Текст книги "Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир"

Подобно тому, как добавлением пиктограмм можно было расширять словарь древней системы письма, добавлением символов можно было расширить диапазон системы записи чисел, что и делалось. Но в получающейся системе всегда был символ с самым большим значением, а значит, она не была универсальной в плане совершения арифметических операций без поштучного пересчета.

Единственный способ освободить арифметику от «палочек» – использовать правила с универсальной сферой применимости. Как и с алфавитами, достаточно будет небольшого набора базовых правил и символов. В универсальной системе, которой все пользуются сегодня, десять символов, это цифры от 0 до 9, а своей универсальностью она обязана правилу, в соответствии с которым значение цифры зависит от ее положения в числе. Например, цифра 2 означает два, если она сама по себе, но двести, если она присутствует в числе 204. В таких «позиционных» системах нужны «заполнители» разрядов, как, например, цифра 0 в числе 204, единственная функция которой – сдвинуть двойку в позицию, означающую «двести».

Эта система зародилась в Индии, но когда именно, неизвестно. Возможно, это случилось лишь в девятом веке, поскольку до этого она вроде как встречается только в нескольких неоднозначных документах. Так или иначе, ее огромный потенциал для науки, математики, техники и торговли широко не осознавался. Примерно в то же время ее взяли на вооружение арабские ученые, но в обиход в арабском мире она вошла только через тысячу лет. Любопытное отсутствие стремления к универсальности повторилось и в средневековой Европе: индийские цифры были переняты у арабов лишь несколькими учеными в десятом веке (и в результате были ошибочно названы «арабскими цифрами»), но в повседневное использование они вошли только столетия спустя.

Уже к 1900 году до нашей эры древние вавилоняне изобрели в сущности универсальную систему счисления, но и они вполне могли не задумываться об универсальности и даже вовсе о ней не знать. Это была позиционная система, но очень громоздкая по сравнению с индийской. В ней было 59 «цифр», каждая из которых записывалась как число в системе типа римской. Пользоваться ею для совершения арифметических операций с числами в повседневной жизни было еще сложнее, чем римскими цифрами[30]30
  Тем не менее она широко применялась в научных трудах на протяжении трех тысячелетий; в частности, вавилонскую шестидесятиричную систему использовал Клавдий Птолемей в трактате «Величайшее сочинение» («Альмагест»). Мы пользуемся наследием этой системы по сей день, разделяя час на 60 минут и минуту на 60 секунд и указывая географические и небесные координаты в градусах, минутах и секундах. – Прим. ред.


[Закрыть]. В этой системе также не было символа для нуля, а вместо заполнителей использовались пробелы. Изобразить ноль в конце строки было никак нельзя, эквивалента десятичной запятой тоже не было (это все равно что в нашей системе числа 200, 20, 2, 0,2 и так далее все записывались бы как 2, и различить их можно было бы только по контексту). Все это наводит на мысль, что при разработке системы задача добиться универсальности не была основной, и когда она была достигнута, ее особо не оценили.

Возможно, понять эту странную закономерность позволит примечательный случай, произошедший в третьем веке до нашей эры с древнегреческим ученым и математиком Архимедом. В ходе своих исследований в области астрономии и чистой математики он столкнулся с необходимостью производить арифметические операции с достаточно большими числами, и ему пришлось изобрести свою собственную систему записи. Он отталкивался от греческой, с которой был знаком и которая была похожа на римскую[31]31
  Древнегреческая (аттическая) система записи чисел действительно была похожа на римскую, более того – являлась ее прототипом. В примере, однако, автор использует более современную и еще менее универсальную ионическую систему, основанную на присвоении каждой из 27 букв и знаков алфавита конкретного числового значения – от 1 до 9, от 10 до 90 и от 100 до 900. (Для записи тысяч буквы повторялись, начиная с α.) Вместе с греческим алфавитом эта система была заимствована в Древней Руси и широко использовалась вплоть до начала XVIII века. – Прим. ред.


[Закрыть], только в ней символ с наибольшим значением обозначался через M – 10 000 (один мириад). Диапазон системы уже был расширен правилом, предписывающим умножать на десять тысяч число, написанное над M. Например, двадцать обозначалось символом κ, а четыре – δ, и двадцать четыре мириада (240 000) можно было записать как .

Если бы только по этому правилу можно было создавать многоуровневые числа, чтобы означало бы 24 мириада мириадов, система стала бы универсальной. Но, очевидно, греки до этого так и не дошли[32]32
  Отметим, что в современном китайском языке имеются и активно используются для записи больших чисел иероглифы, соответствующие 10 000 и 100 000 000. – Прим. ред.


[Закрыть]. И, что более удивительно, не дошел и Архимед. Его система строилась на другой идее, напоминающей современное «экспоненциальное представление» (когда, скажем, два миллиона записываются как 2×106), только в степень возводилось не десять, а мириад мириадов (100 000 000). Но в этом случае требовалось, чтобы число, являвшееся показателем степени (в которую возводились сто миллионов), существовало в греческой системе. Другим словами, показатель степени не мог превышать сто миллионов или около того. Значит, эта конструкция иссякала после числа, которое мы бы записали как 10800 000 000. Если бы не это дополнительное правило, у Архимеда получилась бы универсальная система, хотя и неоправданно неуклюжая.

Даже сегодня числа, больше 10800 000 000, могут пригодиться разве что математикам, и то очень редко. Но вряд ли Архимед наложил свое ограничение из-за этого, потому что на этом он не остановился. Продолжив исследовать понятие чисел, он добавил еще одно расширение, на этот раз получилась еще более странная система с основанием 10800 000 000. Но снова он разрешил возводить это число только в степени, не превышающие 800 000 000, устанавливая таким образом произвольный предел где-то после 106,4×1017.

Зачем? Сегодня кажется, что, накладывая ограничение на то, какие символы можно использовать в его числовой записи и в каких позициях, Архимед просто упрямствовал в своих заблуждениях. Для этого нет никакого математического оправдания! Но если бы Архимед захотел позволить применять свои правила без произвольных ограничений, он мог бы изобрести гораздо более удачную универсальную систему, просто убрав произвольные ограничения из существовавшей тогда греческой системы. (Несколькими годами позже математик Аполлоний придумал еще одну систему записи чисел, которой точно так же не хватало универсальности. Такое впечатление, что в античном мире все намеренно ее избегали!)

Вот что писал об индийской системе математик Пьер-Симон Лаплас (1749–1827): «Мы должны оценить грандиозность этого достижения, вспомнив, что до него не додумались Архимед и Аполлоний, два величайших ума античного мира». Но верно ли, что они не додумались до этого понятия? Может, они просто предпочли держаться от него подальше? Архимед должен был понимать, что метод расширения системы записи чисел, которым он воспользовался два раза подряд, можно продолжать до бесконечности. Но, возможно, он сомневался, что получившиеся в результате записи обозначали что-либо пригодное для разумного обсуждения. Действительно, одним из мотивов для всего этого начинания было желание опровергнуть идею, трюизм того времени, что песчинки на пляже сосчитать невозможно. И Архимед воспользовался своей системой, чтобы подсчитать, сколько песчинок понадобилось бы, чтобы заполнить всю небесную сферу. Это наводит на мысль, что ни у него, ни в древнегреческой культуре в целом, могло не быть в принципе понятия абстрактного числа, и для них такие записи могли относиться только к объектам, хотя бы и воображаемым. В этом случае универсальность была бы сложным для постижения свойством, что уж говорить о том, чтобы к ней стремиться. А может Архимед просто почувствовал, что если он хочет получить убедительный результат, то ему лучше не стремиться к бесконечной сфере охвата. Так или иначе, хотя с нашей точки зрения в системе Архимеда несколько раз «намечался» скачок к универсальности, он, очевидно, к этому не стремился.

А вот еще более спорная версия. Самая большая польза от универсальности, за рамками тех обиходных задач, ради решения которых она достигается, состоит в том, что она может пригодиться для дальнейшего новаторства. Но новаторство непредсказуемо. Поэтому, чтобы оценить универсальность на момент ее открытия, нужно либо просто ценить абстрактные знания сами по себе, либо ожидать от них непредвиденных выгод. В обществе, в котором перемены происходили редко, и то, и другое было бы довольно неестественно. Но все перевернулось с приходом Просвещения, основная идея которого, как я говорил, в том, что прогресс и желаем, и достижим. А раз так, то это же можно сказать и про универсальность.

Как бы то ни было, с приходом Просвещения парохиальность и все произвольные исключения и ограничения стали рассматриваться как сомнительные по сути, причем не только в науке. Почему закон должен различать аристократа и обычного человека? Раба и хозяина? Женщину и мужчину? Философы Просвещения, такие как Локк, занялись освобождением политических институтов от произвольных правил и условностей. Другие пытались вывести нравственные принципы из универсальных моральных объяснений вместо того, чтобы просто закрепить их постулатами. Таким образом, свое место рядом с универсальными теориями материи и движения стали занимать объяснительные теории справедливости, законности и нравственности. Во всех этих случаях универсальность уже искали намеренно, как желаемое и даже необходимое свойство для того, чтобы идея была верной, а не просто как средство решения конкретной проблемы.

Скачком к универсальности, который сыграл важную роль на заре Просвещения, стало изобретение принципа печати наборными шрифтами. Он заключался в использовании отдельных кусочков металла, на каждом из которых выдавлен контур буквы алфавита. В более ранних формах печатания просто рационализировали письмо подобно тому, как римские цифры позволили рационализовать подсчет «палочек»: каждую страницу гравировали на печатной пластине так, что все символы на ней можно было скопировать за раз. Но если есть набор подвижных литер, где каждая встречается по несколько раз, то больше не нужно возиться с металлообработкой. Просто берешь и составляешь из литер слова и предложения. Для производства печатного шрифта не нужно было знать, какие документы будут с его помощью печататься и о чем в них будут сообщать: набор литер универсален.

И тем не менее наборные шрифты почти не изменили Китай, где они были изобретены в одиннадцатом веке – возможно, из-за обычного отсутствия интереса к универсальности или из-за того, что в китайской системе письма использовались тысячи пиктограмм, что уменьшало непосредственные преимущества универсальной системы печати. Но когда в пятнадцатом веке в Европе Иоганн Гутенберг заново придумал ее в применении к алфавитному шрифту, это привело к дальнейшему лавинообразному прогрессу.

Здесь мы видим переход, типичный для скачка к универсальности: до него приходилось изготавливать специальные предметы для каждого документа, который нужно было напечатать, а после для этого просто приспосабливается (или настраивается, или программируется) универсальный объект, в данном случае печатный станок с наборным шрифтом. Сходным образом в 1801 году Жозеф-Мари Жаккар изобрел шелкоткацкий станок широкого применения, который теперь называют станком Жаккара. Больше не нужно было управлять вручную каждым рядом петель на каждом отдельном рулоне узорчатого шелка. Достаточно было запрограммировать произвольный узор на перфорированных картах, служащих инструкцией для станка, который воспроизводил его любое количество раз.

Наиболее весомым среди таких достижений являются компьютеры, от которых сегодня зависит все больше и больше технологий и которые имеют глубокое теоретическое и философское значение. Скачок к вычислительной универсальности должен был случиться в 1820-е годы, когда математик Чарльз Бэббидж изобрел устройство, которое он назвал разностной машиной, – механический калькулятор, в котором десятичные знаки представлялись с помощью зубцов, каждый из которых можно было установить в одном из десяти положений. Исходное назначение машины было ограниченным: автоматизировать составление таблиц значений математических функций, таких как логарифмы и косинусы, которые активно использовались в навигации и инженерном деле. В то время эту работу выполняли армии клерков-вычислителей, которых по-английски называли словом «computer» (откуда, собственно, и произошло современное компьютер) и которые были известны частыми ошибками. Разностная машина совершала бы меньше ошибок уже потому, что арифметические правила закладывались в нее на этапе конструирования. Чтобы машина распечатала таблицу для заданной функции, ее нужно было запрограммировать один раз, определив функцию через простые операции[33]33
  Имеется в виду разложение функции в ряд по степеням аргумента. – Прим. ред.


[Закрыть]. В отличие от этого, «людям-компьютерам» приходилось использовать как определение, так и общие правила арифметики (или, как было отмечено выше, правила использовали людей для своей реализации) тысячи раз для каждой таблицы, и каждый раз человек мог ошибиться.

К сожалению, несмотря на то, что Бэббидж вложил в этот проект огромные средства – как собственные, так и выделенные правительством Британии, он оказался таким плохим организатором, что так и не довел свою разностную машину до завершения. Но его проект оказался вполне годным (за исключением нескольких тривиальных ошибок), и в 1991 году группа специалистов под руководством инженера Дорона Суэйда из Музея науки в Лондоне успешно построила работающую машину с помощью инженерных средств, доступных во времена Бэббиджа.

На фоне современных компьютеров и даже калькуляторов разностная машина Бэббиджа имела очень ограниченный набор действий. Но причина, по которой она вообще могла существовать, – в той закономерности, которая присуща всем математическим функциям, применяемым в физике, а значит, и в навигации и в инженерном деле. Эти функции называются аналитическими, и в 1710 году математик Брук Тейлор установил, что их можно аппроксимировать с произвольно высокой точностью, многократно используя сложение и умножение – операции, которые как раз и выполняет разностная машина. (Частные случаи были известны и до этого, но скачок к универсальности был обоснован Тейлором.) Таким образом, для решения узкой проблемы вычисления нескольких функций, таблицы которых были необходимы для последующих расчетов, Бэббидж создал калькулятор, универсально подходящий для вычисления аналитических функций. В нем использовалась и универсальность наборных шрифтов – в печатающем устройстве, похожем на пишущую машинку, – без чего не удалось бы полностью автоматизировать печатание таблиц.

Изначально у Бэббиджа не было представления о вычислительной универсальности. Тем не менее его разностная машина оказалась замечательно близка к ней – не по набору производимых вычислений, а по физическому устройству. Чтобы запрограммировать ее для печати заданной таблицы, нужно привести в исходное состояние определенные зубцы. В конце концов Бэббидж понял, что данный этап программирования тоже поддается автоматизации: настройки можно заготавливать на перфокартах, как у Жаккара, а затем механически передавать на зубцы. Таким путем не только исключался главный остающийся источник ошибок, но и расширялся набор действий машины. Затем Бэббидж понял, что если бы машина могла пробивать новые карточки для дальнейшего использования в ней же и могла бы управлять тем, какую карту считывать следующей (скажем, беря их из пачки в зависимости от положения шестеренок), то могло бы получиться нечто качественно новое: скачок к универсальности.

Эту усовершенствованную машину он назвал аналитической. Он и его коллега, женщина-математик, графиня Ада Лавлейс знали, что эта машина сможет вычислять все, что могут «люди-компьютеры», и не только производить арифметические операции: она сможет решать алгебраические уравнения, играть в шахматы, сочинять музыку, обрабатывать изображения и так далее. Она стала бы тем, что сегодня называется универсальным классическим компьютером. (В главе 11, в которой речь пойдет о квантовых компьютерах, работающих на еще более высоком уровне универсальности, я объясню, почему приписка «классический» так важна.)

Однако ни эти ученые, ни кто-либо другой в течение еще столетия не представлял себе, для чего будут сегодня чаще всего применяться вычисления, а именно Интернет, обработка текстов, поиск по базам данных, игры. Но есть еще одно важное применение, которое они предвидели, – это научные предсказания. Аналитическая машина могла стать универсальным моделирующим устройством, способным предсказать поведение любого физического объекта с любой желаемой точностью с учетом соответствующих законов физики. Это та универсальность, о которой я говорил в главе 3, благодаря которой в физических объектах, непохожих друг на друга и подчиняющихся разным законам физики (как, например, мозг и квазар), могут проявляться одинаковые математические зависимости.

Бэббидж и Лавлейс были людьми Просвещения, и они понимали, что универсальность аналитической машины откроет новую эру технологий. Но даже при этом, несмотря на огромные усилия, им удалось заразить своим энтузиазмом лишь небольшую группу людей, которым тоже не удалось передать его дальше. И аналитическая машина осталась в истории как трагическая память о скачке, который мог бы произойти, но, к сожалению, не произошел. Если бы они поискали другие варианты реализации, то могли бы заметить прекрасную возможность, которая уже ждала своего применения: электрические реле (переключатели, работающие от электрического тока). Это было одно из первых приложений фундаментальных исследований в области электромагнетизма, вот-вот должно было начаться массовое производство таких реле, что в итоге привело к технологической революции в телеграфии. Переработанная аналитическая машина с кодированием двоичных знаков по принципу включения/выключения тока и с использованием электрических реле для осуществления вычислений работала бы быстрее механического компьютера Бэббиджа, и ее было бы дешевле и проще построить. (О двоичных числах уже хорошо знали. В семнадцатом веке математик и философ Готтфрид Вильгельм Лейбниц даже предлагал использовать их для механических вычислений.) Так что компьютерная революция могла случиться на сто лет раньше. И благодаря технологиям телеграфа и печати, которые развивались параллельно, за ней вскоре последовала бы и интернет-революция. В своем романе «Машина различий»[34]34
  Гибсон У., Стерлинг Б. Машина различий. – М.: У-Фактория, 2002.


[Закрыть] (The Difference Engine) писатели-фантасты Уильям Гибсон и Брюс Стерлинг захватывающе описывают, как бы это могло быть. Журналист Том Стэндидж в своей книге «Викторианский Интернет» (Victorian Internet) утверждает, что уже в рамках телеграфной системы, даже без компьютеров, среди ее операторов действительно существовало явление, похожее на Интернет, с «хакерами, сетевыми романами и свадьбами, чатами, горячими спорами в Сети… и так далее».

Бэббидж и Лавлейс также задумывались об одном применении универсальных компьютеров, которое до сих пор еще не осуществлено, а именно о так называемом искусственном интеллекте. Поскольку человеческий мозг – это физический объект, подчиняющийся законам физики, а аналитическая машина – универсальное моделирующее устройство, то его можно запрограммировать так, чтобы оно думало так же, как может думать человек (хотя на это будет уходить очень много времени и запредельное количество перфокарт). Тем не менее Бэббидж и Лавлейс отрицали такую возможность. Лавлейс говорила, что «аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое. Машина может выполнить все то, что мы умеем ей предписать. Она может следовать анализу; но она не может предугадать какие-либо аналитические зависимости или истины»[35]35
  Цит. по: Гутер Р. С., Полунов Ю. Л. Ада Августа Лавлейс и возникновение программирования. В кн.: Кибернетика и логика. – М.: Наука, 1978. – С. 57–102.


[Закрыть].

Впоследствии математик и пионер вычислительной техники Алан Тьюринг называл эту ошибку «возражением леди Лавлейс». Лавлейс недооценила не столько вычислительную универсальность, сколько универсальность законов физики. В то время наука практически ничего не знала о том, как устроен мозг с физической точки зрения. Теория эволюции Дарвина еще не была опубликована, и преобладали сверхъестественные объяснения природы человека. Сегодня послаблений для той малой части ученых и философов, которые до сих пор считают, что искусственный интеллект недостижим, меньше. Например, философ Джон Серл рассматривает проект создания искусственного интеллекта в следующей исторической перспективе: на протяжении веков люди пытались объяснить разум техническим языком, используя сравнения и метафоры на основе сложнейших механизмов соответствующего времени. Сначала предполагалось, что мозг похож на чрезвычайно сложный набор шестеренок и рычагов. Затем были гидравлические магистрали, паровые двигатели, телефонные коммутаторы, а сегодня, когда самой впечатляющей технологией считаются компьютеры, говорят, что мозг – это компьютер. Но это опять же не более чем сравнение, говорит Серл, и причин считать мозг компьютером не больше, чем паровым двигателем.

В действительности их больше. Паровой двигатель не является универсальным моделирующим устройством, а вот компьютер является, так что ожидать от него, что он сможет делать то же самое, что нейроны, – не метафора: это известное и проверенное свойство законов физики, какими мы их знаем. (И, кстати, из гидравлических контуров тоже можно сделать универсальный классический компьютер и из шестеренок и рычагов, как показал Бэббидж.)

Как это ни парадоксально, но у возражения леди Лавлейс логика та же, что и у довода, который Дуглас Хофштадтер приводит в пользу редукционизма (глава 5), но Хофштадтер – один из активных современных сторонников того, что искусственный интеллект возможен. А все потому, что оба опираются на ошибочное допущение о том, что низкоуровневые вычислительные шаги якобы не могут сложиться в высокоуровневое «Я», которое влияет на все. Разница между ними в том, что они держатся противоположных альтернатив возникающей при этом дилеммы: Лавлейс ошибочно заключила, что искусственный интеллект невозможен, а Хофштадтер – что такого «Я» не существует.

Поскольку Бэббиджу не удалось ни самому построить универсальный компьютер, ни убедить других это сделать, первая подобная машина появилась лишь спустя сто лет. То, что происходило в этот промежуток времени, скорее напоминает древнюю историю универсальности: хотя счетные устройства, похожие на разностную машину, стали создаваться еще до того, как Бэббидж сдался, его идею аналитической машины практически полностью игнорировали даже математики.

В 1936 году Тьюринг разработал исчерпывающую теорию универсальных классических компьютеров. Но он не собирался строить такой компьютер, а только хотел применять теорию абстрактно для изучения природы математических доказательств. И когда через несколько лет были сконструированы первые универсальные компьютеры, то опять в этом не было никакого особого намерения реализовать универсальность. Их построили в Британии и США во время Второй мировой войны для специфичных военных целей. Британские компьютеры под названием Colossus («Колосс»; в их создании принимал участие Тьюринг) использовались для взлома шифров; американский компьютер ENIAC был предназначен для решения уравнений, необходимых для наведения больших орудий. Оба были построены на электронных вакуумных лампах, которые работали как реле, но почти в сто раз быстрее. В то же самое время в Германии инженер Конрад Цузе собирал на релейных схемах программируемый калькулятор – так, как это должен был бы сделать Бэббидж. Во всех трех применялись технологические решения, необходимые для универсального компьютера, но ни одно из них не было вполне универсальным по своей конфигурации. Машины Colossus применялись только для дешифрации, и после войны большая часть из них была разобрана. Машина Цузе была уничтожена в ходе бомбардировок Германии союзниками. А вот ENIAC’у судьба позволила совершить скачок к универсальности: после войны ему нашли массу применений, для которых он никогда не предназначался, таких как прогнозирование погоды и проект создания водородной бомбы.

В истории развития электронных технологий после Второй мировой войны преобладала миниатюризация, и в каждом новом устройстве реализовывались все более и более микроскопические переключатели. Около 1970 года эти усовершенствования вызвали скачок к универсальности, когда несколько компаний независимо друг от друга создали микропроцессор, универсальный классический компьютер на одной кремниевой микросхеме. С этого момента разработчики любого устройства для обработки информации могли взять микропроцессор и настраивать его – программировать – под определенные задачи, которые устройство должно было выполнять. Сегодня стиральная машина, стоящая у вас дома, наверняка управляется компьютером, который можно было бы запрограммировать для решения задач астрофизики или обработки текстов, если бы у него были подходящие устройства ввода-вывода и достаточный объем памяти для хранения необходимых данных.

Удивительно, но в этом смысле (другими словами, если отбросить то, что связано со скоростью, емкостью памяти и устройствами ввода-вывода) «люди-компьютеры» девятнадцатого века, паровая аналитическая машина с ее звонками и свистками, ламповые вычислительные машины времен Второй мировой войны, занимавшие целые комнаты, и современные суперкомпьютеры выполняют один и тот же набор вычислений.

Другая их общая черта – то, что все они цифровые: они работают с информацией в форме дискретных значений физических величин: к примеру, электронный переключатель может быть включен или выключен, а зубец шестеренки находиться в одном из десяти положений. Широко распространенные когда-то альтернативные, «аналоговые», компьютеры, такие как логарифмическая линейка, в которых информация представляется в виде непрерывных физических переменных, сегодня практически не используются[36]36
  Аналоговыми компьютерами чаще называли устройства для решения дифференциальных уравнений и моделирования физических процессов электрическими сигналами. – Прим. ред.


[Закрыть]. Дело в том, что современный цифровой компьютер можно запрограммировать так, что он сымитирует любое такое устройство и будет работать лучше практически во всех приложениях. В результате скачка к универсальности в цифровых вычислениях аналоговые компьютеры были забыты. И это было неизбежно, ведь универсального аналогового компьютера не существует.

Причина тому – необходимость исправления ошибок: ошибки, накапливающиеся в ходе длинных вычислений из-за неидеальных компонентов, тепловых флуктуаций, случайных внешних воздействий, сбивают аналоговые компьютеры с намеченного пути вычислений. Возможно, это прозвучит как незначительное или парохиальное суждение, но все как раз наоборот. Без исправления ошибок весь процесс обработки информации, а значит, и создания знаний, будет неизбежно ограничен. Исправление ошибок относится к началу бесконечности.

К примеру, система подсчета «палочек» универсальна, только если она цифровая. Представьте себе, что какие-нибудь древние пастухи попытались бы вычислить не количество голов, а общую длину стада. Выпуская козу из загона, они бы отматывали нитку длиной с козу. А потом, по возвращении коз, сматывали бы нитку обратно. Когда весь клубок оказывался бы смотанным, это означало бы, что все козы вернулись в загон. Но на деле из-за накопления ошибок измерения всегда либо оставалась бы лишняя часть нити, либо ее не хватало. Любая заданная точность измерений предполагала бы максимальное число коз, которое можно надежно подсчитать таким «аналоговым» способом. То же будет верно и для всех арифметических операций, производимых с помощью таких «палочек». Каждый раз, когда соединяли нити, представляющие несколько стад, или одну нить разрезали на две части, чтобы отметить разделение стада, когда ее «копировали», отмеряя еще одну такой же длины, появлялись бы ошибки. Их можно было бы сгладить, повторив каждую операцию много раз, а затем взяв среднюю длину. Но операции сравнения и копирования длин сами могут выполняться лишь с конечной точностью, и поэтому с их помощью нельзя сократить темп накопления ошибок в расчете на один шаг, ниже этого уровня погрешности. Таким образом, появилось бы максимальное число последовательных операций, которые можно выполнить, прежде чем результат окажется бесполезен для заданной цели, а значит, аналоговые вычисления никогда не могут быть универсальными.

Нам же нужна система, которая принимает наличие ошибок как должное, но исправляет их при появлении – это случай того, что «проблемы неизбежны, но их можно решить» на самом низшем уровне эмерджентности, связанной с обработкой информации. В аналоговых вычислениях исправление ошибок сталкивается с основной логической проблемой, заключающейся в том, что невозможно сразу отличить значение с ошибкой от правильного, потому что согласно самой природе аналоговых вычислений каждое значение может оказаться правильным. Правильной могла быть любая длина нити.

А в вычислениях, которые ограничиваются целыми числами, это не так. В случае с веревкой мы могли бы представлять целые числа как веревку длиной в целые числа сантиметров. После каждого шага мы обрезаем или удлиняем веревку до ближайшего сантиметра. Тогда ошибки перестанут накапливаться. Предположим, например, что эти измерения можно производить с допустимым отклонением в одну десятую сантиметра. Тогда после каждого шага все ошибки будут обнаружены и устранены, что исключит ограничение на число последовательных шагов.

Так что все универсальные компьютеры являются цифровыми; и во всех присутствует исправление ошибок согласно одной и той же базовой логике, только что мною описанной, хотя реализована она множеством различных способов. В вычислительных машинах Бэббиджа на весь континуум углов, под которыми может быть ориентировано зубчатое колесо, приходилось только десять различных значений. После такого перевода в цифровой вид зубцы могли автоматически исправлять ошибки: после каждого шага любой незначительный сдвиг в ориентации колеса от десяти идеальных положений немедленно исправлялся до ближайшего из них. Если бы значения присваивались всему континууму углов, то номинально каждое такое колесо смогло бы переносить (бесконечно) больше информации; но в действительности в отсутствие надежного способа извлечения информации нельзя говорить о ее хранении.

К счастью, то, что обрабатываемая информация должна быть цифровой, не умаляет универсальности цифровых компьютеров или законов физики. Если измерения длин коз в целых сантиметрах недостаточно для конкретной цели, используйте целое число десятых долей сантиметра – или миллиардных. То же верно и для всех других приложений: законы физики таковы, что поведение любого физического объекта – и это относится к любому другому компьютеру – можно смоделировать с помощью универсального цифрового компьютера с любой желаемой точностью. Нужно просто аппроксимировать непрерывно изменяющиеся величины достаточно мелкой сеткой дискретных.

Из-за необходимости исправления ошибок все скачки к универсальности происходят в цифровых системах. Именно поэтому в разговорных языках слова строятся из конечного набора элементарных звуков: речь невозможно было бы понять, если бы она была аналоговой. Невозможно было бы повторить или даже запомнить сказанные кем-то слова. И поэтому не важно, что универсальные системы письма не позволяют идеально представить аналоговую информацию, такую как тон голоса. Его никак нельзя идеально передать. По той же причине с помощью самих звуков можно представить лишь конечное число возможных значений. Например, люди различают только около семи уровней громкости звука. Это приближенно отражено в стандартном нотном письме, в котором есть около семи различных символов для громкости (такие как p, mf, f и так далее[37]37
  Соответственно piano (тихо), mezzo-forte (умеренно громко), forte (громко). – Прим. ред.


[Закрыть]). И по той же причине говорящие могут иметь в виду лишь конечное число возможных значений каждого высказывания.