Творец и робот

IV

Читатель, ты получил надлежащее предупреждение, и с настоящего момента все, что ты будешь говорить в ущерб нижеследующему тексту, может быть обращено против тебя самого!

Можно умножить выходной сигнал машины, скажем линейного преобразователя, на постоянную величину и суммировать выходы двух машин. Ранее мы условились, что под выходным сигналом машины подразумевается электрический потенциал (напряжение), величину которого мы измеряем, не нагружая выходную цепь (на холостом ходу). Это осуществимо при использовании современных устройств, называемых катодными повторителями. Применяя потенциометры или трансформаторы, мы можем умножить выходной сигнал преобразователя на любую положительную или отрицательную постоянную. Если имеется два или большее число раздельных преобразователей, то можно суммировать их выходные напряжения при одном и том же значении входного напряжения путем последовательного соединения преобразователей. В результате мы получаем сложное устройство с выходным сигналом, равным сумме выходных сигналов его составных частей, умноженных на соответствующие положительные или отрицательные коэффициенты.

Таким образом, при анализе и синтезе машин можно использовать такие известные методы, как разложения многочленов и ряды (например, тригонометрические разложения и ряды Фурье). Остается теперь дать соответствующий перечень подходящих преобразователей, при помощи которых можно формировать подобные ряды. Это даст нам стандартную форму для реализации, а следовательно, и для дублирования функционального образа.

Известно, что существует стандартный перечень простейших машин, с помощью которых можно приблизительно представить любую машину с любой степенью точности в полном смысле этого слова. Описать это в математической форме довольно сложно, но ради математика, которому могут случайно попасться на глаза эти страницы, я сформулирую это так: для любого входного сообщения эти устройства образуют произведения полиномов Эрмита в коэффициентах, выражающихся через полиномы Лагерра предшествующего входного сообщения. Это звучит специфично и сложно, но это действительно так.

Где же приобрести подобные устройства? Думаю, что в настоящее время вряд ли вы получите их со склада в форме приборов заводского изготовления. Однако эти устройства могут быть собраны по точным спецификациям, поскольку они состоят из активных сопротивлений, емкостей и индуктивностей, то есть из широко известных компонентов линейных преобразователей. Наряду с этим для получения линейности необходимы умножители с двумя входными напряжениями и выходным сигналом, равным произведению входных. Подобные устройства имеются в продаже, и, если они несколько дороже, чем хотелось бы, имея в виду покупку больших количеств этих устройств, дальнейшее их усовершенствование может снизить их стоимость; во всяком случае, затраты и возможности – это факторы разного порядка.

Исключительно интересное устройство подобного же рода, основанное на пьезоэлектрическом эффекте, было создано в лаборатории профессора Габора[10] в Имперском колледже науки и техники при Лондонском университете. Габор применил его в качестве устройства, которое отличается во многих отношениях от вышеупомянутого, однако оно также используется для анализа и синтеза каких угодно универсальных машин.

Возвращаясь к конкретным устройствам, упомянутым мною выше, следует указать, что они обладают тремя свойствами, благодаря которым их можно использовать для анализа и синтеза любой машины.

Во-первых, эти машины образуют замкнутую совокупность. Иными словами, комбинируя машины с соответствующими коэффициентами, можно аппроксимировать структуру какой угодно машины. Во-вторых, эти машины можно нормировать в том смысле, что при единично-статистическом импульсе на входе они дадут на выходе импульсы также единично-статистической величины. В-третьих, эти машины ортогональны. Это означает, что если мы возьмем любые две из них и подадим на их входы один и тот же нормированный дробовый шум, а затем перемножим их выходные сигналы, то произведение этих выходов, усредненное по всем возможным видам входных сигналов, будет равно нулю.

При исполнении машин в такой форме их анализ оказывается столь же простым, как и синтез. Предположим теперь, что у нас есть машина в виде «черного ящика», то есть машина, выполняющая определенную устойчивую операцию (не переходящую в самопроизвольные колебания), причем внутренняя структура этого «черного ящика» нам недоступна и неизвестна. Предположим теперь, что у нас также имеется «белый ящик» – машина с известной нам структурой, представляющей один из элементов структуры черного ящика. Тогда, если входные клеммы обоих ящиков подключить к одному генератору шума, а выходные клеммы – к множительному прибору, умножающему их выходные сигналы, произведение их выходов, усредненное по всему распределению шума на их общем выходе, будет выражаться коэффициентом белого ящика в разложении, соответствующем структуре черного ящика, представленной в виде суммы выходов белых ящиков с соответствующими коэффициентами.

Достигнуть этого кажется невозможным, поскольку это, по-видимому, потребовало бы исследования данной системы во всем статистическом диапазоне шумовых входов. Однако существует важное обстоятельство, позволяющее нам преодолеть это затруднение. В математической физике имеется теорема, дающая нам возможность в определенных случаях заменить величины, усредненные по распределению, величинами, усредненными по времени, – не в каждом отдельном случае, а в их полной совокупности, для которой общая вероятность равна единице. В частном случае дробового эффекта можно строго доказать, что условия, при которых данная теорема справедлива, выполнимы. Таким образом, мы можем заменить усредненную по всему ансамблю величину возможных шумовых сигналов, необходимых для получения коэффициентов белых ящиков, входящих в разложение черного ящика, величиной, усредненной по времени, и мы получим правильный коэффициент с вероятностью, равной 1. Хотя это с точки зрения теории не обеспечивает полной достоверности, на практике они эквивалентны достоверным результатам.

С этой целью мы должны уметь определять среднюю величину напряжения по времени. К счастью, прибор для получения подобных средних величин по времени хорошо известен и его легко приобрести. Он состоит лишь из сопротивлений и конденсаторов, а также устройств для измерения напряжений. Таким образом, наш тип систем в равной мере пригоден и для анализа и для синтеза машин. Если мы используем один и тот же аппарат и для анализа машин и для их синтеза, проводимого в соответствии с результатами анализа, то мы воспроизведем функциональный образ этой машины.

На первый взгляд может показаться, что это потребует вмешательства человека. Однако легко (намного легче, чем провести анализ и синтез) добиться того, чтобы результаты анализа представлялись не в виде отсчетов по шкалам приборов, а в виде зафиксированных положений потенциометров.

Итак, насколько нам позволяет число доступных элементов и точность современной техники, мы заставили черный ящик неизвестной нам структуры перенести функциональные свойства (образ действия) на комплексный белый ящик, первоначально приспособленный к восприятию любого функционального образа. Это, в сущности, очень похоже на то, что происходит в основополагающем акте воспроизведения живой материи. Здесь тоже субстрат, способный принять множество форм (в данном случае молекулярных структур), заставляют принять какую-то определенную форму благодаря наличию структуры, которая уже обладает данной формой.

Когда я представил результаты своего анализа саморазмножающихся систем на суд философов и биохимиков, то оно было встречено следующим заявлением: «Но ведь эти два процесса совершенно различны! Любая аналогия между живым и неживым будет только поверхностной. В настоящее время процесс биологического размножения раскрыт до мельчайших деталей, и он не имеет ничего общего с процессом, который вы приписываете размножению машин».

С одной стороны, машины сделаны из стали и латуни, тонкая химическая структура которых не имеет ничего общего с их функциями как частей машин. Живая же материя остается живой вплоть до мельчайших частей, которые характеризуют ее как один и тот же тип материи, а именно до молекулы. Кроме того, размножение живой материи происходит хорошо известным путем, в котором цепочка нуклеиновых кислот как матрица определяет расположение аминокислот в синтезируемых молекулах, и эта цепочка двойная, состоящая из пары дополнительных спиралей. Когда они отделяются, то каждая из них вбирает в себя молекулярные остатки, необходимые для восстановления двойной спирали исходной цепочки.

Ясно, что в деталях процесс воспроизведения живого вещества отличается от процесса воспроизведения машин, который я здесь набросал. Габор в работе, упомянутой мною ранее, указал пути воспроизведения машин, которые будут определяться менее жесткими законами, чем тот, который я привел. Они, пожалуй, в большей степени будут схожи с явлением размножения живых существ. Живая материя, безусловно, имеет тонкую структуру, более присущую ее функциям и процессу размножения, чем части неживой машины, хотя это и может не относиться в равной мере к тем новейшим устройствам, в которых используются принципы физики твердого тела.

Однако даже живые системы не являются живыми (по всей вероятности) ниже молекулярного уровня. Кроме того, при всем различии между живыми системами и обычными механическими системами неверно было бы отказываться от мысли, что системы одного типа могут в какой-то мере помочь нам раскрыть сущность организации систем другого типа.

Такой случай вполне возможен, когда пространственная и функциональная структуры, с одной стороны, и сообщения во времени – с другой, взаимообратимы. Шаблонное рассмотрение процесса воспроизведения еще не раскрывает нам полностью всей картины этого сложного процесса. Должен, по-видимому, существовать какой-то обмен информацией между молекулами генов и молекулярными остатками, который нужно искать в питательной жидкости, причем эта связь должна быть динамической. Было бы вполне в духе современной физики предположить, что посредствующим звеном в такой связи должны быть какие-то поля излучения. Неверно было бы категорически утверждать, что между процессом воспроизведения у машин и у живых существ нет ничего общего.

Осторожным и консервативным умам рассуждения подобного рода часто кажутся менее рискованными, чем поспешные высказывания об аналогии живого и неживого. Однако если опасно утверждать без достаточных доказательств, что существует аналогия, в равной мере опасно отвергать аналогию, не доказав ее нелогичность. Интеллектуальная честность – это не то же, что отказ от принятия интеллектуального риска, а отказ даже рассмотреть новую концепцию, вызывающий эмоциональное возбуждение, не имеет особого оправдания с этической точки зрения.

Рассуждения о том, что Бог якобы создал человека и животных, что живые существа порождают себе подобных и что существует возможность воспроизведения машин, – все это суждения одного порядка, вызывающие такое же эмоциональное возбуждение, какое в свое время вызвала теория Дарвина об эволюции и происхождении человека. Если сравнение человека с обезьяной наносило удар по нашему самолюбию и мы теперь уже преодолели этот предрассудок, то еще большим оскорблением ныне считают сравнение человека с машиной. Каждая новая мысль в свой век вызывает некоторую долю того осуждения, которое вызывал в средние века грех колдовства.

Я уже упоминал о возможности наследования свойств в процессе их самовоспроизведения и о дарвиновской теории эволюции, основанной на законе естественного отбора. В «машинной генетике», рассматриваемой в качестве одного из типов эволюции через естественный отбор, мы должны учитывать и изменчивость, и наследование изменчивости. Предполагаемый нами вид генетики машин охватывает оба фактора. Изменчивость возникает из-за неточности осуществления процесса копирования, который был рассмотрен выше, в то время как скопированная машина, в качестве примера которой был приведен белый ящик, сама может служить прототипом для дальнейшего копирования. В действительности, в то время, как в исходном одноступенчатом процессе копирования копия оказывается похожей на оригинал не по внешнему виду, а по функциональному образу, на последующей стадии копирования пространственная структура сохраняется и последующая копия содержит уже и внешние и функциональные признаки оригинала.

Очевидно, что в процессе копирования в качестве нового оригинала может быть использована предыдущая копия. Иными словами, изменения наследуемых свойств сохраняются, хотя они и подвергаются дальнейшим изменениям.