Текст книги "Игра разума. Как Клод Шеннон изобрел информационный век"

В обмен на такую независимость математическая группа активно знакомилась с тем, как работает телефонная компания. Самые первые члены группы залезали на телефонные столбы и оперировали коммутаторами. Они осваивали математику переключений и решали трудные сетевые задачи. Подобно остальным сотрудникам «Лабораторий», они обращались друг к другу исключительно по фамилии. Со временем их практический опыт в сочетании с профессиональными знаниями позволил им углубиться в математику инженерии связи. Математическая группа в конечном счете стала восприниматься как нечто выдающееся внутри индустрии, а замысел Фрая задал новый стандарт для использования математических умов в сфере крупного частного бизнеса.

Однажды летом Шеннон уже приобщился к деятельности «Лабораторий Белла». И хотя о том времени почти не сохранилось письменных свидетельств, нам известно, что из этого вышло. Работа Шеннона в этот период отражена в двух технических отчетах, причем оба они дают представление о том, как математические навыки можно использовать для развития телефонных сетей.

Первым научным трудом Шеннона стала работа под названием «Теорема цветового кодирования». В такой сложной системе, как телефонная сеть «Лабораторий Белла», вопросы выбора цвета проводов были серьезным делом. Шеннону была поставлена задача решить следующий ребус:

«Существует ряд переключателей, реле и других устройств А, В… К, которые должны быть соединены друг с другом. Соединительные провода сначала образуют кабель, причем концевые выводы, которые соотносятся с А, выходят в одной точке, а те, что с в, – в другой, и т. д.

И чтобы различать разные провода, необходимо, чтобы все провода, выходящие из кабеля в одной точке, были разного цвета. Может быть любое количество концевых выводов, соединяющих две точки. У нас может идти, к примеру, четыре провода от А к В, два от В к С, три от С к D и один от А к D. Четыре провода от А к В должны быть все разных цветов, и все они должны отличаться от проводов, идущих от В к С и от А к D. Но при этом три провода от С к D могут быть такими же, как те три от А к В. Также один провод, идущий от А к D, может быть таким же, как один, что идет от В к С. Если предположить, что не более чем m концевых выводов начинаются в любой одной точке, возникает вопрос о предельном количестве разных цветов, которое является существенным для выбора цвета в любой сети».

Если данная задача и напоминает школьную задачку типа «два поезда вышли в одно время из одного пункта…», то это потому, что подобные проблемы связаны с поиском математических упрощений. Вот для чего здесь был Шеннон: поиск обходного пути, того, что позволило бы инженерам из «Лабораторий», не имеющих ученых степеней, получить быстрый и легкий способ рассчитать минимально необходимое предельное количество цветов, которое требуется для сетей. И ответ Шеннона – следует умножить количество сетевых линий на 1,5, и тогда самое большое целое число и будет количеством цветов, которые вам необходимы – был тщательным, обдуманным и хорошо доказанным. И пусть он не являлся некой математической легендой, но все равно был в высшей степени полезен. И в отличие, скажем, от алгебры генетики или размышлений над символической логикой и электрическими схемами, подобное решение можно было реализовать немедленно.

Это была работа изобретателя в гораздо более крупных масштабах, в самом сердце телефонной системы.

И это было важно. Данная работа демонстрирует нам то, как формальное образование Клода Шеннона-взрослого соединилось с неформальным обучением Клода Шеннона-мальчика, того, чье счастливое детство было посвящено игре со сломанными радиоприемниками и самодельными подъемными устройствами, и то, что расчетливая и практичная часть его натуры оставалась неизменной. Несложно представить, что решение данной конкретной проблемы – какой бы технической и узконаправленной она ни казалась – доставляло Шеннону огромную радость. В конце концов, она представляла собой трудноразрешимую загадку. А еще напоминала о юношеских годах, когда он воображал себя инженером-телеграфистом, строя проволочную телеграфную сеть.

Вторая работа Шеннона – «Использование реле Лакатоса – Хикмана» – была попыткой сделать проще и экономичнее применение реле, которые «Лаборатории» использовали для соединения телефонных звонков. Эта работа ставила под сомнение оптимальность сетевой системы реле «Лабораторий Белла» в тогдашнем состоянии и подсказывала вопрос, есть ли лучший способ заставить ее работать. Другими словами, это была работа изобретателя в гораздо более крупных масштабах, в самом сердце телефонной системы.

И тогда Шеннон занялся двумя новыми альтернативными вариантами электрических схем, опираясь на свою магистерскую работу – «задуманными благодаря сочетанию здравого смысла и методов булевой алгебры», – и хотя он с готовностью признавал, что каждый из его вариантов имел свои недостатки, он также отстаивал их, как превосходящие те, что предлагались.

Впервые оказавшись в «Лабораториях», Шеннон испытывал некоторые сомнения: будет ли промышленная лаборатория сдерживать его способность обдумывать крупные проекты и формулировать новые идеи? По прошествии лета с этими сомнениями было покончено. «Лаборатории» предоставили ему такой широкий простор для творчества, о котором можно только мечтать в профессии.

«Для меня было приятной неожиданностью, – писал Шеннон Вэнивару Бушу, – обнаружить, что “Лаборатории” фактически используют [мою] релейную алгебру в проектных работах и учитывают пару новых моделей электрических схем при разработке сетей». Читая эти строки, Буш, вероятней всего, удовлетворенно улыбнулся.

8. Принстон

По окончании летней практики в «Лабораториях Белла» к моменту прибытия Шеннона в Институт перспективных исследований в Принстоне той же осенью его имя было уже известно в кругах математиков и инженеров. Вэнивар Буш, конечно же, в очередной раз приложил к этому руку. Но и другие люди тоже отметили для себя молодого математика. Норберт Винер, математик, пользовавшийся огромным авторитетом среди коллег, написал в 1940 году, что считает Шеннона «человеком необычайного таланта и интеллекта…»: «Он уже проделал работу, отличающуюся невероятной оригинальностью, и, вне всякого сомнения, был перспективным специалистом».

27 сентября 1940 года Освальд Веблен из Института перспективных исследований расхваливал Шеннона в своем письме Торнтону Фраю. Веблен увидел в Шенноне редкий талант и показал его диссертацию Оррину Фринку, лидеру в области топологии. В МТИ Клода также считали неординарной личностью. 21 октября Г. Б. Филлипс, руководитель математического отделения МТИ, телеграфировал своему коллеге по факультету: «Мистер Шеннон – один из самых способных выпускников из всех, что я знаю, и он способен осуществить первоклассное исследование в любой области, которой заинтересуется». Получателем этого сообщения был Марстон Морс, человек, в честь которого было названо целое направление в математике и который вместе с Винером и фон Нейманом входил в число семи лауреатов премии Бохера, одной из высочайших наград в области математики.

Морс. Филлипс. Фринк. Фрай. Веблен. Буш. К этому времени у Шеннона был уже внушительный список сторонников и покровителей, влиятельных фигур в области математики. И он, даже не проявляя типичных для амбициозных и талантливых молодых людей стремлений, обрел их поддержку. Он произвел впечатление на людей, которые были проницательными судьями, умевшими оценить интеллектуальный потенциал человека. И они почувствовали в нем своего.

Перемещения туда-сюда вдоль побережья, из одного элитного учреждения в другое, от одних наставников к другим – есть некий оттенок бесприютности в таких научных историях, и в частности в истории Шеннона. В данном случае путешествия молодого честолюбивого ученого напоминают не что иное, как спирально-восходящий путь функционера более ранней эпохи, метко описанный Бенедиктом Андерсоном.

Морс. Филлипс. Фринк. Фрай. Веблен. Буш. К этому времени у Шеннона был уже внушительный список сторонников и покровителей, влиятельных фигур в области математики.

«Он видит впереди себя вершину, о не центр. Он взбирается по кручам серией петляющих движений, которые, как он надеется, будут становиться короче и экономнее, по мере того как он будет приближаться к вершине… В этом путешествии не гарантируется никаких привалов, каждая пауза что-то да предвещает. Чего функционер желает в самую последнюю очередь, так это возвращения домой, ибо у него нет дома, который бы обладал для него неотъемлемой ценностью. И вот еще что: на своем спирально-восходящем пути он встречает других целеустремленных паломников – своих коллег-функционеров из мест и семей, о которых он вряд ли вообще когда что-либо слышал и которые он, разумеется, надеется никогда не увидеть».

Кто же эти новые компаньоны Шеннона по Принстону? Из каких мест? Например, Джон фон Нейман, юное дарование еврейско-венгерского происхождения, который в возрасте шести лет мог острить на древнегреческом или без карандаша и бумаги разделить 93 726 784 на 64 733 647 (или любое другое восьмизначное число). Будучи студентом, он однажды в буквальном смысле довел своего преподавателя до слез восторга, а в колледже на лекции «Нерешенные проблемы в математике» царапал ответы в своем блокноте. Фон Нейману мы обязаны появлением теории игр (традиционное изучение стратегических решений), интеллектуальной начинки современных компьютеров и значительной доли квантовой механики. Шеннон называл его «самым большим интеллектуалом, которого… когда-либо встречал». И это было распространенным мнением. То, что начиналось с фанатичного обожания («Я был выпускником, он – одним из величайших математиков мира», – вспоминал Шеннон), в более поздние годы разовьется в нечто, больше похожее на равное партнерство двух первопроходцев в области искусственного интеллекта.

Или Герман Вейль, бежавший в Америку от нацистов, математик и философ физики. Как математик, Вейль работал над тем, чтобы объединить достижения в квантовой механике с доктринами классической физики. Как философ он воспринимал теорию относительности Эйнштейна не только как поворотную точку в науке, но как новое осмысление связи человеческого самосознания и внешнего мира. Спустя всего два года после того, как Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, Вейль представил свою исчерпывающую трактовку философских принципов релятивизма. «Было ощущение, словно рухнула стена, отделяющая нас от Истины, – ликовал он. – Это еще больше приблизило нас к пониманию некоего замысла, лежащего в основе всего происходящего». Это был отборный, элитный состав, по меркам Шеннона. И он, возможно, с некоторым трепетом сидел в кабинете Вейля, представляя своему новому руководителю программу исследования на следующий год.

Что если математическая модель послания, отправленного по телефонным или телеграфным сетям, имела нечто общее с моделями движения элементарных частиц?

Вейль в целом довольно снисходительно отнесся к работе Шеннона в области генетики (как и сам Шеннон на тот момент), но Клод мог с легкостью обсуждать вопросы современной физики и покорил Вейля тем, что проводил аналогию между таинственной природой кванта, которую пытались разгадать физики, и проблемами применения математических моделей в сфере связи, которые он только пробовал решить. Что если математическая модель послания, отправленного по телефонным или телеграфным сетям, имела нечто общее с моделями движения элементарных частиц? Что если содержимое любого послания и траекторию любой частицы можно описать не как механические движения или хаотичную бессмыслицу, а как хаотично выглядящие процессы, которые подчиняются законам вероятности – то, что физики называют «стохастическими» процессами? Вспомните о «колебаниях курса акций или о бредущем наугад по тротуару пьяном человеке», вспомните также о соло на кларнете, все эти события точно не назовешь подчиненными какой-то системе: возможно, «интеллект» и электроны похожи в этом смысле, так как они совершают случайные перемещения внутри вероятностных границ. Это заинтересовало Вейля.

Подобное предположение стало ранним намеком на то, что математика передачи сообщения могла сказать больше, чем самая эффективная модель телефонной сети, предложить нечто более фундаментальное в том, что касается таинственного «плана», о котором догадывались великие физики. Да, это было всего лишь предположение, возможно, полезная аналогия и ничего более. Но с одобрения Вейля Шеннон смог посвятить все свое время изучению вопросов, связанных с «интеллектом», которые он впервые поднял в своем письме Бушу.

И, конечно же, в этом списке был Эйнштейн. Этот великий ученый видел, как нацисты сжигают его книги, и нашел свое имя в списке приговоренных к смерти. Он, как и Вейль, бежал из Германии и в 1933 году обрел убежище в Принстоне. Существует несколько историй, в которых участвуют одновременно Эйнштейн и Шеннон, и, хотя не все они, вероятно, правдивы, мы приведем их все для полноты картины.

Норма вспоминала: «Я налила чай [Эйнштейну], и он сказал мне, что я замужем за блестящим, гениальным человеком». Она продолжила свою мысль в другом интервью, где добавила, что Эйнштейн глянул на нее поверх чашки и отметил: «У вашего мужа блестящий ум, такой, каких я больше никогда не встречал». Этот рассказ часто повторялся, но вероятней всего, ничего подобного в действительности не происходило. Дело в том, что к 1940 году Шеннон осуществил интересную и значимую работу, но ничего такого, что привлекло бы внимание Эйнштейна. В конце концов, физика не являлась сферой деятельности Клода. К тому же у нас нет свидетельств того, что Шеннон пытался добиться аудиенции самых известных и влиятельных ученых того времени. Ничто в поведении Шеннона не указывало на его желание представить Эйнштейну свои новые взгляды на тот или иной предмет. Поэтому данная сцена просто не вяжется с тем, что мы знаем о Шенноне. (А Джон Нэш, привлекавший к себе больше внимания, напротив, настойчиво добивался встречи с Эйнштейном, будучи еще студентом, и, по словам его биографа Сильвии Насар, целый час знакомил его со своими мыслями относительно «гравитации, трения и излучения». По завершении этой беседы Эйнштейн сказал: «Вам не мешало бы подучить физику, молодой человек».)

А Джон Нэш, привлекавший к себе больше внимания, напротив, настойчиво добивался встречи с Эйнштейном, будучи еще студентом, и, по словам его биографа Сильвии Насар, целый час знакомил его со своими мыслями относительно «гравитации, трения и излучения».

С другой стороны, история, рассказанная другом Клода профессором Артуром Льюбелем, выглядит более убедительно и говорит о том, что интересы Эйнштейна носили более практичный характер:

История гласит, что где-то посреди лекции, которую Шеннон читал своим студентам-математикам в Принстоне, дверь, расположенная в конце аудитории, открылась, и в помещение вошел Альберт Эйнштейн. Он послушал несколько минут, шепнул что-то на ухо одному из студентов, сидевших на задних рядах, и покинул аудиторию. По окончании лекции Шеннон поспешил в конец аудитории, чтобы найти человека, с которым разговаривал Эйнштейн, чтобы узнать, что великий человек сказал о его работе. Ответ: Эйнштейн всего лишь спросил, как пройти в мужскую комнату.

Льюбель вспоминал, что Шеннон дважды рассказывал эту историю – с той лишь разницей, что в другой версии Эйнштейн спрашивал, где можно выпить чаю с печеньем – эта концовка, по мнению Льюбеля, была более правдоподобной.

Если не считать этой истории, то единственное, что вспоминал Шеннон, так это то, что он часто встречал Эйнштейна по утрам по дороге на работу: «Обычно он шел в каких-то домашних шлепанцах и старой потрепанной одежде, почти как бродяга, а я проезжал на машине мимо и махал ему рукой, а он махал мне в ответ. Он даже не знал, кто я такой, но все равно махал мне. Вероятно, считал меня каким-то ненормальным».

Помимо всего прочего, рассказ Нормы о похвале Эйнштейна, изменившей жизнь Шеннона, с трудом сочетается с версией Клода о благодушном неведении гения. Но какими бы ни были эти противоречащие друг другу истории об Эйнштейне, они дают нам некоторое представление о двух совершенно разных людях, каких Норма и Клод начали обнаруживать друг в друге, к обоюдному огорчению: она общительная – он немногословный, она открытая – он замкнутый. Менее чем через год после женитьбы оказалось, что, помимо любви к джазу, у них мало что общего.

По правде сказать, Институт перспективных исследований оказался вредным для Шеннона. Для кого-то это научное заведение стало местом праздного ничегонеделания, островком, где отсутствие обычных переживаний из-за работы – студенты, дедлайны, публикации научных работ – скорее отнимало силы, чем вселяло энергию. Физик Ричард Фейнман, работавший над докторской диссертацией в Принстоне, по соседству с Институтом перспективных исследований, где работал Шеннон, знал не понаслышке о некой инертности, которая охватывала человека в определенный момент: «Чувство вины или депрессии зреет в тебе постепенно, и ты начинаешь переживать из-за того, что тебе не приходят никакие идеи… У тебя нет контакта с ребятами, занимающимися экспериментальными работами. Тебе не нужно думать над тем, как ответить на вопросы студентов. Ничего!»

Норма все больше убеждалась в том, что Клод впал в депрессию. Какой бы ни была причина, их брак закончился так же быстро, как начался.

У Шеннона этот период продлился всего несколько месяцев, а не всю жизнь. Он никогда не бездействовал так, как основная масса постоянных сотрудников. Но тишина этого места и свобода от всяческих обязательств укрепили свойственную ему тенденцию к изоляции от мира. Большую часть времени он проводил закрывшись в своей комнате и беря в руки попеременно то блокнот, то кларнет, и так без конца. При этом он почти не менял своего положения, переходя от математики к музыке, лишь придвигал стул к столу, ставил джазовую пластинку и подносил поближе кларнет, аккомпанируя исполнителю. Тедди Грейс, с ее чувственным южным контральто, была его любимой певицей.

 
«Выключите луну, этот небесный светильник,
Выключите звезды, иначе я сойду с ума от любви…»
 

Норма тоже обособилась. План окончить находившийся неподалеку колледж Ратгерского университета развалился. Отрезанная от своей семьи и друзей, в сонном университетском городке (особенно в сравнении с Нью-Йорком, Парижем и Бостоном), она не испытывала желания становиться домохозяйкой в двадцать лет, но здесь пришлось ею стать. Чтобы чем-то заполнить дни, Норма начала работать. Она как можно чаще приглашала на чай институтских профессоров и благодаря хорошему знанию французского нашла работу в экономическом отделе Лиги Наций. Эта организация, как и большинство академиков, приходивших к ней на чай, из-за войны была вынуждена покинуть Европу.

Но этого было недостаточно. Никакое количество понуканий не могло заставить Клода разделить ее страсть к политике: «Ты знаешь мои интересы, и мне этого достаточно». Норма все больше убеждалась в том, что Клод впал в депрессию. Какой бы ни была причина, их брак закончился так же быстро, как начался. После очередного конфликта Норма покинула Принстон, уехав на поезде в Манхэттен. Получив официальный развод, она переехала на запад, начав там ту жизнь, которая ей нравилась: в Калифорнии она занялась написанием сценариев, о чем мечтала с детства, участвовала в собраниях коммунистов, вышла замуж за голливудского приятеля, попала в черный список и вынуждена была уехать в Европу.

Вопрос, почему мы любим тех, кого мы любим, является одной из самых великих тайн человечества. И, возможно, превзойти ее способны лишь наши собственные таинственные истории любви. Мы не знаем, что говорил себе Клод, размышляя над причиной разрыва отношений с Нормой. Нам известны лишь факты: они быстро поженились, в конце 1940 года обнаружили трещины в отношениях и вскоре развелись.

Но мы также знаем еще об одной серьезной внутренней борьбе, которую переживал Шеннон в это беспокойное для него время. 16 сентября 1940 года, спустя несколько дней после того, как Шеннон прибыл в Принстон, Франклин Д. Рузвельт подписал закон о воинской повинности и военной подготовке, согласно которому все взрослые мужчины в возрасте от двадцати одного года до тридцати пяти лет должны быть призваны на военную службу. 16 октября 1940 года начался массовый призыв. Соединенные Штаты формально еще не вступили в войну, но президент и его советники осознавали всю серьезность нависшей над миром тоталитарной угрозы. Подписав этот закон, Рузвельт добавил обращение: «Америка стоит перед выбором, который решит ее дальнейшую судьбу. Время и расстояние сократились. Мы наблюдали, как в течение нескольких недель пали великие нации. Мы не можем оставаться безразличными к философии силы, угрожающей миру. Мы должны и мы будем сосредоточивать весь наш силовой потенциал, чтобы отражать любые возможные атаки от наших берегов».

Что могли означать эти высокопарные слова для двадцатичетырехлетнего Шеннона и мужчин его поколения, как не абсолютно реальную возможность быть отправленными за моря на войну – перспектива, которая до этого момента казалась далекой? Но, вписав свое имя в учетную карточку, Шеннон, конечно же, вынужден был задуматься об унылой перспективе отложить свои исследования – фактически отложить на время свою жизнь – и облачиться в военную форму.

Шеннона такая перспектива не радовала. И хотя мы не располагаем фактами, указывающими на то, что он всячески пытался избежать призыва, мы точно знаем, что он особо и не стремился отправляться куда-то за моря. Вот его собственные слова:

«События развивались стремительно, и я уже чувствовал дыхание войны. Мне казалось, что для меня будет безопасней, если я стану каждый день посвящать тому, чтобы работать на оборону страны – безопасней в плане отказа от призыва, которого я вовсе не желал. Я был физически слабым человеком, как и сейчас… Я пытался найти максимальное приложение своим способностям, потому что считал, что, вероятно, смогу принести гораздо больше пользы в другом».

В другом интервью он говорил: «Если вы сможете принести больше пользы в какой-то иной области, то вы не попадете в армию. Мне это казалось мудрым шагом». Один из его друзей отмечал, что Шеннон, будучи интровертом, переживал не только из-за перспективы оказаться в армии за морями, но еще и из-за тесноты армейской жизни: «Думаю, что его страхи относительно армии были связаны с тем, что это означало присутствие рядом большого количества людей, чего он терпеть не мог. Он боялся толпы и людей, которых не знал».

И тогда Шеннон обратился к своему наставнику по «Лабораториям», Торнтону Фраю, которому удалось получить для него контракт на выполнение математического анализа для Национального исследовательского комитета по вопросам обороны (NDRC). В руководстве комитета были ведущие ученые и инженеры страны. В комитете также работало большинство ключевых фигур из профессиональной среды Шеннона, включая человека, который выдернул Шеннона со Среднего Запада – Вэнивара Буша.

Буш был крестным отцом комитета. Во время Первой мировой войны он стал свидетелем того, как прервалась связь между военными офицерами и учеными на гражданке. Поэтому когда он объяснял федеральной комиссии потребность в латании этой бреши, то говорил напористо и уверенно. С той же убежденностью он пришел в Овальный кабинет 12 июня 1940 года, чтобы доложить о сложившейся ситуации лично президенту. Рузвельту потребовалось всего десять минут, чтобы дать положительный ответ. «Были те, кто протестовал, настаивая, что меры по созданию Национального исследовательского комитета по вопросам обороны – это обходной маневр, – писал позднее Буш, – захват, с помощью которого маленькая группа ученых и инженеров, действующих независимо от существующих научных организаций, добилась полномочий и денег для осуществления программы по созданию нового оружия. Именно это фактически и происходило».

Для Шеннона комитет стал обходным маневром иного толка: он освободил его от переживаний по поводу призывной комиссии. Подобно большинству математиков его поколения, Клод приложил умственные, а не физические способности для того, чтобы помочь своей стране.