01
Дуршлаг для супа
Вы уверены, что знаете, как устроен мир?
Имеется в виду — уверены, без всяких «в целом» и «примерно». То есть знаете, что материя есть, законы физики работают, сознание — побочный продукт мозга, мозг — машина из нейронов, Вселенная — большая, холодная и равнодушная, а вы — маленький, тёплый, обречённый. Вопросов нет?
Если нет, то эта книга вам и не нужна — серьёзно: закрывайте, возвращайте в магазин, тратьте деньги на что-нибудь полезное. Дальше пойдут одни вопросы, причём неудобные — к фактам, которые вы считали очевидными, и к картине мира, доставшейся вам по наследству, — громоздкой, привычной и тесной, как бабушкин сервант, в котором вещей прибавилось, а полки остались те же.
Если же вопросы у вас всё-таки есть — тогда давайте начнём, и начнём с того, как такие вопросы вообще появляются у нормального читателя.
В 2020 году астрофизик из Болоньи и нейрохирург из Вероны опубликовали статью, которая не должна была никого удивить, — и которая, вопреки скромному анонсу, удивила примерно всех, кто её прочитал.
Франко Вацца и Альберто Фелетти сравнили две фотографии. На первой — фрагмент коры головного мозга, увеличенный в сорок раз. На второй — компьютерная модель крупномасштабной структуры Вселенной, сжатая в миллиарды раз. Два масштаба, разделённые двадцатью семью порядками величины. Расстояние между нейроном и галактическим кластером — это единица с двадцатью семью нулями.
Картинки оказались неотличимы между собой — неотличимы статистически, топологически, по распределению узлов и связей: количество связей на узел, спектральная плотность флуктуаций, фрактальная размерность — одни и те же значения, сдвинутые ровно на тот масштабный фактор, который разделяет нейрон и галактический кластер. Цифры и таблица — дальше; здесь важна сама суть: две системы, разница в размере между которыми составляет единицу с двадцатью семью нулями, описываются одной и той же математикой.
Статья вышла в Frontiers in Physics — рецензируемом научном журнале, то есть таком, где перед публикацией текст проверяют другие учёные и ищут в нём ошибки. Это вам не блогерская колонка с YouTube-канала и не курс «квантового пробуждения» за 49 990 рублей — это наука.
И наука не знала, что с этим делать.
Проблема не в том, что мозг похож на Вселенную. Похожесть — это парейдолия: склонность видеть лица в облаках, собак в очертаниях стран на карте, Иисуса на подгоревшем тосте. Мозг натренирован находить закономерности, даже когда их нет, — и поэтому любой нейробиолог скажет вам, что визуальное сходство в науке ничего не доказывает, — и будет прав по всем учебникам сразу.
Проблема в другом. Вацца и Фелетти не сравнивали картинки на глаз. Они прогнали обе структуры через одни и те же математические тесты — измерили, как распределена «сложность» по масштабам (спектральный анализ), как устроены связи между узлами (топология сетей), насколько узор «дробится» при увеличении (фрактальная размерность). И математика, у которой нет привычки к парейдолии, сказала, что эти две системы — из одного класса и идентичны по структурным параметрам.
Это всё равно что найти одинаковые отпечатки пальцев у муравья и слона. Визуальное сходство ещё можно списать на совпадение, математическое — уже нет: у математики воображения не водится, она просто считает.
И насчитала совпадение, вероятность которого слишком мала, чтобы быть случайностью, и слишком велика, чтобы из неё следовал вывод. Потому что вывод, если произнести его вслух, звучит так: Вселенная и мозг построены по одному чертежу.
Произнести это вслух в академической среде — примерно как на корпоративе встать и сказать: «Коллеги, я полагаю, что наша компания — это сон акулы». Тебя при этом даже не уволят, — тебя просто перестанут приглашать на совещания, и через полгода окажется, что тебя в этом коллективе как бы и не было.
Эта книга — попытка произнести это подозрение вслух, — потому что данных накопилось уже слишком много, чтобы их игнорировать, и одновременно слишком мало, чтобы из них собралась полноценная теория. Мы стоим в той точке, которая в науке всегда оказывается самой неудобной и самой продуктивной: старая картина уже не вмещает факты, а новая, которая их вместит, ещё не сформулирована. Физики называют такое состояние кризисом, историки науки — революцией; я предпочитаю слово более честное — трещина.
Трещина — место, где сквозь стену становится видно, что за ней что-то есть; что сама стена — граница модели, а не мира; и что за моделью находится что-то, для чего у нас пока нет языка, но уже есть данные.
Вот несколько трещин, причём с деталями: без деталей это получается шоу со слайдами, а в науке единственной валютой остаётся воспроизводимость.
Трещина первая: структура. Вацца и Фелетти (2020) — космическая паутина и нейронная сеть мозга статистически неотличимы. Криуков и соавторы (Scientific Reports, 2012) — причинная сеть пространства-времени растёт по тем же законам, что интернет и социальные сети. Одна и та же математика — при разнице в масштабе на двадцать семь порядков, — одни и те же кластеры, нити, узлы, пустоты. Как если бы архитектор нарисовал один-единственный чертёж и построил по нему всё, от нейрона до сверхскопления галактик.
Трещина вторая: информация. Физик Рольф Ландауэр в 1961 году доказал, а в 2012-м экспериментально подтвердили: когда вы стираете один бит информации — одно «да» или «нет», — Вселенная выделяет тепло, крохотное по абсолютной величине, но абсолютно реальное по факту регистрации. Если информацию можно превратить в тепло, значит, информация — физична. Она не «про» реальность. Она является реальностью, наравне с энергией и массой. А физик Бекенштейн показал кое-что ещё страннее: вся информация о содержимом чёрной дыры записана на её поверхности, тогда как внутрь её для хранения никто и не лезет. Как если бы содержимое квартиры — мебель, книги, кот — целиком определялось обоями на стенах. Так появился «голографический принцип»: трёхмерное пространство, в котором мы привыкли жить, — возможно — проекция двумерной информации, — буквально голограмма, к которой не выдали объёмных очков.
Стивен Хокинг тридцать лет с этим спорил, утверждая, что чёрная дыра уничтожает информацию: что упало за горизонт, то и пропало. В 2004 году он публично сдался на конференции в Дублине, заплатив Джону Прескиллу проигранное пари — энциклопедию бейсбола. Информация не уничтожается нигде и никогда, — и это закон, такой же твёрдый, как закон сохранения энергии, только про биты, а не про джоули.
Трещина третья: форма. Биолог Майкл Левин (Tufts University) обнаружил, что клетки знают, какую форму строить, до того как гены начинают работать. Информация о форме хранится не в ДНК, а в электрических сигналах между клетками — в разнице напряжения на их мембранах. Левин вырастил глаза на хвосте у головастика, изменив электрический «адрес» клеток, не тронув ни одного гена. А его «ксеноботы» — клетки лягушки, отделённые от организма, — самоорганизовались в новые формы жизни, которых никогда раньше не существовало на Земле, — безо всякой инструкции и без единой заранее написанной строчки кода: откуда они «знают», что именно собирать?
Ещё нагляднее история с планарией — двухсантиметровым плоским червём. Разрежьте его пополам — из каждой половины вырастет целый червь; разрежьте на двадцать кусков — получите двадцать. Левин изменил биоэлектрический узор в одном фрагменте, и из него вырос нормальный здоровый червь, но с головой другого вида — здоровый, аккуратный, без всяких мутаций и уродств, просто другой червь. ДНК у него осталась прежней; изменилась только форма, — стало быть, форму задаёт что-то поверх ДНК.
Трещина четвёртая: обучение. Виталий Ванчурин (arXiv, 2020; с Кацнельсоном и Куниным — PNAS, 2022): Вселенная — буквально, не метафорически — нейронная сеть, а её динамика — процесс обучения. Из этого формализма выводятся квантовая механика (как предел быстрого обучения) и гравитация (как предел медленного), а сама эволюция оказывается частным случаем обучения и является им математически, безо всяких метафорических натяжек.
Трещина пятая: наблюдатель. Нейробиолог Джулио Тонони предложил: сознание — фундаментальное свойство любой системы, части которой работают вместе, а не по отдельности. Чем сильнее целое отличается от суммы частей — тем «больше» сознания. Он даже придумал для этого число — (фи). А когнитивист Дональд Хоффман математически доказал: эволюция оптимизирует выживание, а не понимание реальности. Мы не видим мир таким, какой он есть. Мы видим интерфейс — упрощённую картинку, оптимизированную для того, чтобы не быть съеденным. Как рабочий стол компьютера: иконки на экране помогают работать, но не имеют ничего общего с тем, что на самом деле происходит внутри процессора.
Пять трещин — пять направлений, в которых стандартная картина мира («есть материя, есть законы, есть мы») перестаёт работать. Сказать «устарела» — слишком мягко: это слово предполагает, что новая картина уже готова, а она не готова. Сказать «опровергнута» — тоже мимо: опровергают теорию, а картину мира просто подпирают данными, которые в неё не лезут.
Как дуршлаг не вмещает суп, потому что дыры — это его конструкция, а не дефект, — проблема не в дуршлаге, а в том, что вы пытаетесь использовать его не по назначению.
(Вы сейчас подумали: «Всё это — вишенки. Автор нахватал ярких фактов из разных областей и сложил в кучу. Это не наука — это шоу со слайдами». Справедливо. Это — пока — шоу со слайдами. Наука — начнётся в следующих главах, когда за каждой трещиной встанут конкретные данные, конкретные статьи и конкретные формулы. Здесь — обзорная площадка. Оттуда видно далеко. Но детали — внизу.)
Каждая из этих трещин — по отдельности — объяснима. Можно сказать: «сходство мозга и Вселенной — самоорганизация». Или: «информация физична — ну и что, энергия тоже». Или: «Левин работает с биоэлектричеством — это не «другой слой», это просто электрофизиология». По отдельности каждое такое возражение — убедительно, и каждое отдельной строчкой проходит по любому учебнику.
Но вместе пять пальцев складываются в кулак, и этот кулак стучит в дверь стандартной модели мира с вопросом, на который у неё ответа нет: почему все пять трещин указывают в одну сторону?
А указывают они вглубь, под слой физики, информации и формы, — к чему-то, что генерирует всё вышеперечисленное. Так операционная система генерирует интерфейс, ДНК генерирует белок, а нечто пока не названное — генерирует всё остальное.
Здесь нормальный читатель — если он ещё здесь — должен сказать: «Стоп. А может, это просто самоорганизация?»
Справедливый вопрос. Самоорганизация — одно из великих слов двадцатого века. Оно объясняет, как из простого — возникает сложное. Как из хаоса — возникает порядок: снежинки, муравейники, пробки на дорогах. Никто не проектирует пробку — она возникает. Из простых правил: каждый водитель тормозит, когда видит красные огни впереди. Результат — система, которую никто не задумывал.
Можно ли объяснить все пять трещин самоорганизацией? Каждую — по отдельности — можно попробовать. Мозг и Вселенная похожи — потому что оба — сети, а у сетей — универсальные законы роста. Информация физична — ну, энергия тоже, что тут нового. Форма не в ДНК — значит, в эпигенетике (надстройке над генами, которая влияет на то, какие гены включены, а какие выключены), просто мы пока не разобрались. Мир как нейросеть — красивая математика, но метафора. Сознание фундаментально — это философия, не физика.
По отдельности — каждое возражение — работает. Как по отдельности работает каждое объяснение, почему ваш сосед — не серийный убийца: у него есть работа, он выгуливает собаку, он приветливо здоровается. Но если в подвале характерный запах, в гараже пластиковые мешки, а собака боится его, вы, может быть, позвоните в полицию. Потому что пять улик одновременно — это уже узор, и списать его на случайность не получается.
На уровне доказательства узор ещё не тянет, но как повод для расследования вполне годится; эта книга — такое расследование.
Макс Планк — человек, который в 1900 году ввёл квант и запустил квантовую революцию, — назвал своё открытие «актом отчаяния». Он не хотел вводить квант. Квант — противоречил всему, что Планк знал о физике. Энергия — непрерывна: так учили в университетах, так считали в лабораториях, и так было записано в учебниках двести лет подряд.
Но данные не вмещались. Физики измеряли, как раскалённые предметы светятся — какого цвета свет и сколько его, — и результат не вписывался ни в одну формулу. Планк перепробовал всё, что мог, и не нашёл ни одного работающего варианта, — кроме одного допущения: энергия приходит порциями, дискретными кусочками-квантами, и привычная картина непрерывного потока, по которому энергия течёт ровной струёй, для микромира перестаёт работать.
«Акт отчаяния», — написал он. «Я готов был пожертвовать любым из моих прежних убеждений о физике».
Из этого «акта отчаяния» выросла вся квантовая механика — транзисторы, лазеры, компьютеры, интернет, вся цифровая цивилизация — из момента, когда один учёный посмотрел на данные, которые не вмещались в картину, и изменил картину.
Мы, может быть, в таком же моменте: данные не вмещаются в существующую картину, картина под этими данными трещит, — и кто-то должен сделать собственный «акт отчаяния» и предложить новое допущение.
Допущение такое: информация первичнее материи, сознание фундаментальнее физики, а реальность — многослойна.
Возможно, это истина; возможно, заблуждение, — но данные указывают сюда. А учёный, который игнорирует данные, потому что вывод «неудобный», превращается в чиновника с дипломом, — учёным он быть перестал в момент игнорирования.
Планк смотрел на данные и менял картину; надеюсь, я делаю то же самое. Хотя, если честно, я просто двадцать лет строил нейросети, потом посмотрел на Вселенную и сказал: «Подождите, я это знаю». Звучит, конечно, как тот же сантехник у Ниагарского водопада: может, он прав, а может, ему везде мерещатся трубы.
Я — исследователь искусственного интеллекта. Двадцать лет строю системы, умеющие находить закономерности в данных. Я заметил, что узор, который проходит через все пять трещин, — один и тот же.
Информация в этой картине первична, материя — вторична. Форма выступает причиной физики, и привычная зависимость, в которой физические законы стоят впереди формы, переворачивается с ног на голову. Сознание — свойство самой ткани реальности, встроенное в неё с самого начала, и то, что мы называем «физическим миром», — лишь интерфейс, экран, верхний слой чего-то значительно более глубокого.
И всё это — данные — неудобные, не вписывающиеся в привычную картину мира, раздражающие, но снабжённые номерами статей, рецензиями и воспроизводимыми экспериментами.
Где мистика говорит «Поверьте», наука говорит «Проверьте», — и эта книга выбирает второе слово, не отвлекаясь на возражения первого. Каждое утверждение здесь снабжено ссылкой, каждая гипотеза — оговоркой, каждый вывод — вопросительным знаком.
Потому что учёный с ответом превращается в лектора, а с вопросом — остаётся учёным.
Что вы держите в руках.
Эта книга — карта. Без задач в конце глав, без призывов к действию, с мемуарными вставками (они тут работают как данные, а не как декорация) и с настоящими, проверяемыми ссылками. Черновая, неполная, нарисованная от руки — карта территории, которую я исследую и которой, возможно, не существует. В точности как карты средневековых мореплавателей: здесь берег (проверено), там горы (видели издалека), а вот там — «здесь водятся драконы» (не проверено, но кто-то говорил).
Мои «берега» — данные Вацца и Фелетти, принцип Ландауэра, работы Левина, статья Ванчурина в PNAS: проверено, опубликовано, воспроизводимо.
Мои «горы» — моя собственная модель (о ней — в одиннадцатой главе), нейросетевая космология, теория Тонони об измеримом сознании: видно их издалека, математика у них пока непротиворечивая, данные — предварительные, и общая картина ясна, тогда как детали — ещё нет.
Мои «драконы» — сознание как фундамент реальности, режим отладки, чтение архива, синхронизации. Это не проверено, но пережито, — и кто-то о таком уже говорил.
Где здесь берег, где горы, а где драконы — решать вам. Моё дело — рисовать карту, как умею: с пометками «тут данные», «тут гипотеза», «тут личный опыт». Три уровня достоверности, и где проходит граница между ними, я сам не всегда уверен.
Структура книги повторяет структуру, которую я вижу в данных. Она пока лучше всех остальных организует то, что мы знаем. Может, я ошибаюсь в выводах — но в порядке изложения — уверен.
Реальность многослойна: под физическим миром лежит слой информации, под информацией — слой формы и самоорганизации, под формой — слой причинности и обучения, а под обучением — слой сознания и наблюдателя.
Гипотеза с именами авторов, номерами статей и названиями журналов.
Может быть, я ошибаюсь, и через десять лет эту книгу будут приводить как пример того, как умный человек соединил правильные данные неправильным способом. Это нормально: наука именно так и работает — кто-то ошибается, и его ошибка иногда оказывается продуктивнее правильного ответа, который никто не искал.
А может быть — и это самый неудобный вариант — что трещины в этой стене вообще не дефекты, а окна, и за ними — не пустота, а нечто, для чего у нас пока нет имени, но за чем уже накопились данные.