Текст книги "Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики"
Автор книги: Роджер Пенроуз
Жанры:
Философия
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 47 страниц)
Роджер Пенроуз
Новый ум короля
О компьютерах, мышлении и законах физики
«Выдающийся ученый современности, активно работающий в различных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории; автор теории твисторов.
Р. Пенроуз возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, а также является почетным профессором многих зарубежных университетов и академий. Он является членом Лондонского королевского общества. Среди его наград – премия Вольфа (совместно с С. Хокингом), медаль Дирака, премия Альберта Эйнштейна и медаль Королевского общества. В 1994 г. за выдающиеся заслуги в развитии науки королевой Англии ему был присвоен титул сэра.» [2]2
В 1955 году, будучи студентом, Пенроуз переизобрел псевдообращение(известное также как обращение Мура-Пенроуза ). В 1958 году в Кембридже Пенроуз получил степень доктора философии, защитив диссертацию по основным методам алгебраической геометрии. В 1965 году вновь в Кембридже Пенроуз показал, что сингулярности, подобные существующим в черных дырах, могут быть сформированы в процессе гравитационного коллапса умирающих больших звезд.
В 1967 году Пенроуз разработал теорию твисторов, которая отображает геометрические объекты пространства Минковского на четырехмерное сложное пространство. В 1969 году он выдвинул гипотезу «космической цензуры» (cosmic censorship). Она состоит в том, что свойства самой Вселенной не допускают наблюдения свойственной сингулярностям (например, в черных дырах) непредсказуемости, закрывая формирующиеся сингулярности горизонтами событий. Данная форма сейчас известна как гипотеза слабой цензуры (weak censorship hypothesis).В 1979 году Пенроуз выдвигает гипотезу сильной цензуры (strong censorship hypothesis).В 1974 году Роджер Пенроуз приобретает широкую известность как изобретатель мозаики Пенроуза , позволяющей с помощью всего лишь двух плиток весьма простой формы замостить бесконечную плоскость никогда не повторяющимся узором.
В 1984 году подобные структуры были найдены в расположении атомов квазикристаллов. Cамым важным научным вкладом Пенроуза можно считать изобретение спиновых сетей (spin networks)(1971 год), которые затем были активно использованы для описания геометрии пространства-времени в петлевой квантовой гравитации. В 2004 году Пенроуз выпустил книгу « Дорога к реальности» (The Road to Reality) – изложение собственных взглядов на законы Вселенной; в ней 1099 страниц, содержащих обширные комментарии к законам физики. В 2005, в июньском номере журнала Discover, Пенроуз обрисовал собственную интерпретацию квантовой механики.
Информация была взята из Wikipedia; дополнительные сведения опубликованы на сайте www.answers.com/― прим. верст. fb2
[Закрыть]
«…фигура Адама в прологе и эпилоге этой книги в определенном смысле служит символом зарождения разума входе неторопливого развития осознающей себя жизни. В нем я тоже вижу Пенроуза – мальчика, сидящего в третьем ряду, позади признанных корифеев в области ИИ, – который не боится высказать им вслух свое мнение, что их „КОРОЛИ-ТО ГОЛЫЕ“».
Роджер Пенроуз
Обращение к читателю
Посвящаю эту книгу светлой памяти моей дорогой матери, почившей прежде, чем эта книга увидела свет
Как читать математические формулы
В некоторых частях этой книги я решился прибегнуть к математическим формулам. Меня не устрашило известное предостережение, что каждая формула в книге сокращает вдвое круг читателей. Если вы, Читатель, испытываете ужас перед формулами (как большинство людей), то я вам могу порекомендовать способ, который и сам часто использую, когда приличия нарушаются таким грубым образом. Способ заключается, более или менее, в том, чтобы полностью проигнорировать строку с формулой, сразу переводя взгляд на следующий за ней текст! На самом деле, конечно же, не совсем так: надо одарить формулу пытливым, но не проникающим взглядом, а затем двинуться вперед. Некоторое время спустя, почувствовав бо́льшую уверенность в своих силах, можно вернуться к отвергнутой формуле и попытаться ухватить основные идеи. Текст, сопровождающий формулу, поможет вам понять, что в ней важно, а что можно спокойно проигнорировать. Если же этого все-таки не случилось, то смело оставляйте формулу и больше о ней не вспоминайте. [4]4
Необходимо заметить: чтобы иметь возможность прочитать книгу даже на старых читалках, в которых не поддерживается Юникод, сделана замена некоторых символов, которые отсутствуют в «таблице символов» простого шрифта Arial, однако, смысл остается неизменным. Например, символы перевернутых букв Аи Е, обозначающих соответственно Квантор общности и Квантор существования , были заменены на А к.о. и Е к.с. . Там, где какие-то замены символов, оговорено в сносках или использованы рисунки с формулами. Верстка в простом Arial– шрифте. Выделен прописной шрифт, как в книге т. е. и читать в простом Arial'е. ― Прим. верст. fb2
[Закрыть]
Благодарности
Многие помогали мне, тем или иным способом, в написании этой книги. Всем им я очень признателен. Для начала упомяну сторонников теории сильного ИИ(в особенности тех, которые выступали в телевизионной программе ВВС), чьи радикальные идеи об искусственном интеллекте привлекли много лет назад мое внимание к этой теме. (Однако если бы я мог предвидеть заранее тот объем работы, который будет сопряжен с написанием этой книги, я вряд ли бы, думаю, начал.)
Многие скрупулезно читали отдельные части рукописи и высказывали мне свои идеи по ее улучшению. Им я приношу свою признательность. Это Тоби Бэйли, Давид Дойч (который мне очень помог в проверке описания машин Тьюринга), Стюарт Хампшир, Джим Хартли, Лэйн Хагстон, Ангус МакИнтир, Мэри Джэйн Моват, Тристан Неедман, Тед Ньюман, Эрик Пенроуз, Тоби Пенроуз, Вольфганг Риндлер, Энгельберт Шукинг и Дэннис Шьяма. Я очень благодарен Кристоферу Пенроузу за детальную информацию о множестве Мандельброта, а также Джонатану Пенроузу за сведения о шахматных компьютерах. Выражаю мою особую благодарность Колину Блэйкмору, Эрику Харту и Дэвиду Хьюбелу, которые внимательно прочитали главу 9, в предмете которой я, очевидно, совсем не специалист. Однако они – как и все остальные, которых я благодарю, – не отвечают за ошибки, если таковые сохранились. Я благодарен NSF [5]5
NSF – аббревиатура с англ. National Science Foundation (Национальный Научный Фонд). – Прим. ред.
[Закрыть]) за поддержку по контракту DMS 84-05644, DMS 86-06488 (университет Райса, г. Хьюстон, где проходили многие лекции, частично легшие в основу этой книги), PHY 86-12424 (университет г. Сиракузы, где я участвовал во многих ценных обсуждениях по квантовой механике). Я премного обязан Мартину Гарднеру за его великодушное предложение написать предисловие к моей книге, а также за его ценные комментарии. Особенно благодарю мою дорогую Ванессу за ее вдумчивую и детальную критику некоторых глав, за неоценимую помощь с библиографией, а также, что совсем немаловажно, за ее терпение, когда я был совсем невыносим – и за ее глубокую любовь и поддержку, когда я в этом особенно нуждался.
Предисловие Мартина Гарднера
Для многих великих физиков и математиков написать книгу, понятную не только профессионалам – дело трудное, если не сказать невозможное. И вплоть до сего времени иным могло бы показаться, что Роджер Пенроуз, один из наиболее компетентных и плодотворно работающих физиков-теоретиков во всем мире, относится как раз к такой категории ученых. Но даже для тех из нас, кто был знаком с его популяризаторскими статьями и лекциями и не разделял подобного мнения, появление превосходной книги для широкого круга читателей, ради которой он оторвал от работы часть своего времени, стала приятным сюрпризом. И я не сомневаюсь, что этой книге в будущем уготовано стать классической монографией.
Хотя в различных главах своей книги Пенроуз затрагивает и теорию относительности, и квантовую механику, и космологию – главным объектом его рассуждений является так называемая психофизическая проблема «ум – тело». Десятилетиями сторонники теории « сильного ИИ» (искусственного интеллекта) пытались убедить нас, что не пройдет и одного-двух веков (а некоторые опускали эту планку даже до пятидесяти лет!), как электронные компьютеры полностью сравняются по своим возможностям с человеческим мозгом. Находясь под впечатлением прочитанных в юности научно-фантастических книг и будучи убежденными в том, что наши мозги – это просто «компьютеры, сделанные из мяса» (как выразился однажды Марвин Мински), они считали несомненным, что удовольствие и боль, восприятие прекрасного и чувство юмора, сознание и свобода воли – все эти способности возникнут у электронных роботов сами собой, как только управляющие ими алгоритмы обретут достаточную степень сложности.
Но некоторые методологи науки (в особенности Джон Серл, чей мысленный эксперимент со знаменитой китайской комнатой Пенроуз очень подробно разбирает в одной из глав) с этим решительно не согласны. В их представлении компьютер по существу ничем не отличается от обычных механических калькуляторов, в которых арифметические действия выполняются посредством колесиков, рычажков или иных приспособлений, позволяющих передавать сигналы. (За основу компьютера с таким же успехом можно взять, например, маленькие перекатывающиеся шарики или текущую по системе труб воду.) Поскольку электричество движется по проводам быстрее, чем любая иная форма энергии (за исключением света), электрические устройства могут оперировать символами с большей скоростью, что позволяет им выполнять чрезвычайно громоздкие и сложные задачи. Но «осознает» ли компьютер свои действия в большей мере, чем это доступно обычным деревянным счетам? Сегодня компьютеры могут играть в шахматы на уровне гроссмейстеров. Но «понимают» ли они эту игру лучше, чем машина для «крестиков-ноликов», собранная группой компьютерных хакеров из поломанных игрушек?
Книга Пенроуза является самой мощной атакой на теорию сильного ИИиз всего написанного до сих пор. За несколько прошедших столетий было высказано немало возражений против понимания мозга как машины, управляемой общеизвестными законами физики; но доводы Пенроуза более убедительны, ибо они базируются на недоступной для его предшественников информации. Эта книга открывает нам другого Пенроуза – не только математика и физика, но и философа высокого уровня, не отступающего перед проблемами, которые современные философы слишком легко сбрасывают со счетов как бессмысленные.
К тому же Пенроуз, вопреки все более настойчивым возражениям небольшой группы физиков, имеет смелость отстаивать позиции здорового реализма. В его представлении реальна не только вселенная, но и математическая истина, непостижимым образом ведущая свое собственное независимое и вечное существование. Подобно Ньютону и Эйнштейну, Пенроуз испытывает благоговейный трепет и чувство смирения как перед физическим миром, так и перед Платоновым царством чистой математики. Выдающийся ученый в области теории чисел Пол Эрдос любит говорить «о божественной книге», в которой записаны все лучшие доказательства. И математикам иной раз приоткрывается та или иная ее страница. Моменты прозрения, когда математик или физик внезапно вскрикивает «Ага!», по мнению Пенроуза, не могут явится «результатом сколь угодно сложных вычислений»: в эти мгновения разум соприкасается с объективной истиной. Возможно ли, вопрошает Пенроуз, что мир «идей» Платона и реальный физический мир (который физики сегодня все больше «растворяют» в математике) – на самом деле тождественны?
Большое внимание в книге Пенроуза уделяется знаменитой фрактальной структуре, называемой множеством Мандельброта в честь ее первооткрывателя Бенуа Мандельброта. Хотя в статистическом смысле такие объекты обладают свойством самоподобия, которое выявляется при увеличении отдельных частей, их бесконечно причудливые очертания постоянно меняются самым непредсказуемым образом. Пенроузу кажется непонятным, как можно сомневаться в том, что эти экзотические структуры существуют не менее «реально», чем гора Эверест, и могут быть исследованы точно так же, как исследуются джунгли.
Пенроуз принадлежит к постоянно пополняющейся группе ученых, которые считают, что Эйнштейн не был упрямым или, тем более, бестолковым, когда однажды, ссылаясь на свой «левый мизинец», он провозгласил неполноту квантовой механики. Чтобы подтвердить справедливость этого утверждения, Пенроуз увлекает читателя в головокружительное путешествие, в ходе которого мы знакомимся с комплексными числами, машинами Тьюринга, теорией сложности, поразительными парадоксами квантовой механики, формальными системами, теоремой неразрешимости Геделя, фазовыми и гильбертовыми пространствами, черными и белыми дырами, излучением Хокинга, энтропией, строением мозга – и множеством других вопросов, занимающих сегодня умы ученых. «Осознают» ли кошки и собаки свое «я»? Могут ли в теории существовать передатчики материи, способные переместить человека из одного места в другое на манер астронавтов из сериала « Звездный Путь»! Насколько полезно нам – с точки зрения выживания – возникшее в ходе эволюции сознание? Существует ли структура более общая, чем квантовая механика, где бы нашлось естественное объяснение направлению времени и различиям между правым и левым? Важны ли законы квантовой механики, а может и некие более «тонкие» законы, для деятельности разума?
На два последних вопроса Пенроуз дает положительный ответ. Его знаменитая теория «твисторов» – абстрактных геометрических объектов, действующих в многомерном комплексном пространстве, которое лежит в основе обычного пространства-времени – носит чересчур узкоспециализированный характер, чтобы быть включенной в эту книгу. Она стала результатом его двадцатилетних усилий проникнуть в область более глубокую, чем квантовые поля и частицы. Прибегая к своей четырехступенчатой классификации теорий – превосходных, полезных, пробных и тупиковых, – Пенроуз скромно поместил теорию твисторов в разряд пробных, вместе с суперструнами и другими теориями великого объединения, которые сейчас вызывают острые дискуссии в научной среде.
С 1973 года Пенроуз возглавляет кафедру Рауза Болла в Оксфордском университете. Это тем более заслуженно, что В. У. Рауз Болл был не только выдающимся математиком, но еще и фокусником-любителем, настолько увлеченным занимательной математикой, что однажды он даже написал на эту тему ставшую классической книгу « Математические эссе и развлечения» [6]6
Rouse Ball, W. W. and Coxeter, H. S. M., Mathematical Recreations and Essays, Macmillan, London, 1959. (Рус. пер.: Боля У., Коксетер Г. Математические эссе и развлечения. М.: Мир, 1986). – Прим. ред.
[Закрыть]. Пенроуз разделяет эту страсть Болла к играм. В юности он придумал «невозможный объект», состоящий из трех стержней. (Невозможный объект – это изображение цельной фигуры, которая не может существовать из-за наличия в ней внутренне противоречивых элементов.) [7]7
Треугольник Пенроуза – одна из основных невозможных фигур, известная также под названиями невозможный треугольник и трибар.
Был открыт в 1934 году шведским художником Оскаром Реутерсвардом, который изобразил его в виде набора кубиков. В 1980 году этот вариант невозможного треугольника был напечатан на шведских почтовых марках.
Широкую известность эта фигура обрела после опубликования статьи о невозможных фигурах в Британском журнале психологии английским математиком Роджером Пенроузом. В этой статье невозможный треугольник был изображен в наиболее общей форме – в виде трёх балок, соединённых друг с другом под прямыми углами. Под влиянием этой статьи в 1961 голландский художник Мауриц Эшер создал одну из своих знаменитых литографий «Водопад».
Wikipedia ― прим. верст. fb2
[Закрыть]
Вместе со своим отцом Лайонелом, генетиком по профессии, он превратил свой невозможный объект в « Лестницу Пенроуза», [8]8
Лестница Пенроуза (бесконечная лестница, невозможная лестница) – это одна из основных невозможных фигур, открытая Оскаром Реутерсвардом. Модель её была разработана и опубликована Лайонелом и Роджером Пенроузами в журнале British Journal of Psychologyв 1958 году.
После публикации в 1960 году литографии «Восхождение и нисхождение» художника Маурица Эшера данная невозможная фигура стала одной из самых популярных. Впоследствии лестница Пенроуза часто встречалась в книгах, играх, головоломках, учебниках психологии и т. д.
Wikipedia ― прим. верст. fb2
Лестница Пенроуза в фильме режиссера Кристофера Нолана «Начало», 2010 г.
[Закрыть] структуру, использованную Морицем Эшером на двух известных литографиях: « Идущие вверх и идущие вниз»и « Водопад». [9]9
Кусочки из литографий Морица Эшера
«Восхождение и спуск». Монахи, идущие во внешнем ряду, все время взбираются вверх, а кто движется во внутреннем, соответственно, неуклонно спускаются вниз.
«Водопад» Морица Эшера.― В этой работе изображен парадокс – падающая вода водопада управляет колесом, которое направляет воду на вершину водопада. Водопад имеет структуру «невозможного» треугольника Пенроуза. ― прим. верст. fb2
[Закрыть]
В один прекрасный день, когда Пенроуз лежал в кровати, с ним случился, как он сам называет это, «приступ сумасшествия», когда ему явственно представился невозможный объект в четырехмерном пространстве. Если бы существо из четырехмерного мира наткнулось на эту штуку, шутит Пенроуз, оно наверняка воскликнуло бы: «Боже мой, что это такое!?»
Работая в 1960-х годах вместе со своим другом Стивеном Хокингом над проблемами космологии, он сделал свое самое, наверное, известное открытие. Если теория относительности выполняется «до самого конца», то в каждой черной дыре должна существовать сингулярность, где законы физики теряют свою силу. Но даже это достижение отошло в последние годы на второй план, после того как Пенроуз предложил конструкцию из «плиток» двух видов, которыми можно покрыть всю плоскость подобно мозаике Эшера – только непериодическим образом. (Об этих удивительных фигурах вы можете узнать подробнее в моей книге « От мозаик Пенроуза к надежным шрифтам» [10]10
Gardner, M., Penrose tiles to trapdoor ciphers. W. H. Freeman and Company, New York, 1989. (Рус. пер.: Гарднер M. От мозаик Пенроуза к надежным шрифтам. М.: Мир, 1993). – Прим. ред.
[Закрыть].) Пенроуз изобрел, или, скорее, открыл их, даже не предполагая, что когда-нибудь они могут кому-то пригодиться. К всеобщему изумлению оказалось, что трехмерные аналоги этих фигур могут служить основой для новой необычной формы материи – «квазикристаллов». Сейчас изучение «квазикристаллов» превратилось в одну из наиболее активных областей исследований в кристаллографии. Это, безусловно, самый впечатляющий пример того, как в наши дни математические игры могут иметь совершенно неожиданные практические приложения.
Достижения Пенроуза в математике и физике – а я упомянул только незначительную их часть – рождаются из постоянно присутствующего в его душе ощущения тайны и красоты бытия. Мизинец «подсказывает» ему, что человеческий мозг представляет собой устройство более сложное, чем набор крошечных проводков и переключателей. Фигура Адама в прологе и эпилоге этой книги в определенном смысле служит символом зарождения разума в ходе неторопливого развития осознающей себя жизни. В нем я тоже вижу Пенроуза – мальчика, сидящего в третьем ряду, позади признанных корифеев в области ИИ, – который не боится высказать им вслух свое мнение, что их «короли-то голые» [11]11
В оригинале название книги The Emperor's New Mind перекликается с названием известной сказки Г.-Х. Андерсена The Emperor's New Clothes – Новый наряд короля. – Прим. ред.
[Закрыть]). Юмор присущ многим высказываниям Пенроуза, но это утверждение – отнюдь не шутка.
Мартин Гарднер
Вступление
Книга « Новый ум короля», впервые изданная в 1989 году, стала моей первой серьезной попыткой написать научно-популярное произведение. Приступая к созданию этой книги, я, помимо всего прочего, ставил целью рассказать в максимально доступной форме о значительном прогрессе физической науки, достигнутом в познании законов окружающего нас мира. Но это не просто обзор научных достижений. Я еще и пытаюсь указать на целый ряд принципиальных трудностей, которые стоят перед наукой на ее пути к конечной цели. В частности, я утверждаю, что явление сознанияне может быть описано в рамках современной физической теории.
Это явно противоречит довольно устоявшемуся пониманию сущности научного подхода, согласно которому все аспекты умственной деятельности (включая, в том числе, и сознание) – не более, чем результат вычислений, происходящих в мозге; соответственно, электронные компьютеры должны быть потенциально способны к сознательному восприятию, которое возникло бы само собой при наличии достаточной мощности и соответствующих программ. Я постарался по возможности беспристрастно аргументировать свое несогласие с таким взглядом, указывая на то, что проявления сознательной деятельности мозга не могут быть объяснены в вычислительных терминах и – более того – с позиций современного научного мировоззрения в целом. Однако я ни в коем случае не утверждаю, что понимание этого феномена невозможно в рамках научного подхода – просто современная наука еще не достигла уровня, необходимого для решения такой задачи.
Когда я писал эту книгу, мне трудно было вообразить, сколь бурной окажется реакция на изложенные в ней мысли – причем не только из лагеря убежденных сторонников «компьютерной» модели разума, но и со стороны тех, кто считает научный метод недопустимым для изучения сознания. Я нисколько не сомневаюсь, что попытка затронуть чью-то личную философскую концепцию сознания – как и религиозные воззрения – может оказаться делом довольно рискованным. Но насколькощекотливой бывает подчас эта тема – я едва ли мог представить себе в полной мере.
Мои рассуждения в том виде, в котором они представлены в книге, направлены на достижение двух целей. Первая из них – это стремление показать, опираясь главным образом на результаты, полученные Геделем (и Тьюрингом), что математическое мышление – а, следовательно, и умственная деятельность в целом – не может быть полностью описано при помощи чисто «компьютерной» модели разума. Именно эта часть моих умозаключений вызывает у критиков наиболее настойчивые возражения. Вторая цель – показать, что сегодня в физической картине мира есть существенное «белое пятно», а именно: отсутствует «мостик» между субмикроскопическим уровнем квантовой механики и макромиром классической физики. С моей точки зрения, теория, которая однажды восполнит этот пробел, должна будет в значительной степени помочь понять физические основы феномена сознания. Более того, в этой искомой области физики должно быть заложено нечто выходящее за рамки только вычислительных действий.
За десятилетие, прошедшее с момента первого издания книги, наука добилась целого ряда ошеломляющих успехов. Про некоторые из них я бы хотел вкратце рассказать здесь с тем, чтобы у читателя сложилось определенное представление о моем видении современного состояния этих исследований. Сперва рассмотрим, насколько важна теорема Геделя для критики выдвинутых мной положений. Если попытаться изложить в двух словах суть этой теоремы (справедливость которой не оспаривается), то она будет выглядеть следующим образом. Пусть мы располагаем какой-нибудь вычислительной процедурой Р , позволяющей нам формулировать математические утверждения (для определенности договоримся, что это будут утверждения какого-то одного вида, аналогичные, допустим, знаменитой теореме Ферма (см. гл.2: «Неразрешимость проблемы Гильберта»). Тогда, если мы готовы считать правила процедуры Р надежными– в том смысле, что мы будем полагать всякое математическое утверждение, полученное при помощи этой процедуры, неоспоримоверным, – то равным образом мы должны принимать и неоспоримую справедливость некоторого утверждения G ( P), которое лежит за пределами действияправил процедуры Р (см. гл.4: «Формальные математические системы»). Таким образом, как только мы научились автоматизировать некоторую часть нашего математического мышления, у нас сразу же появляется понимание, как выйти за его границы. В моем представлении это однозначно свидетельствует о том, что математическое понимание содержит определенные элементы, которые не могут быть полностью сведены к вычислительным методам. Но многие критики остались при своих убеждениях, указывая на различные возможные «тонкие места» в этих логических построениях. В моей следующей книге « Тени разума» [12]12
Shadows of the Mind, Oxford University Press, 1994; pb. Vintage, 1995.
[Закрыть]я постарался ответить на все подобные возражения и привел ряд новых аргументов в пользу своей точки зрения. Тем не менее споры все еще продолжаются [13]13
Заинтересованный читатель может ознакомиться с критическими замечаниями и моими ответами на них в Behavioral and Brain Sciences, 13 D) A990), 643–705 и в Psyche(MIT Press), 2 A996), 1-129. Последний из этих материалов можно найти на веб-сайте
http://psyche.cs.monash.edu.au/psyche-index-v2-l.html
я рекомендую прочитать приведенные мной возражения (озаглавленные Beyond the Doubting of a Shadow) на критические замечания по этому вопросу перед тем, как приступить к чтению книги «Тени разума». Следующим источником дополнительной информации может служить моя работа The Large, the Small and the Human Mind(Cambridge University Press, 1997).
[Закрыть].
Одна из причин, мешающих людям признать прямое отношение, которое имеет теорема Геделя к нашему математическому мышлению, заключается в том, что в рамках обычной ее формулировки утверждение G ( P ) не представляет интереса с математической точки зрения. Мало того: оно еще и чрезвычайно сложно для понимания в качестве математического выражения. Соответственно, даже математики предпочитают не «связываться» с подобными выражениями. Однако, существует ряд примеров утверждений геделевского типа, которые легко доступны пониманию даже для тех, чье знакомство с математической терминологией и системой записи ограничивается рамками обычной арифметики.
Особенно впечатляющий пример попался мне на глаза уже после того, как была опубликована эта книга (а также « Тени разума»). Это произошло на лекции Дэна Исааксона в 1996 году. Речь шла об известной теореме Гудстейна [14]14
Goodstein, R. L., On the restricted ordinal theorem. Journal of Symbolic Logic, 9 (1944), 33–41.
[Закрыть]. Данный пример кажется мне настолько поучительным, что я хотел бы рассмотреть его здесь целиком, дабы читатель имел возможность непосредственно познакомиться с теоремами геделевского типа [15]15
См. также Penrose, R., On understanding understanding. International Studies in the Philosophy of Science, 11(1997), 7-20.
[Закрыть].
Чтобы понять суть этой теоремы, рассмотрим любое целое положительное число, скажем, 581. Для начала мы представим его в виде суммы различных степеней числа 2:
581 = 2 9+ 2 6+ 2 2+ 1.
(Такая процедура применяется для формирования двоичного представления числа 581, а именно, приведения его к виду 1001000101, где единицы соответствуют тем степеням двойки, которые присутствуют в таком представлении, а нули – тем степеням, которых нет.) Далее можно заметить, что «показатели» в этом выражении – т. е. 9,6 и 2 – могут быть, в свою очередь, представлены аналогичным образом (9 = 2 3+ 1, 6 = 2 2+ 2 1, 2 = 2 1); и тогда мы получим (вспоминая, что 2 1= 2)
Здесь все еще есть показатель больший, чем двойка – в данном случае это «3», – для которого тоже можно написать разложение
3 = 2 1+ 1, так что в конце концов мы будем иметь
А теперь мы подвергнем это выражение последовательности чередующихся простых операций, которые будут
(а) увеличивать «основание» на единицу,
(б) вычитать единицу.
Под «основанием» здесь понимается просто число «2», фигурирующее в исходном выражении, но мы можем сделать то же самое и с большими основаниями: 3, 4, 5, 6…..
Давайте посмотрим, что произойдет при применении операции (а)к последнему разложению числа 581, в результате которой двойки становятся тройками:
(что дает – если выписать его в обычной форме – сороказначное число, начинающееся с 133027946…). После этого мы применяем (б)и получаем
(т. е. по-прежнему сорокозначное число, начинающееся с 133027946…). Далее мы выполняем (а)еще раз и получаем
(это уже значительно большее число, состоящее из 618 знаков, которое начинается с 12926802…). Следующая операция – вычитание единицы – приводит к выражению
(где тройки получаются по той же причине, что и девятки в обычной десятичной записи, когда мы получаем 9999, вычитая 1 из 10 000). После чего операция (а)дает нам
(число, которое имеет 10923 знака и начинается с 1274…). Обратите внимание, что коэффициенты «3», которые возникают при этом, с необходимостью меньше, чем основание (в данном случае 5), и не изменяются с возрастанием последнего. Применяя (б)вновь, имеем число
над которым мы опять производим последовательно действия (а), (б), (а), (б),… и т. д., насколько возможно. Вполне естественно предположить, что этот процесс никогда не завершится, потому что каждый раз мы будем получать все бо́льшие и бо́льшие числа. Однако это не так: как следует из поразительной теоремы Гудстейна, независимо от величины исходного числа ( 581в нашем примере), мы в конце концов получим нуль !
Кажется невероятным, но это так. А чтобы в это поверить, я рекомендовал бы читателю самостоятельно проделать вышеописанную процедуру, для начала – с числом «3» (где мы раскладываем тройку как 2 1+1, что дает последовательность 4, 3,4, 2, 1, 0); а затем – что более важно – попробовать то же самое с «4» (при этом стартовое разложение в виде 4 = 2 2приводит к вполне закономерно возрастающему ряду 4, 27, 26, 42, 41, 61, 60, 84…, который доходит до числа из 121210 695-ти знаков, после чего уменьшается вплоть до нуля!).
Но что кажется еще более удивительным: теорема Гудстейна фактически является теоремой Геделядля той самой процедуры, которую мы изучали в школе под названием математической индукции, как было доказано в свое время JI.Кирби и Дж. Парисом [16]16
Accessible independence results for Peano arithmetic.Bulletin of the London Mathematical Society, 14 A982), 285-93.
[Закрыть]. Как вы, должно быть, помните, математическая индукция позволяет установить справедливость некоторого математического утверждения S ( n ) для n = 1, 2, 3, 4, 5… Доказательство проводится в два этапа: сначала нужно проверить справедливость S ( l ), а затем показать, что, если верно S ( n ), то должно выполняться и S ( n + 1 ). Приняв процедуру математической индукции за Р , Кирби и Парис доказали, что тогда G ( P ) может иметь смысл теоремы Гудстейна.
Следовательно, если мы считаем процедуру математической индукции достоверной (с чем едва ли можно не согласиться), то мы должны верить и в справедливость теоремы Гудстейна – несмотря на то, что при помощи одной лишь математической индукции доказать ее невозможно.
«Недоказуемость» теоремы Гудстейна, понимаемая в этом смысле, вряд ли может помешать нам убедиться в ее фактической справедливости. Наши интуитивные представления позволяют нам расширитьдействие тех ограниченных приемов «доказательства», которыми мы воспользовались ранее. В действительности сам Гудстейн доказал свою теорему, прибегнув к разновидности метода, который называется «трансфинитной индукцией». В контексте нашего изложения этот метод сводится к систематизации интуитивных ощущений, которые возникают в процессе знакомства с «причиной», по которой теорема Гудстейна и в самом деле верна. Эти ощущения могут родиться практически целиком за счет изучения некоторого числа частных случаев указанной теоремы. И тогда станет видно, как скромная незаметная операция (б)безжалостно «отщипывает» по кусочку от огромной башни «показателей» до тех пор, пока она не начинает постепенно таять и полностью исчезает, – хотя бы на это ушло и невообразимо большое число шагов.
Все это говорит о том, что способность пониматьникоим образом не может сводиться к некоторому набору правил. Более того, понимание является свойством, которое зависит от нашего сознания; и что бы не отвечало в нас за сознательное восприятие – это должно самым непосредственным образом участвовать в процессе «понимания». Тем самым, в формировании нашего сознания с необходимостью есть элементы, которые не могут быть получены из какого бы то ни было набора вычислительных инструкций; что, естественно, дает нам веские основания считать, что сознательное восприятие – процесс существенно «невычислимый».
Возможные «узкие места» в этом рассуждении сводятся к следующему. Наша способность (математического) познания может быть результатом вычислительной процедуры или непознаваемой из-за своей сложности; или не непознаваемой, но правильность которой, однако, не может быть установлена; или же ошибочной, хотя почти правильной. Говоря об этом, мы должны прежде всего установить, откуда могут возникать подобные вычислимые процедуры. В книге « Тени разума»я достаточно подробно рассмотрел все такие «узкие места», и я хотел бы порекомендовать эту книгу (равно как и статью Beyond the Doubling of a Shadowв журнале Psyche [17]17
Заинтересованный читатель может ознакомиться с критическими замечаниями и моими ответами на них в Behavioral and Brain Sciences, 13 D) A990), 643–705 и в Psyche(MIT Press), 2 A996), 1-129. Последний из этих материалов можно найти на веб-сайте
http://psyche.cs.monash.edu.au/psyche-index-v2-l.html
я рекомендую прочитать приведенные мной возражения (озаглавленные Beyond the Doubting of a Shadow) на критические замечания по этому вопросу перед тем, как приступить к чтению книги «Тени разума». Следующим источником дополнительной информации может служить моя работа The Large, the Small and the Human Mind(Cambridge University Press, 1997).
[Закрыть]) всем читателям, кому интересно было бы ближе познакомиться с настоящим предметом.
Если мы согласимся с тем, что в нашей способности познавать – а следовательно, и в нашей сознательной деятельности в целом – есть нечто, выходящее за пределы чисто алгоритмических действий, то следующим шагом мы должны попытаться выяснить, в каких из наших физических действий может проявляться «существенно неалгоритмическое поведение». (При этом мы негласно предполагаем, что изучение именно «физического действия» определенного вида поможет нам разгадать тайну происхождения сознания.) Я пытаюсь доказать, что таким «неалгоритмическим действиям» нельзя найти место в рамках общепринятых сегодня физических теорий. А значит, мы должны искать соответствующее место, где в научной картине существует серьезный пробел . И я утверждаю, что это «белое пятно» лежит где-то на границе между «субмикроскопическим» миром, в котором правит квантовая механика, и непосредственно воспринимаемым нами макромиром, подчиняющимся законам классической физики.
Здесь необходимо сделать важное замечание. Термин «невычислимый» относится к некоторому классу математических действий, про которые известно – то есть доказаноматематически, – что они не поддаются вычислениям. И одна из задач данной книги заключается в том, чтобы познакомить читателя с этим вопросом. Невычислимые процессы могут быть полностью детерминистскими. Эта особенность является диаметрально противоположной по отношению к свойству полной случайности, которое характерно для современной интерпретации квантовой механики и возникает при увеличении микромасштабных квантовых эффектов до классического уровня – R – процедурев моей терминологии в этой книге. Я считаю, что необходима новая теория, которая позволит постичь смысл «реальности», принадлежащей сфере действия R – процедуры, которая сегодня используется в квантовой механике; и, как мне кажется, именно в этой неоткрытой пока новой теории мы найдем требуемый элемент невычислимости.
Кроме того, я смею утверждать, что эта недостающая теория является одновременно и искомым звеном между квантовой механикой и общей теорией относительности Эйнштейна. Для этой единой теории в физике применяется название «квантовая гравитация». Однако, большинство работающих в этой области ученых полагают, что объединение двух величайших теорий двадцатого века не затронет законов квантовой механики, в то время как общая теория относительности должна претерпеть изменения. Я придерживаюсь иной точки зрения, поскольку считаю, что методы квантовой теории (в частности, R – процедура) тоже должны существенно измениться. В этой книге я использовал термин «правильная квантовая теория гравитации» (или « ПКТГ»), чтобы обозначить возможный результат такого объединения – хотя это и не будет теорией квантовой гравитации в обычном смысле (и, вероятно, « ПКТГ» тоже не очень удачный термин, который может ввести кого-то в заблуждение).
Хотя такой теории до сих пор не существует, это вряд ли может помешать нам оценить уровень, на котором она становится применимой. В книге я использовал для этих целей «одногравитонный критерий». Но несколько лет спустя я был вынужден изменить свои взгляды и, как мне кажется, найти более адекватный подход, изложенный в книге « Тени разума». Этот подход близок к реальности не только «физически» (чему нашлось дополнительное подтверждение, которое я привел в одной [18]18
On the gravity role in quantum state reduction, General Relativity and Gravitation, 28 (1996), 581–600.
[Закрыть]из своих статей), но и с практической точки зрения, что подтолкнуло нас к дальнейшим теоретическим изысканиям. На самом деле, сейчас уже разработан ряд физических экспериментов, которые, надеюсь, можно будет осуществить в ближайшие несколько лет [19]19
Cм. Penrose, R., Quantum computation, enanglement and state reduction, Phil. Trans. Royal Soc. London, A356 A998), 1927-39; и Moroz, I., Penrose, R. and Tod, K. P., Spherically symmetric solutions of the Schrodinger-Newton equations, Classical and Quantum Gravity, 15 (1998).
[Закрыть].
