Текст книги "Игра разума. Как Клод Шеннон изобрел информационный век"
Автор книги: Джимми Сони
Жанр: Зарубежная публицистика, Публицистика
Возрастные ограничения: +12
сообщить о неприемлемом содержимом
Текущая страница: 8 (всего у книги 24 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]
9. Управление огнем
Война вмешалась в жизнь целого поколения, но в этой бесконечной череде нарушенных планов грант на исследования в сфере укрепления оборонного комплекса страны с участием самых передовых инженеров и математиков страны был подарком судьбы. Шеннон, похоже, понимал это. Вот почему он, вероятно, пытался в начале декабря того года вернуть деньги, полученные им в Институте перспективных исследований. Но отправленный им чек на сумму 166,67 доллара вернулся обратно. «Требования к военной подготовке или другим экстренным оборонным мероприятиям» были исключительным случаем, подчеркивала администрация, и Шеннон мог оставить эти деньги себе, учитывая то, что он продолжит свои исследования в преддверии войны.
Торнтон Фрай обратился за помощью к своему коллеге по Национальному исследовательскому комитету, Уоррену Уиверу, чтобы тот помог найти проект для Шеннона. Уивер родился в 1894 году в аграрном Висконсине, учился в местном университете, в 1917 году служил в ВВС. После учебы в университете имени Трупа (позднее переименованном в Калифорнийский технологический институт, или Калтех) он вернулся в Висконсин, чтобы преподавать в университете, а затем возглавить математический факультет, членом которого также являлся Торнтон Фрай.
Уивер, как и Шеннон, был родом из глубинки и любил мастерить что-то своими руками. Когда он не был занят научной деятельностью или ее финансированием, он сидел дома, «рубил дрова, передвигал камни, работал в саду, копошился в своей мастерской». Будучи робким и замкнутым мальчиком, Уивер обнаружил в себе тягу к инженерному делу, когда разобрал на части свой рождественский подарок, игрушечный автомобиль на электрической батарейке.
«Я не знал, как называть этот род деятельности, и не знал, можно ли зарабатывать на жизнь подобным способом. Но мне было совершенно четко ясно, что разбирать предметы на части и изучать их внутреннее устройство и то, как они работают, было невероятно увлекательно и интересно. Вполне возможно, что в такой маленькой аграрной деревушке, где я жил… не было ни одного человека, который бы имел представление о том, что означает слово" наука”. Мне соответственно объяснили, что это называется “инженерным делом”. С того времени и до момента моего поступления в институт я знал, что хочу быть инженером».
Подобная мысль вполне могла родиться и у его грантополучателя, Клода Шеннона. Но на этом их сходства заканчивались. Если Шеннон был открыто признающим себя атеистом, то Уивер был человеком набожным и воспринимал науку как очевидное доказательство присутствия божественного начала. «Я полагаю, что Господь проявляет Себя многократно, во многих образах и в разное время, – писал Уивер. – В действительности Он постоянно проявляет Себя нам сегодня: каждое новое открытие в науке – это очередное “проявление” того порядка, который Бог установил в Своей Вселенной». Если Шеннон терпеть не мог административную работу и бюрократов самого разного толка, Уивер чувствовал себя во всем этом как рыба в воде. В то время как Шеннон считал преподавание досадной необходимостью университетской работы, Уивер наслаждался им. И там, где Шеннон мог усиленно работать над решением математической проблемы или исследованием, опираясь на фантастическую интуицию и инстинкт, Уивер был вынужден признать, что не владеет подобным даром. В своей поразительно объективной оценке своих сильных и слабых сторон Уивер отмечал: «У меня хорошая способность накапливать информацию, организаторский талант, умение работать с людьми, желание объяснять что-то и рвение, которое помогало мне продвигать свои идеи. Но мне не хватает этой непонятной и удивительной творческой искры, отличающей хорошего исследователя. Поэтому я понял, что есть некий потолок моих способностей в качестве профессора математики».
Но при всем при этом Уивер был неортодоксальным мыслителем, чьи интересы не ограничивались какой-то одной сферой. Он публиковал научные труды и работал в области инженерного дела, математики, машинного обучения, перевода, биологии, естествознания и теории вероятности. Но в отличие от большинства своих коллег, он верил в существование мира вне границ науки и математики. Ему была чужда слишком распространенная тогда изолированность тех научных областей, в которых он работал, и мыслителей, работавших в них. «Не нужно переоценивать науку, не стоит думать, что наука – это все, – убеждал он своих студентов на лекции в 1966 году. – Я бы не хотел, чтобы вы так сильно зацикливались на науке, что в этой аудитории не осталось бы ни одного человека, который в ближайшие семь дней не почитал бы поэзию. Я надеюсь, что кто-то из вас в ближайшие семь дней послушает музыку, хорошую музыку, современную музыку, хоть немного музыки».
И он поступал согласно своим правилам: был, по словам Фрая, гурманом, способным определить сорт вина, виноградник и даже год производства марочного вина. А его самой любимой книгой всю жизнь оставалась «Алиса в Стране Чудес» Льюиса Кэрролла. К середине 1960-х годов в его коллекции насчитывалось 160 экземпляров книги на сорока двух языках, и это сподвигло его на то, чтобы написать свою книгу «Алиса на многих языках», где он изучал влияние перевода на восприятие и смысл сказки.
Уивер во многом отличался от Шеннона: популист, резонер, посредник между наукой и внешним миром. Но в тот конкретный момент эти различия почти не имели значения: он был тем человеком, который увидел потенциал Шеннона и смог приложить его умения к проектам военного назначения. Он наградил Шеннона премией в 3000 долларов и десятимесячным контрактом за проект под названием «Математические исследования проблем управления огнем». Шеннон проделал большую часть этой работы, будучи еще в Принстоне. Но при этом он сотрудничал с двумя инженерами из «Лабораторий Белла», Ральфом Блэкменом и Хендриком Боудом, которые вошли в ту впечатляющую группу людей, что оказали влияние на Шеннона.
Управление огнем, по сути, представляло собой науку о том, как поразить движущиеся цели. Целями были любые объекты, которые враг мог запустить по воздуху, чтобы нанести вред – самолеты, ракеты, снаряды. Представьте себе орудие, производящее единственный выстрел по цели. А теперь представьте, что это орудие размером с двухэтажный дом и что оно помещено на военный корабль, плывущий посреди океана, и пытается сбить вражеский истребитель, летящий на скорости 560 километров в час. Это лишь примерное описание той сложной задачи, что стояла в процессе осуществления управления огнем. И она, помимо прочих, была поставлена перед математической группой «Лабораторий Белла», которая должна была спроектировать машины, способные успешно решать данную проблему. Точное определение вертикальных координат, горизонтальных координат, скорости полета снаряда, вероятное расположение цели, время с момента запуска снаряда до его попадания в цель – вся эта информация должна была быть обработана машиной безошибочно, под огнем, в какие-то доли секунд.
В первые дни войны стало понятно, как сильно система обороны союзнических войск нуждалась в обновлении. Немецкие люфтваффе – военно-воздушные силы, распущенные согласно Версальскому мирному договору, – были восстановлены с приходом Гитлера и Германа Геринга, и весьма впечатляюще. Именно они были ответственны за разрушение Герники в ходе Гражданской войны в Испании и «Лондонский блиц». Продолжая вести военные действия, Германия разрабатывала и размещала одни из первых в мире крылатых и баллистических ракет.
И все же, что такого особенного могли предложить инженеры-телефонисты в данном случае? Как оказалось, многое. «Поначалу могло показаться забавным, что именно группа “Лабораторий Белла” выступила с новыми идеями и приемами, которые можно было применить для решения проблем ПВО», – признавался Уоррен Уивер. И все же, продолжал Уивер, это было вполне естественно по двум причинам. «Во-первых, данная группа долгое время занималась изучением и применением на практике различных приемов работы с электрическими приборами и устройствами. Во-вторых, можно обнаружить удивительное сходство между проблемами прогнозирования в процессе управления огнем и определенными фундаментальными проблемами инженерии связи». На самом начальном уровне скорость и качество информации были крайне важны как для телефонных систем, так и для систем управления огнем. Телефонный звонок, идущий к предполагаемому реципиенту, должен был преодолеть помехи и шум. Снаряд зенитного орудия, поражающий свою цель, представлял собой такую же концептуальную задачу: как добраться из точки А в точку Б с минимальными помехами? В случае снаряда – как учесть воздействие ветра или другого фактора в процессе полета снаряда, помимо десятка других переменных величин? В силу того, что обе задачи требовали быстрого расчета вероятностей – вероятной структуры послания или вероятного положения цели в данный конкретный момент, – обе они нуждались в высокоточных статистических заключениях. И в том и в другом случае стояла задача построить машины, способные точно преобразовывать математические данные в действие.
В отличие, скажем, от исследований в области генетики, в процессе сбивания самолетов зенитными установками не было ничего абстрактного.
Конечно же, инженеры из «Лабораторий Белла», работавшие над этим проектом, не испытывали никаких иллюзий: даже если в технологических процессах и присутствовали определенные сходства, цена вопроса в том и в другом случае была несопоставима. Если говорить о ведении боя с помощью зенитного орудия, то разница в долю секунды могла означать жизнь или смерть. Для Шеннона, в частности, работа в сфере управления огнем представляла собой решение самых конкретных задач, с которыми он когда-либо сталкивался. В отличие, скажем, от исследований в области генетики, в процессе сбивания самолетов зенитными установками не было ничего абстрактного.
Решение проблем в сфере связи и управления огнем было схоже как в концептуальном плане, так и в чисто техническом. «Лаборатории Белла» уже начали работу в сфере управления огнем, когда один из местных инженеров обнаружил, что существующий элемент технологии связи – потенциометр – можно использовать как часть зенитного орудия. Потенциометр использовался в качестве своеобразного движка, реагировавшего на изменения напряжения, скажем, в телефонном или радиоресивере. Молодой инженер из «Лабораторий» Дэвид Паркинсон экспериментировал, соединяя потенциометр с ручкой на ленте самописца, что позволяло начертить выходные данные электромеханических систем. Мысль о том, что подобная вещь может помочь сбивать воздушные суда, пришла к нему, как ни странно, во сне:
«Мне снилось, что я нахожусь в орудийном окопе или за земляной насыпью рядом с артиллеристами… Там было зенитное орудие, которое показалось – мне никогда прежде не доводилось видеть зенитное орудие вблизи, и я имел лишь общее представление об артиллерии, – калибром примерно 3 дюйма. Оно стреляло время от времени, и самое поразительное заключалось в том, что каждый залп орудия сбивал самолет! После трех или четырех выстрелов один из стрелков улыбнулся мне и кивком головы подозвал меня подойти поближе к орудию. Когда я приблизился, он указал на торчащий конец левой качающейся части пушки. К ней был прикреплен потенциометр моего уровнемера-самописца! Я не мог ошибиться – это был именно он».
Размышляя над этим сном на следующее утро, он понял: «Если мой потенциометр мог управлять ручкой на самописце, то нечто подобное, при соответствующем инженерном решении, могло управлять зенитным орудием». Паркинсон озвучил свою идею старшим коллегам по «Лабораториям», те передали ее вверх по цепочке, и в итоге войска связи получили готовое решение. Прибор управления зенитным огнем Т-10, построенный спустя несколько лет, стал кульминацией сна Паркинсона. Этот проект явился итогом кропотливой работы «Лабораторий» в области связи. Создавая свой прибор, они заимствовали не только язык радио и телефонии, который был им прекрасно знаком, но и составные части этих изобретений. Позднее переименованный в М-9, этот прибор будет активным участником боевых действий: всего было произведено и доставлено на поля сражений свыше 1500 М-9. Благодаря прибору М-9, направляющему орудие, количество снарядов, которые требовались в среднем, чтобы поразить одно вражеское воздушное судно, сократилось с нескольких тысяч до сотни.
Сглаживание представляло собой процесс редактирования информации без увеличения времени расчета.
К созданию этих приборов приложили руку многие люди, в том числе Шеннон. «Думаю, что Англия была бы полностью уничтожена, если бы они не получили этих приборов», – говорил он по окончании войны. И если пилотируемые самолеты могли уйти от зенитного огня, «жужжащие бомбы и самолеты-снаряды V-1 шли по идеально прямым линиям и со сравнительно умеренной скоростью, так что их полет можно было очень хорошо спрогнозировать с помощью этих приборов наведения орудия». «Они сбивали примерно 95 % целей, еще до того, как были доставлены в Англию. И я уверен, что, если бы у них не было этих приборов, Англия проиграла бы войну», – утверждал Шеннон.
Непосредственная работа Шеннона заключалась в решении проблемы «сглаживания». Ранние аналоги приборов управления огнем могли выдавать ошибочные данные, что приводило к неравномерным движениям орудия. Сглаживание представляло собой процесс редактирования информации без увеличения времени расчета. Результат работы Шеннона, представленный в пяти технических документах, был двойным: усовершенствованная модель Т-10 и отчет по статистике сглаживания. Первый результат так никогда и не увидел свет, а второй имел ключевое значение в процессе боевых действий.
Что мог почерпнуть для себя Шеннон из всего этого? Историк Дэвид Минделл сформулировал это следующим образом: «Робота, проведенная “Лабораториями Белла” в области управления огнем, породила новое видение технологий, в результате чего можно было управлять разными видами механизмов (радарами, усилителями, электрическими двигателями, компьютерами) в аналитически схожих условиях. Эта работа проложила дорогу теории информации, системной инженерии и теории автоматического регулирования. Она обеспечила не только создание нового оружия, но и возникновение представления о сигналах и системах. С помощью идей и посредством людей это представление впиталось в инженерную культуру и стало технической и концептуальной основой информационной эпохи».
Другими словами, хоть данная исследовательская работа и принесла мгновенные дивиденды, реальным источником ценности была аналогия. Прорыв в науке, осуществленный посредством аналогии, имеет богатую историю. Говорят, что работа Галилео над созданием маятника началась в церкви в Пизе. Там он застыл, наблюдая за покачивавшимся на ветру светильником и отсчитывая его движения своим пульсом. У Ньютона, конечно же, было яблоко. Эйнштейн представлял себя бегущим наперегонки с лучом света. Если говорить о Шенноне, то возникает вопрос: не была ли работа по отслеживанию уклончивой, но предсказуемой траектории полета самолета интенсивным курсом обучения вероятностному мышлению? Если положение воздушного судна лучше всего определяется подобным способом – исходя из того, где, вероятней всего, должна была быть цель, а не где она была, – тогда какие еще цели можно наметить подобным способом?
В отчете Шеннона по этой теме, подготовленном им совместно с двумя другими исследователями, подчеркивается факт, что данная проблема – это «особый случай передачи, управления и расходования интеллекта…»: «Вводные данные… представляют собой цепочки последовательностей во времени, подобные сводкам погоды, биржевым курсам, статистическим отчетам и прочему». Эта мысль предвосхитила ключевое понятие более поздней работы Шеннона: источники «интеллекта» – будучи столь разными, как, например, траектория полета снаряда, выводимые данные биржевого телеграфного аппарата, электрические импульсы телеграфной линии и «команды» клеточного ядра, – оказывается, имели нечто общее.
Но все эти идеи еще предстояло обдумать в будущем. В тот момент главное заключалось в том, что работа Шеннона, осуществленная им для Национального исследовательского комитета по вопросам обороны, впечатлила высшие инстанции. «Он проделал для нас потрясающую работу», – отмечал впоследствии Уивер. Фрай, который впервые наблюдал Шеннона в работе летом 1940 года, теперь имел более чем достаточное подтверждение его способностей. И уже совсем скоро ему предложили работать в «Лабораториях» в качестве математика-исследователя на постоянной основе.
Шеннон, вероятно, воспринял это предложение с облегчением – не только в профессиональном плане, но и в личном. Рассказы того времени дают нам представление о человеке, находящемся на грани – и это понятно. Ожидание начала войны и переживания по поводу его рухнувшего брака подкосили Шеннона. «Какое-то время казалось, что он на грани нервного срыва, – вспоминал Уивер. – Именно Торнтон Фрай в первую очередь заслуживает похвалы за то, что вытащил его из этого состояния и предложил ему работу в “Лабораториях”. Все остальное – уже история».
10. Шестидневная рабочая неделя
Это война не было войной ученых, в ней участвовали все. Ученые, забыв о своем привычном профессиональном соперничестве, как того требовал здравый смысл, щедро делились своими знаниями и опытом и в то же время многому учились.
Вэнивар Буш
Головное отделение «Лабораторий Белла», располагавшееся в Вест-Виллидж на Манхэттене, представляло собой научную сборную солянку: химические лаборатории, обширные производственные помещения и «лабиринт из отдельных испытательных лабораторий для телефонов, кабелей, переключателей, проводов, катушек индуктивности и почти бесчисленного набора других важных предметов». Теперь в работе были новые оборонные проекты, и сотни новых лиц проходили здесь потоком, в том числе люди в военной форме. Даже несмотря на то, что несколько сотен сотрудников «Лабораторий Белла» отправились на действительную военную службу накануне нападения на Перл-Харбор, штат компании был раздут до предела: всего за несколько лет число сотрудников выросло с 4600 до 9000 человек. Было запущено свыше 1000 исследовательских проектов, каждый представлял собой маленькую деталь огромной военной машины. Темп работы ускорялся соответственно. «Шестидневная рабочая неделя стала нормой», – пишет Гертнер.
Было запущено свыше 1000 исследовательских проектов – каждый представлял собой маленькую деталь огромной военной машины.
«Лаборатории Белла» были не единственными, кто ощущал дыхание войны. Противостояние по ту сторону океана ставило новые задачи для научной элиты страны и многих научных учреждений. Как объяснял Фред Каплан, вспоминая существование науки в годы войны, «это была война, в которой таланты ученых использовались в беспрецедентном, непомерном масштабе». Стоял ряд вопросов, требовавших скорейшего решения. А ученые обладали тем уникальным набором знаний и умений, что требовался для осуществления подобных задач. Каплан перечислил лишь несколько:
«Сколько тонн взрывчатого вещества должна содержать бомба, чтобы нанести определенный объем повреждений определенным видам целей? В каком боевом порядке должны летать бомбардировщики? Должно ли воздушное судно быть максимально оснащено боевыми орудиями или же его следует лишить всякой защиты, чтобы сделать легче и маневреннее? Сколько зенитных орудий следует расставить вокруг стратегической цели? Если говорить коротко, как именно следует применять эти новые орудия, чтобы добиться максимального эффекта?»
Целое поколение физиков и математиков выросло на подобных задачах.
Один из самых вдумчивых анализов математических свершений военной эпохи представил Д. Баркли Россер, профессор Висконсинского университета, опросивший примерно 200 математиков, которые, как и он, трудились на оборону страны. Россер отмечал, что математики играли роль катализаторов, ускоряющих исследовательский процесс и разработку новых технологий, которые в противном случае были бы получены опытным путем и не скоро.
«Отношение большинства ученых, вынужденных решать поставленные перед ними задачи, было таковым, что, даже если данная задача не была чисто математической, но при этом требовалось какое-то решение в максимально сжатые сроки, они брались за нее… В отсутствии компетентного специалиста, способного дать ответ на вопрос посредством математики, человек, перед которым стояла эта задача, вынужден был бы прибегнуть к методу проб и ошибок. А это могло бы обойтись очень дорого, да к тому же отнять массу времени. Все мечтали о том, чтобы война побыстрее закончилась.
И хотя математики воротили нос от большинства задачкоторые им ставили, они не подавали виду и с энтузиазмом работали над их решением».
И поэтому сотни блестящих математических умов мира откладывали свои исследования в сторону, наступали на горло собственной гордости и собирались в научных форпостах в Лос-Аламосе, Блетчли-парке, Тукседо-парке и в «Лабораториях Белла» – там, где военные контракты познакомили вчерашнего выпускника Клода Шеннона с новейшими военными технологиями и достижениями научной мысли.
Если говорить о таких людях, как Вэнивар Буш, Джеймс Конант, Джон фон Нейман, Д. Роберт Оппенгеймер и других, то война лишь сняла завесу с их деятельности. Их приглашали на военные консилиумы, с ними советовались президенты; для решения задач, которые перед ними ставились, им доверяли миллионы долларов вместе с людьми и материальными ресурсами. Многие из этих людей уже успели зарекомендовать себя в мире науки и инженерного дела, но в военное время их работа получила также широкое общественное признание.
Шеннон тоже мог войти в эту элитную группу, но предпочел отказаться. «Его мало волновало то, что происходило в Европе», – вспоминала его тогдашняя подруга. В отличие от большинства своих современников, Шеннон не проявлял никаких амбиций и желания прикоснуться к миру большой политики. Он не прилагал никаких особых усилий для того, чтобы получить задания, связанные с вопросами обороны страны, а также не пытался делать ставку на свой исследовательский проект в области управления огнем. И это происходило вовсе не из-за отсутствия у него доступа к высшему руководству. Имея Вэнивара Буша в качестве доверенного лица и наставника, а также внушительный послужной список, Шеннон мог легко заполучить самую высокую правительственную должность.
Но он не стал этого делать. Напротив, его реакция на военный проект была прямо противоположной: вся атмосфера, окружавшая данное исследование, оставляла горький привкус. Секретность, срочность, работа на износ, обязательная работа в команде – все это, похоже, сказывалось болезненно на его личности. Действительно, по одному из немногих дошедших до нас воспоминаний о том времени, представленном подругой Клода, можно понять, что он, по большей части, был не заинтересован и разочарован работой над оборонными проектами, а своими собственными исследованиями мог заняться только поздно ночью. «Он говорил, что ненавидел эту работу, а потом испытывал сильное чувство вины, когда вставал измученный по утрам и опаздывал на работу… Я брала его за руку и иногда шла с ним до работы – это немного поднимало ему настроение». Это объясняет, почему Шеннон десятки лет спустя неохотно делился воспоминаниями о том периоде даже со своими близкими и друзьями. В более позднем интервью он скажет довольно просто, с ноткой разочарования, что «военные и первые послевоенные годы были трудными и очень загруженными, и [мое исследование] не являлось приоритетной работой». Именно так обстояли дела даже в «Лабораториях Белла», в самом передовом учреждении.
Я брала его за руку и иногда шла с ним до работы – это немного поднимало ему настроение.
Но было еще кое-что. Россер подчеркивает то, что математические задачи, выдвинутые на передний план военными нуждами, с трудом можно было назвать математическими, по крайней мере, они не представляли особого интереса для ученых. Военный истеблишмент в определенном смысле щедро вкладывался в научно-технические кадры. По словам Россера,
один из его коллег «клялся до конца своих дней… что во время войны он вообще не занимался математикой»: «Да, действительно, решаемые проблемы были в основном весьма прозаичными. Мне ни разу не пришлось прибегать к теореме Геделя или применять эргодическую теорию и оперировать какими-то другими математическими категориями. Однажды скучная монотонность была нарушена, когда мне потребовалось выполнить некие действия с ортогональными многочленами, и я с радостью откопал том Сеге и освежил некоторые знания. Но в основном я работал над тем, с какой скоростью полетят наши ракеты и куда. В хороший день задачи могли подниматься до уровня первого курса математического факультета».
Назовите это крайним проявлением профессионального снобизма, но можно догадаться, что Шеннон разделял подобные настроения, пусть даже и не хотел записывать свои воспоминания для потомства. Шеннон, который еще вчера пребывал в аристократической атмосфере Принстона и МТИ, размышляя над увлекательными задачами, наверняка воспринял свой новый род занятий как шаг назад – высчитывать, где, когда и как взорвутся крупные воздушные суда.
И все же одной из самых больших удач в его счастливой жизни было то, что Шеннон смог получить постоянную работу в «Лабораториях Белла» незадолго до формального вступления Америки в войну. И хоть он не мог тогда этого знать, его работа над оборонным проектом стала чем-то большим, чем просто расчетом возможностей избежать боя. Его ключевые проекты – секретные системы и криптография – позволили ему понять, чего можно достичь с помощью передовых компьютерных технологий. Даже если он пришел к этим выводам, вынужденно выполняя неинтересную для него работу, он все равно к ним пришел. Лишь впоследствии Шеннон намекнет на то, что именно благодаря военным технологиям он начал понимать широкие возможности будущего технологического прогресса – того, который он, как мог, приближал.
Внимание! Это не конец книги.
Если начало книги вам понравилось, то полную версию можно приобрести у нашего партнёра - распространителя легального контента. Поддержите автора!Правообладателям!
Данное произведение размещено по согласованию с ООО "ЛитРес" (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.Читателям!
Оплатили, но не знаете что делать дальше?