Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность [litres]

Изучая черные дыры, Уилер хотел понять, возможны ли отклонения от схемы. Если черная дыра поглощает объект, проглатывает ли она энтропию объекта тоже? Способна ли таким образом черная дыра обходить второй закон термодинамики, снижая общую энтропию космоса? И вскоре новый способ описания энтропии черных дыр позволил ответить на эти вопросы.

В начале семидесятых с появлением мониторов компьютерная симуляция стала намного более интересной. Впервые появилась возможность увидеть результат расчетов в реальном времени прямо перед глазами. Это оказалось не только полезно, но иногда и зрелищно. Совпадение или нет, но то время отмечено расширением разума – появился прогрессивный рок, психоделическое искусство, возрос интерес к восточной философии и потребление влияющих на сознание веществ.

Обычным развлечением для молодого программиста или инженера того времени была математическая игра «Жизнь», придуманная Джоном Конвеем и популяризованная Мартином Гарднером в журнале Scientific American. Игра симулировала биологическую структуру на двумерной решетке, где нули обозначают мертвые клетки, а единицы соответствуют живым клеткам. Если описывать ситуацию категориями того, что Джон фон Нейман и Станислав Улам назвали «клеточным автоматом», то все сводилось к простым алгоритмам, определяющим изменение значений в каждом узле решетки в зависимости от значений в соседних узлах.

Правила «Жизни» определяют, какие клетки погибнут к следующему поколению и в каких местах появятся молодые клетки. Например, любой «ноль» (пустое место), окруженный тремя «единицами» (живыми клетками), окажется заполнен, любая живая единица, окруженная более чем тремя соседями, погибнет от перенаселенности, а если у нее два и меньше соседей, то вымрет от скудности популяции. Если соседей ровно три, то клетка выживет.

Базируясь на этих правилах, фигуры эволюционируют шаг за шагом из одной конфигурации в другую, иногда напоминают живые существа, которые ползут по экрану, пожирают друг друга, порождают других, иными словами, ведут себя как настоящие организмы. Поклонники игры находят ее интересной и способны развлекаться часами, населяя экран различными начальными комбинациями, запуская процесс и наблюдая, как искусственные создания исследуют свой мир.

Фейнман, как всегда, отождествлявший себя с бунтарской юностью, начал отращивать каштановые волосы (кое-где с сединой) более длинными и одеваться еще небрежнее. К этому времени он стал женатым человеком и никак уж не мог назвать себя хиппи, но мысль о свободной жизни в дороге его так и не покинула.

Для человека около пятидесяти, сделавшего карьеру, он был невероятно жизнерадостным и открытым для нового. Никакой тяжеловесности по-прежнему не наблюдалось в его поведении, а студенты Калтеха почитали Ричарда словно рок-звезду.

Фейнман имел богатый опыт в расчетах, и в выступлении 1959 года он предсказал развитие нанотехнологий, поэтому не удивительно, что его очаровали новые возможности компьютерной техники. Частично его интерес к этой области мотивировали наклонности сына Карла, который в конечном итоге стал изучать вычислительную технику в МТИ.

Симуляции вроде «Жизни» предполагали, что вселенная на фундаментальном уровне может действовать как автомат, управляемый бинарными величинами. Главным защитником такого подхода был профессор компьютерных наук из того же МИТ Эдвард Фредкин, проведший год в качестве приглашенного исследователя в Калтехе.

Фейнман был предсказуемо осторожен по поводу идей, не имевших экспериментальной опоры, но Фредкин и его коллеги все же иногда вовлекали его в дискуссии. В своих беседах они затрагивали и вопрос о том, может ли человеческий мозг функционировать как процессор.

Марвин Минский, другой специалист по компьютерам из МИТ и ведущий исследователь искусственного интеллекта, предположил, что человеческий мозг не более чем разновидность перерабатывающего информацию устройства. Фейнман знал Минского хорошо и не стеснялся беседовать с ним о подобных гипотезах.

Что еще более удивительно, Джон Уилер пришел к схожему, опирающемуся на информацию, взгляду на предмет, связав его с теорией квантовых измерений. На финальной стадии исследовательской карьеры он оставил воззрение «все есть поля» ради «все есть информация». Свой подход он называл «все из бита», и его влияние в данном направлении оказалось столь велико, что некоторые ученые в области вычислительной техники назвали его «прадедушкой квантовой информации».

Среди причин, изменивших мировоззрение Уилера, можно назвать его взаимодействие с новым поколением студентов, куда лучше знакомых с компьютерами и их возможностями. Нильс Бор умер в 1962-м (для студентов Джона – в древние времена), и появилось много новых интерпретаций квантовых измерений.

Отход от Копенгагенской схемы больше не рассматривался как ересь.

Научно-популярная статья Брайса Девитта, посвященная многомировой теории Хью Эверетта, например, оказалась принята очень хорошо. Уилер похвалил Девитта за его популяризацию идеи, хотя выразил вежливое несогласие с терминами вроде «многомировой» или «параллельные вселенные».

Природа времени очень серьезно рассматривалась в новом подходе Уилера.

Стрела времени соединена с энтропией посредством второго закона термодинамики, который предписывает, что та не может уменьшаться с течением времени. Энтропия, в свою очередь, связана с теорией информации посредством формулы, предложенной пионером в области электронных коммуникаций Клодом Шенноном, которая определяет отдельное значение «информационной энтропии» для каждого потока данных. Следовательно, понимание того, как течет поток информации – не более чем иной способ смоделировать время.

Но даже погрузившись в проблемы информации и квантовых измерений, Уилер не забыл о космологии, гравитации и черных дырах. На самом деле предположение, что черные дыры обладают энтропией и, следовательно, сохраняют информацию, стало одной из первых вылазок в сторону теории информации.

В конце семидесятых Уилер вместе с целым рядом талантливых аспирантов работал над проблемами, связанными с черными дырами. Одним из этих одаренных молодых ученых был Яаков Бекенштейн, родившийся в Мексике в семье еврейско-польских иммигрантов. Вдвоем они часто обсуждали свойства черных дыр, в том числе и «безволосую» теорему.