Олег Фейгин: Вселенские мозги Больцмана

Однажды в его присутствии произошло нарушение второго закона термодинамики: вода в сосуде с цветами неожиданно принялась отнимать тепло от окружающего воздуха и довела себя до кипения, а в комнате выпал иней…. Неоднократно к нему в палатку — он много путешествовал — залетали шаровые молнии и часами висели под потолком. В конце концов он привык к этому и использовал шаровые молнии как электрические лампочки: читал.

А. и Б. Стругацкие. Стажеры. Рассказ о гигантской флюктуации

Вокруг нас кипит дискуссия о сути Антропного принципа и Сверхразумного конструктора…

Между тем природа окружающей реальности может быть гораздо более изощренной, но отнюдь не злонамеренной к ее исследователям.

В далекие шестидесятые годы культовые фантасты братья Стругацкие задумали цикл о светлом коммунистическом будущем человечества. В одной из повестей, «Стажеры», присутствует необычная вставка — «Рассказ о гигантской флюктуации». Написанная в стиле юморески, эта вещица имеет как минимум двойное смысловое дно. В общем-то писательское кредо просто: наш мир построен на теории вероятности, однако вдумываясь в следствия этого положения, можно прийти к довольно необычным выводам. Вот как это выглядит у Стругацких:

— В природе, — наставительно говорил он, — наиболее вероятные события осуществляются наиболее часто, а наименее вероятные осуществляются гораздо реже.

Он имел в виду закон неубывания энтропии, но тогда для меня все это звучало веско. Потом он попытался мне объяснить понятия наивероятнейшего состояния и флюктуации. Мое воображение потряс тогда этот известный пример с воздухом, который весь собрался в одной половине комнаты.

— В этом случае, — говорил он, — все, кто сидел в другой половине, задохнулись бы, а остальные сочли бы происшедшее чудом. А это отнюдь не чудо, это вполне реальный, но необычайно маловероятный факт. Это была бы гигантская флюктуация — ничтожно вероятное отклонение от наиболее вероятного состояния.

По его словам, он и был таким отклонением от наиболее вероятного состояния. Его окружали чудеса. Увидеть, например, двенадцатикратную радугу было для него пустяком — он видел их шесть или семь раз.

— Я побью любого синоптика-любителя, — удрученно хвастался он. — Я видел полярные сияния в Алма-Ате, Брокенское видение на Кавказе и двадцать раз наблюдал знаменитый зеленый луч, или «меч голода», как его называют. Я приехал в Батуми, и там началась засуха. Тогда, спасая урожай, я отправился путешествовать в Гоби и трижды попал там под тропический ливень.

Впоследствии Стругацкие еще не раз возвращались к парадоксам «Вероятностного Мироздания», подведя итоги своим литературным изысканиям в оригинальном романе «За миллиард лет до конца света». Там уже действует настоящая «гомеостатическая Вселенная», управляющая событиями по непостижимой логике «метагалактического сверхразума». Однако и эти непревзойденные «творцы новых миров» наверняка были бы озадачены некоторыми моделями вселенных, насыщенных флюктуациями «космических мозгов». А ведь именно нечто подобное сегодня разрабатывают теоретики на основе квантовой физики, космологии и термодинамики…

Надгробие Людвига Эдуарда Больцмана (1844–1905). На могильном камне выбита формула, которую физик считал своим главным достижением: энтропия (мера хаотичности случайных процессов) логарифмически связана через константу (постоянную Больцмана) с количеством возможных состояний

Темные стороны Мироздания

Логика квантовой теории поля и инфляционной космологии заставляет меня признать, что в бесконечно отдаленном будущем в вакууме будут рождаться все новые и новые копии меня самого, точнее, моего нынешнего сознания. Но если это так, почему я должен верить, что я нынешний — это и есть оригинал, а не одна из копий? Более того, коль скоро число копий бесконечно, такая вероятность больше, чем вероятность быть первоисточником. Конечно, этот парадокс можно обойти. Например, можно предположить, что темная энергия, вызывающая экспоненциальное расширение Вселенной, распадется прежде, чем появятся хоть какие-то шансы на рождение всего лишь одной моей копии. В таком случае я вправе считать себя оригиналом, но вынужден предсказать, что Вселенная обречена на исчезновение.

А. Линде. Многоликая Вселенная

Космический корабль Мироздания. (Сверху — вниз: Все остальные атомы; Водород и гелий; Видимая материя; Невидимые атомы; Холодная темная материя; Темная энергия)

Фактически речь идет о том, как сопоставлять вероятности различных процессов в вечно обновляющемся фрактальном мироздании. Это вполне реальная и очень серьезная проблема космологии. В принципе такое сравнение можно делать самыми разными способами. Однако если мы захотим, чтобы результаты отвечали нашей интуитивной вере в собственную реальность, очень многие алгоритмы сравнения придется отбросить. Вот и получается, что вроде бы чисто фантастическая идея больцмановского мозга выполняет в космологии очень серьезную роль.

А. Линде. Многоликая Вселенная

Сейчас мы начинаем вполне рационально обсуждать проблемы, которые раньше нам и в голову не приходили. Например, что такое сознание и может ли оно развиться из вакуума? Надо ли считать, что для этого вакуум непременно должен творить высокомолекулярные биоструктуры, или же он может обойтись электронными компьютерами? Более того, можно показать, что вакууму выгодней всего рождать не больших людей, а компьютеры размером с маленькую черную дыру. Так может, мы и есть такие компьютеры и только думаем, что мы люди? Мы верим, что это не так, и стараемся построить картину мира, в которой такая возможность была бы исключена. Но чтобы в этом всерьез разобраться, нужно не бояться залезать в вопросы, которые граничат и с физикой, и с психологией, и с философией. Раньше подобные дискуссии сочли бы недостойными ученых, а вот сейчас они постепенно становятся частью науки.

А. Линде. Многоликая Вселенная

Видимый нами мир — Метагалактика на самом деле является лишь крошечным огоньком, мерцающим на верхушке вселенского корабля, плывущего по океану, скрывающему 95% неведомого. Это неведомое разделяют на две части: темную материю и энергию. Наиболее загадочна темная энергия. Что это такое, не знает никто, есть лишь предположения, что тут мы встретились с особым «вакуумным полем», ускоренно расталкивающим все вокруг. Получается, что где-то семь миллиардов лет назад Вселенная стала раздуваться с возрастающей скоростью, и этот разлет может продолжаться до скончания времен, постепенно сводя к нулю плотность материи. Все это может закончиться и несколько раньше, когда сама ткань пространства-времени не выдержит стремительного расширения и произойдет ужасный мировой катаклизм Большого Разрыва. Впрочем, по разным оценкам, до этого пройдет не менее 16 миллиардолетий.

Тайны темной энергии далеко не исчерпываются ее антигравитацией. Несмотря на сверхнизкую температуру, практически неотличимую от абсолютного нуля, в этой загадочной полевой субстанции теоретически могут возникать квантовые флуктуации, приводящие к спонтанному рождению и исчезновению самых различных частиц. С течением времени флуктуации темной материи могли бы породить поразительные структуры, даже некий космический мозг, сознающий свое существование. Конечно, вероятность подобного очень мала, но на протяжении миллиардолетий все может произойти и даже неоднократно. Трудно даже представить, как будет выглядеть этот бестелесный разум, переплетенный нейронными сетями связей. Может быть, эта сущность будет напоминать Черное облако Фреда Хойла или Солярис Станислава Лема. Эти порождения «антигравитирующего вакуума» названы в честь одного из отцов науки о флюктуациях — статистической механики и термодинамики — «космическими мозгами Больцмана».

Нет предела современным физико-математическим фантазиям, и некоторые теоретики уже утверждают, что флюктуации темной энергии могут породить не только элементарные частицы, но и целые миры наподобие Млечного пути, Солнечной системы и нашей планеты. Все это связано с особенностями эволюции Вселенной, изучаемыми инфляционной космологией. Эта область астрономической науки называется так, поскольку рассматривает сверхстремительное инфляционное (по закономерностям, напоминающим денежную гиперинфляцию) расширение Вселенной сразу же после начала Большого взрыва, образовавшего наш Мир. В инфляционном сценарии допускается, что постоянно происходит генерация новых миров с различными физическими законами. Так возникает модель множественного Мироздания — Мультиверса в виде бесконечно сложной структуры из множества вселенных с космическими мозгами Больцмана.

Однако если существует обширная группа мыслящих объектов, то между ними должны возникать некие общественные отношения…

Борьба космических мозгов в Мультиверсе

В первый раз я бросил монетку сто раз, и дядя сто раз. У него орел выпал пятьдесят три раза, а у меня девяносто восемь. У дяди, знаете ли, глаза на лоб вылезли. И у меня тоже. Потом я бросил монетку еще двести раз, и, представьте себе, орел у меня выпал сто девяносто шесть раз. Мне уже тогда следовало понять, чем такие вещи должны кончиться. Мне надо было понять, что когда-нибудь наступит и сегодняшний вечер! — Тут он, кажется, всхлипнул. — Но тогда я, знаете ли, был слишком молод, моложе вас. Мне все это представлялось очень интересным. Мне казалось очень забавным чувствовать себя средоточием всех чудес на свете.

А. и Б. Стругацкие. Стажеры. Рассказ о гигантской флюктуации

Разумеется, возникновение космических мозгов Больцмана требует многих миллиардолетий. Только на такой временной дистанции квантовые флуктуации темной энергии могут образовать структуру, работающую по законам формальной логики. Может быть, за сходный промежуток времени миллион обезьян на миллионе пишущих машинок, беспорядочно нажимая клавиши, смогли бы напечатать сонет Шекспира…

Активные ячейки мозга Больцман

Особенно любопытен космологический сценарий, где Вселенная ускоренно расширяется до бесконечности. Тогда и количество мозгов Больцмана тоже будет стремиться к бесконечности, оказывая влияние на ход эволюции нашего мира. Вполне вероятно, что в таком варианте событий больцмановские мозги смогут управлять «материнской средой» темной энергии. Трудно предвидеть, во что превратят Вселенную «космические мозги». Может быть, они изменят знак ускорения пространства на медленное сжатие по «пульсирующему сценарию»?

Отдельный вопрос — о принципах сосуществования мозгов Больцмана в далеком будущем, когда их концентрация будет сопоставима с современным распределением галактик. Вполне возможно, что, повернув историю вспять, эти космические монстры столкнутся с проблемой естественного отбора и начнут бескомпромиссную борьбу за источники материи и энергии. Невозможно предвидеть, к чему приведет колонизация Вселенной этими совершенно чуждыми сущностями, но вряд ли это пройдет безболезненно для планет с белково-углеродной жизнью.

Выходом из этой удручающей ситуации может быть в далеком будущем побег человечества из нашей Вселенной через горловину черной дыры. Правда, среди бесконечного множества миров непросто будет найти не только пригодный для жизни, но и полностью лишенный мозгов Больцмана. Ситуация еще более усложняется, если учесть, что космические мозги могут сами начать формировать структуру Мультиверса. Тогда на пути беглецов из нашего мира могут возникнуть пузыри вселенных-ловушек, битком набитые космическими монстрами.

Что же смогут противопоставить наши далекие потомки вселенской экспансии мозгов Больцмана?

Поразительно, но математическая (скорее, даже кибернетическая) схема создания «абсолютного оружия» против любых мыслимых «чужих» уже существует. Ее создал выдающийся российский теоретик в области систем управления Л. М. Пустыльников. Развивая «Управленческую парадигму мира» профессора А. Г. Бутковского (об этом мы уже рассказывали), он воплотил в математические схемы давние мечты кибернетиков управлять всем, чем можно. Кибернетическая парадигма профессора Пустыльникова позволяет говорить о том, как алгоритмизировать сложные системы с обратными связями — регуляторами. При этом можно «реконструировать» и физические законы, вплоть до регулирования инфляционной генерации новых миров, не содержащих космические мозги. С другой стороны, Кибернетическая парадигма Пустыльникова позволяет создавать такие локальные характеристики пространства-времени, что больцмановские мозги будут чувствовать сильный дискомфорт, стремясь покинуть данную часть Метагалактики.

Парадигма Пустыльникова дает отличный пример того, как можно одни пионерские концепции проверять и дополнять другими. Иногда теоретические инновации выглядят довольно призрачными и косвенными, но их подтверждают еще более смелые идеи, тоже призрачные и спекулятивные (научная спекуляция — это не проверяемая фактами теория) и так далее. Теорию больцмановских мозгов и Кибернетическую парадигму Пустыльникова пока еще могут подтвердить лишь компьютерные модели и головокружительные математические выкладки. Здесь прослеживается удивительная логическая цепочка: эволюция Вселенной — космология темной энергии — космические мозги Больцмана — квантовый Мультиверс — Кибернетическая парадигма Пустыльникова.

И общим элементом в данной цепи фундаментальных теорий и парадигм является такое знакомое и в то же время загадочное понятие, как информация…

В глубинах океана информации

— Простите, вы, вероятно, математик? — спросил я.

— Нет, — ответил он уныло. — Какой я математик? Я флюктуация.

Из вежливости я промолчал. …

Бутерброды продолжали у него падать маслом вверх. («На это я, по-видимому, обречен до конца жизни, — сказал он. — Это всегда будет мне напоминать, что я не какой-нибудь обыкновенный человек, а гигантская флюктуация».) Дважды ему случалось присутствовать при образовании больших воздушных линз («Это макроскопические флюктуации плотности воздуха», — непонятно объяснил он), и оба раза эти линзы зажигали спичку у него в руках.

А. и Б. Стругацкие. Стажеры. Рассказ о гигантской флюктуации

До сих пор биологи не смогли разгадать две величайшие тайны мироздания: как зарождается жизнь и как в ней формируется разум. Концепция самопроизвольного зарождения космических мозгов Больцмана дает совершенно новый подход к формированию мыслящих сущностей в молекулярных газопылевых облаках, а не в теплом первичном бульоне земного протоокеана. Вполне возможно, что здесь мы упускаем из виду какие-то очень важные детали, которые связывают чудо самозарождения разумной жизни и общие закономерности течения потоков информации во Вселенной.

Ключевое для информационных потоков понятие — это сама по себе информация. Но понятие информации вторично от появившейся ранее в физике меры хаоса — энтропии. Именно энтропию «открыл» Клаузиус, а затем исследовал Больцман. Одна из самых смелых и необычных мыслей австрийского мыслителя связана с представлением всего сущего мира как вселенской статистической флюктуации.

Естественно, что никто всерьез не принимал эту идею, пока голландский астроном Виллем де Ситтер одновременно с Эйнштейном применил теорию относительности в космологии. Им была создана одна из первых релятивистских космологических моделей, предсказывающая разбегание космических объектов и послужившая основой для моделей расширяющейся Вселенной. В этой модели была особая сила, «расталкивающая» Вселенную и названная «вакуумом де Ситтера». В результате флюктуаций из квантовой пены может совершенно случайно появиться объект, способный осознать свое существование. Такой объект ныне и принято называть космическим мозгом Больцмана.

Загадка высшей нервной деятельности

Случались с ним и вещи, совершенно необъяснимые с научной точки зрения. По крайней мере пока, при нынешнем уровне науки. Так, однажды ни с того ни с сего он стал источником мощного магнитного поля. Выразилось это в том, что все предметы из ферромагнетиков, находившиеся в комнате, сорвались с места и по силовым линиям ринулись на него. Стальное перо вонзилось ему в щеку, что-то больно ударило по голове и по спине. Он закрылся руками, дрожа от ужаса, с ног до головы облепленный ножами, вилками, ложками, ножницами, и вдруг все кончилось. Явление длилось не больше десяти секунд, и он совершенно не знал, как его можно объяснить.

А. и Б. Стругацкие. Стажеры. Рассказ о гигантской флюктуации

Как и всякая глубокая идея, космические мозги могут иметь очень странную интерпретацию. Например, к восторгу солипсистов можно предположить, что некий больцмановский мозг возник где-то в глубинах Метагалактики в ядре газопылевой туманности и этот мозг именно ваш, уважаемый читатель. Точно так же как холловское Облако, ваш мозг состоит из гигантских цепочек кристаллов, имитирующих все функции головного мозга человека. Но, в отличие от Черного облака, ваш мозг зациклен на самом себе, и внешнего мира для вас не существует. Все, от глубин Вселенной, разглядываемых в мощные телескопы, до букв данного текста, всего лишь флюктуации частиц в нейроподобных цепях космического мозга!

А на необозримых просторах Вселенной за космологические промежутки времени, измеряемые десятками миллиардолетий, могут реализовываться совершенно фантастические сценарии. Например, мира, в котором кроме читающего эти строки ничего и никого не существует. Все остальное «симуляции Матрицы», так блестяще изображенные в одноименном голливудском блокбастере…

Разумеется, эта бочка меда современного солипсизма содержит изрядный ковш дегтя. Ведь многие специалисты по астрофизике, квантовой космологии и теории гравитации довольно неприязненно относятся к теории больцмановских мозгов. Они считают (и отчасти справедливо), что в дебрях математических формул подобные теории теряют главное отличие науки от схоластики: возможность опытной проверки любой теории в ходе многих экспериментов или наблюдений.

Кстати, профессор Пустыльников, как автор одной из самых грандиозных схем управления окружающей реальности, тоже считает, что многие теории с привкусом солипсизма уводят в тупик, делая науку похожей на религию, где роль Священного Писания играют недоказуемые и в принципе непроверяемые математические модели. Как физик-теоретик, автор склоняется к тому, что здесь содержится рациональное зерно и, как бы ни были страшны больцмановские космические монстры, человеческий гений всегда противопоставит им нечто не менее могучее, подобное Кибернетической парадигме профессора Пустыльникова…

Структура Метагалактики, чем-то напоминающая нейронные цепи головного мозга