное. Он мечтает о мире, в котором роботы, не умнее насекомых, будут повсюду; возможно, не очень сообразительные, но проворные и успешно выполняющие свою задачу. Брукс говорит:

– Хотите поспорить: живые они или нет – валяйте. Но если он сидит вот тут и существует 24 часа в сутки и 365 дней в году, делает работу, которую сложно сделать, и делает ее хорошо, то я счастлив. И какая разница, как его называть?

Онтологические и эпистемологические споры никогда легко не урегулируются. Тем не менее Искусственную Жизнь, несмотря на то, заслуживает она этого названия или нет, по крайней мере легко увидеть и взять в руки. «Слепой часовщик» уподобляет компьютер домашнему микроскопу для исследования воды в пруду. Кроме того, программа стоит всего двенадцать долларов! Она проста и дешева, как раз для начинающего натуралиста И-Жизни.

Из-за распространенности мощных компьютеров исследование И-Жизни доступно каждому. «Бери и пробуй» – настоящая наука для «хакеров». Большинство программ И-Жизни состоят из следующего: берешь компьютер, находишь на нем что-нибудь поинтереснее, начинаешь крутить рукоятку фокусировки, пока не получится что-то позамысловатей. Определение того, что вы видите – самая сложная часть, «настоящая наука»; тут и расходятся пути реальной науки с ее принципами воспроизводимости, неопровержимости формальной и строгой и науки, опьяняющей и очаровывающей своей интеллектуальной игрой. Но пока вас заражают радость и веселье от созерцания неведомого и изначальный трепет первооткрывателя.

Об искусственной Жизни как отрасли знания существует уже обширная литература. Наиболее полный и удачный, на сегодняшний день обзор – книга Стивена Леви – «Искусственная Жизнь: поиск нового творения» (Пантеон Букс 1992).

Тому, кто заинтересуется новинками, проще всего следить за этой быстро развивающейся областью по книгам, видеокассетам и программным продуктам, которые можно заказать в «Медиа Мейджик» по их замечательному каталогу «Компьютеры в науке и искусстве». Здесь вы найдете материалы первой и второй конференции по Искусственной Жизни, где были опубликованы наиболее важные доклады, стенограммы дискуссий, прогнозы и манифесты.

Но научные доклады являются только частью области исследований Искусственной Жизни. Если вы имеете возможность увидеть И-Жизнь в действии, не упустите ее. Компьютерная симуляция обладает такой силой и объемлет такие сложные области, что является по-настоящему замечательным исторически-значимым прорывом. Ни одно предыдущее поколение не имело возможности увидеть такое воочию, тем более рассуждать о его значимости. «Медиа Мейджик» предлагает видео-кассеты о поведении клетки, виртуальных муравьях, стайном поведении и других конструкциях И-Жизни, а равно программы для PC, так называемые «карманные миры» – «Си-эй-лэб», «Сим Энт» и «Сим Ерс». Этот потрясающий каталог можно приобрести в «Медиа Мейджик», Р. О. Вох 507, Nicasio СА 94946. (Программы «Муравейник», «Земля», «Си-эй-лэб» и другие можно приобрести и в России.)