Читать онлайн Романтика реальности. Как Вселенная самоорганизуется, порождая жизнь, сознание и сложность космоса бесплатно

Возникновение жизни должно быть чрезвычайно вероятным событием: как только условия позволяют – раз, и готово!

Карл Саган

Великий английский биолог девятнадцатого века Томас Хаксли, получивший за страстную защиту теории эволюции прозвище «Бульдог Дарвина», считал, что «вопрос вопросов для человечества – проблема, лежащая в основе всех других и являющаяся более захватывающей, чем любая другая, – это определение места человека в природе и его взаимосвязи со вселенной вещей»¹.

Иначе говоря, важно понять, как мы вписываемся в великую космическую картину? Цель моей книги – ответить на этот фундаментальный вопрос. Ее главный тезис заключается в том, что мы живем в вычислительной вселенной, которая непрерывно развивается во все более сложное, функциональное и разумное состояние. Это значит, что люди не космическая случайность и не конечная цель эволюции, а промежуточная ступень на эволюционной лестнице становления Вселенной.

Эта недавно сформировавшаяся точка зрения подтверждается последними достижениями в исследованиях происхождения жизни, свидетельствующими о том, что появление биологических систем на Земле примерно четыре миллиарда лет назад было событием не исключительным, как считалось ранее, а неизбежным. Новый консенсус знаменует собой начало радикального перехода от редукционистского мировоззрения, в рамках которого жизнь считается случайной, уязвимой, редкой и недолговечной, к эволюционной модели мира, постулирующей, что неограниченный рост порядка, сложности и знаний неизбежно происходит в результате естественных механистических процессов.

На первый взгляд, дискуссия о том, случайна ли жизнь во Вселенной или неизбежна, может показаться бессмысленным упражнением в семантике. Возникает искушение сказать, что жизнь или появляется, или нет – вот и весь разговор. Но тут полно нюансов. Не забывайте, что жизнь – сложная адаптивная система. Является ли появление адаптивной сложности невероятным или неизбежным – это научный вопрос, на который есть точный и проверяемый ответ. Если мы называем что-то случайным, это подразумевает, что событие детерминировано чисто произвольно. В этом случае можно было бы ожидать, что несколько иная цепочка событий привела бы к иному результату. Эти обусловленные случайностями результаты называются непредвиденными обстоятельствами, и их невозможно предсказать заранее. С другой стороны, мы можем сказать, что появление жизни было неизбежным, если законы физики создают динамику, которая ограничивает случайное и хаотическое движение частиц таким образом, что это гарантирует возникновение биологических систем там, где позволяют условия.

Данный вопрос столь же практический, сколь и философский, ведь эти две очень разные точки зрения дают взаимоисключающие научные прогнозы. Например, они приводят к противоположным выводам о распространенности внеземной жизни, которая представляет большой общественный интерес. Если жизнь крайне маловероятна, то мы, скорее всего, одни во Вселенной. Если же появление жизни неизбежно при определенном наборе общих физических условий, то у нас почти наверняка должно быть немало «попутчиков» на планетах в «обитаемых зонах», разбросанных по всей Вселенной. Окажутся ли они разумными – это отдельный вопрос, но не менее важный для нового космического нарратива, так что мы вернемся к нему во второй части.

Процесс, в ходе которого из неживой материи возникла жизнь, называется абиогенезом. В следующих главах мы познакомимся с новой моделью абиогенеза, согласно которой это поразительное возникновение было неизбежным началом предрешенного процесса космического пробуждения, определенного не во всех деталях, но в общих чертах. Происхождение жизни – это история о том, как впервые запускается адаптивная сложность. Но чтобы в полной мере оценить, как это происходит механистически и почему эта версия абиогенеза так отличается от прежней, нужно ознакомиться с историческим контекстом.

Как уже говорилось, редукционистское мировоззрение обычно представляет жизнь на Земле некой космической случайностью. Если бы мы могли перемотать пленку времени и воспроизвести ее снова, но с малейшими изменениями, то маловероятно, что жизнь возникла бы на нашей планете или даже во Вселенной.

Французский биолог и лауреат Нобелевской премии Жак Моно – убежденный скептик и заклятый враг организованной религии – поэтически подытожил это мировоззрение в своей влиятельной книге «Случайность и необходимость», опубликованной в 1970 году, написав: «Древний завет разбит вдребезги; человек, наконец, знает, что он одинок в бесчувственной необъятности Вселенной, из которой он вышел лишь случайно. Его судьба нигде не прописана, равно как и его долг». Моно был исполнен страстной и бескомпромиссной веры в то, что «Вселенная не беременна жизнью».

Если ученые двадцатого века, такие как Моно, знали о необъятности нашей Вселенной, то что заставило их уверенно считать жизнь статистической аномалией? По правде говоря, это было лишь предположение. В то время господствовало мнение, что биологическая эволюция – единственный механизм возникновения сложности в природе, поэтому любая система, появившаяся до этого процесса, рассуждали они, просто обязана быть следствием случайных событий. Таким образом, происхождение жизни описывалось как результат «случайной сборки», что есть просто красивый термин для обозначения удачи вселенского масштаба.

Дарвин объяснил, как жизнь эволюционирует, а не как она появилась

Хотя оригинальная теория Дарвина проливает свет на очень многое, что касается удивительного разнообразия биосферы, есть некоторые моменты, недоступные ей в деле объяснения адаптивной сложности, наблюдаемой вокруг нас, например ее происхождение.

Биологическая эволюция в результате естественного отбора – это элегантная концепция, которую довольно легко подытожить благодаря современному пониманию генетики. Живые организмы – это самовоспроизводящиеся системы, использующие набор встроенных инструкций (закодированных в ДНК) для создания собственных копий. Клетки делятся, организмы размножаются. Именно так жизнь сохраняется на Земле в невероятно длительных временных рамках, хотя отдельные организмы быстро появляются и исчезают. Жизнь – это, помимо всего прочего, копировальный аппарат.

Однако процесс копирования никогда не происходит идеально, и ошибки неизбежны. Эти ошибки вызывают генетические мутации, создающие удивительно разнообразный набор новых и измененных организмов, отличающихся от родителей и друг от друга, со сходными, но различающимися физическими чертами, формами, функциями и поведением.

Чтобы размножиться и передать новые характеристики следующему поколению, организм должен прежде всего уметь выживать достаточно долго, причем в конкурентной и часто суровой среде. Особенности и функции, лучше всего позволяющие организмам выживать и размножаться, сохраняются в популяции, а прочие исчезают вместе с организмами – их носителями. Таким образом, давление окружающей среды сокращает разнообразие, порождаемое генетическими мутациями, подобно тому, как садовник отрезает ветви дерева бонсай. Вот что подразумевается под естественным отбором. Природа выбирает наиболее «подходящие» признаки выживания из всех возможностей, предлагаемых генетической лотереей. Формируемые силами природы, организмы со временем становятся лучше адаптированными к среде обитания. Простые ниши, как правило, порождают относительно простые организмы, в то время как ниши, представляющие собой более сложный набор вызовов, чаще всего порождают более сложные организмы.

Многим казалось, что тайна сложности полностью разгадана теорией биологической эволюции. В сущности, все живые организмы от тюльпана до тюленя могут быть сведены к одному общему механизму – естественному отбору, влияющему на генетические мутации. Проблема с этой историей в том, что встает вопрос: как вообще появился первый живой организм, первая самовоспроизводящаяся система? Даже РНК – более простая сестра молекулы ДНК – представляет собой чрезвычайно сложную структуру, богатую информацией и химическими хитростями. Кроме того, самовоспроизведение – это механический процесс, который должен подпитываться энергией. Следовательно, в дополнение к генетическому материалу биологическая система требует сложного химического процесса, называемого метаболизмом, который опирается на структурную химическую сеть, выполняющую сложный набор реакций. Биологическая эволюция может объяснить лишь развитие этих особенностей, а не их появление.

Не имея вразумительного механизма, который бы объяснял, как совокупность неживых частиц могла собраться в функционирующую клетку, ученые того времени были вынуждены приписывать абиогенез одной гигантской статистической удаче, а не какому-то еще не открытому протодарвиновскому эволюционному процессу. Эта точка зрения, основанная на идее случайной сборки, стала известна как гипотеза случайности.

Жизнь не дело случая

Как гласит гипотеза случайности, вопреки мизерным шансам и благодаря крайне удивительному столкновению в «первичном бульоне» на древней Земле нужные молекулы соединились именно так, как это было необходимо для создания живого организма: это называют гипотезой застывшей случайности. Ученые, которые ее сформулировали (в том числе первооткрыватель ДНК Фрэнсис Крик), имели лишь смутное представление о том, насколько сложной должна быть простейшая система, способная к самовоспроизведению и метаболизму, но даже они знали, что такое событие крайне маловероятно. Однако, не имея другой механистической теории, объясняющей абиогенез, они остановились на случайности.

Хотя в начале своей карьеры Крик игриво называл жизнь «счастливым случаем», он отдавал себе отчет в уязвимости такой теории. По этому поводу он однажды заметил: «Честный человек, вооруженный всеми доступными нам сегодня знаниями, мог бы заметить, что в некотором смысле происхождение жизни на данный момент представляется почти чудом – столько условий должно было быть выполнено, чтобы она возникла»².

Чтобы такое гипотетическое молекулярное столкновение произошло, учитывая типы молекул в предполагаемом «первичном бульоне», природе и в самом деле пришлось бы сотворить чудо. Ряд ученых, озадаченных этой проблемой, попытались рассчитать вероятность такого события и пришли к выводу, что оно вряд ли случилось бы в течение прогнозируемой жизни Вселенной. Фред Хойл, известный британский астрофизик, которому было трудно поверить в эту гипотезу, выразил свой скептицизм в книге «Разумная Вселенная», приведя убийственную аналогию: «Вероятность того, что высшие формы жизни возникли таким образом, сравнима с вероятностью того, что несущийся над свалкой торнадо соберет из хлама Boeing 747».

Но это не единственная причина сомневаться в справедливости гипотезы случайности космического масштаба. Жизнь, по-видимому, началась на Земле почти сразу же, как только позволили условия, что было бы потрясающим совпадением, если бы ее появление действительно являлось маловероятным и было просто результатом удачного события. Если допустить последнее, то, скорее всего, жизнь возникла бы через какое-то произвольное время после того, как планета стала пригодной для жизни, то есть буквально в любой другой момент, но только не сразу. Креационисты не преминули воспользоваться этим фактом. По их мнению, раз случай не может адекватно объяснить возникновение жизни, то оно наверняка было сверхъестественным актом. Хотя эта теория неудовлетворительна, поскольку приписывает жизнь чуду в буквальном смысле слова, гипотеза случайности тоже неудовлетворительна, потому что она опирается на статистическое чудо.

К счастью, в двадцатом веке появился третий вариант, и все больше ученых находят его более убедительным, чем гипотеза случайности или божественного вмешательства. Что, если возникновение жизни было неизбежным во Вселенной, которая естественным образом непрерывно генерирует сложность и информацию? Если это так, то было бы правильнее считать жизнь закономерностью, а не аномалией – не случайностью, а императивом.

Карл Саган одним из первых высказал эту точку зрения, давшую астрономам и искателям инопланетян новую надежду на обнаружение внеземной жизни. «Возникновение жизни должно быть чрезвычайно вероятным событием: как только условия позволяют – раз, и готово» – утверждал он ³. Эту позицию развил Кристиан Рене де Дюв, бельгийский биохимик, получивший Нобелевскую премию в 1974 году. Он считал, что Моно заблуждался: «Если приравнять вероятность рождения отдельной бактериальной клетки к случайному соединению ее атомов, то и вечности не хватит, чтобы она возникла… Зная об огромном количестве „счастливых случаев“, скрывающихся за успехом эволюционной игры, законно задаться вопросом, в какой мере этот успех вплетен в саму ткань Вселенной»⁴.

В своей убедительной книге «Жизненная пыль» де Дюв ответил на мнение Моно о том, что Вселенная не беременна жизнью, а биосфера человеком, совсем просто: «Вы ошибаетесь. Это именно так». Конечно, де Дюв не имел в виду, что конкретно Homo sapiens было суждено возникнуть. Безусловно, случайность играет свою роль в биологии, что он признавал во всех своих работах. Но он также считал, что законы физики и вытекающая из них эволюционная динамика порождают все более нетривиальные формы биологической организации и сложности. Это в свою очередь неизбежно порождает жизнь и разум в космосе.

Если такая точка зрения верна, то это может стать философским прорывом, последствия которого вполне можно назвать духовными. Стюарт Кауфман, исследователь сложных систем из Института Санта-Фе, который, возможно, больше всех сделал для внедрения теории неизбежной жизни в мейнстрим науки, романтически описывает это в своей уже классической книге 1996 года «Во Вселенной как дома»: «Если мы, хоть это пока для нас непостижимо, действительно являемся естественными проявлениями материи и энергии, соединенными вместе в неравновесных системах, и если жизнь во всем ее изобилии обязательно должна была возникнуть – не как невычислимо невероятная случайность, а как ожидаемый ход естественного порядка вещей, тогда Вселенная поистине наш дом».

Однако мнение о том, что жизнь изначально вписана в законы природы, является экстраординарным, а, как выразился Саган, «экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств». Если жизнь действительно изначально вписана в законы природы, то почему Земля – единственная планета, на которой мы наблюдаем эту предполагаемую закономерность? Как можно говорить о вероятности существования жизни где-либо еще, если мы ограничены ничтожным размером выборки в одну планету?

Более того, если жизнь сформировалась не в результате единственного случайного события, то каков физический механизм, объясняющий, как именно скопление неживых частиц может систематически переходить в функциональную биологическую систему, и при каких естественных условиях этого следует ожидать? Действительно ли можно показать, что жизни, в физическом и статистическом смысле, было суждено возникнуть во Вселенной, на планетах, подобных Земле? Растущий объем доказательств, подтверждающих, что Вселенная априори порождает биологическую жизнь, постепенно становится неоспоримым.

Энергия как первичный организатор

Когда мы задаемся вопросом, как возникла жизнь, мы на самом деле спрашиваем, как неорганизованная материя вдруг стала организованной. В повседневных условиях спонтанная организация не происходит. Вещи не организуются сами по себе, и если никто не вмешивается, то комнаты становятся более грязными, здания разрушаются, а сложные структуры постепенно распадаются. Итак, благодаря чему могла возникнуть организация до появления каких-либо существ, способных ее выстроить или поддерживать?

Простой ответ на этот сложный вопрос: благодаря энергии. Энергия – это фундаментальная организующая сила природы, а Вселенная, насыщенная потоками энергии, – это космос, готовый к усложнению. Как упоминалось во введении, именно концентрированный поток энергии, проходящей через материю, упорядочивает неживые элементы в такую конфигурацию, которая является «живой». Повышая самоорганизацию, поток энергии постепенно превращает скопление бездумных молекул в механизм обработки информации, обладающий агентностью, то есть способностью к целенаправленному действию, которое мы ассоциируем с жизнью.

Агентность – это свойство, отсутствующее в мире неживых вещей, таких как камни и стулья, которые не двигаются, если их не толкнуть. Агентность раньше приписывалась мистической силе, ведущей жизнь к некой великой цели, но, как мы увидим к концу первой части, агентность обусловлена обработкой информации, выполняемой биологическими механизмами. Поскольку живые существа обладают агентностью, их также называют агентами. Поток энергии создает агентов из неживой материи, организуя химические системы в автономные вычислительные машины, которые собирают информацию о мире и используют ее для сохранения и дальнейшего распространения жизни.

Хотя может показаться, что речь идет о каком-то мистическом процессе, на самом деле мы говорим об энергии именно в том виде, в каком она определяется традиционной наукой. Ее можно обнаружить и измерить. Стремление текущей энергии к упорядочению является совершенно естественным, но, что удивительно, концептуально оно не сильно отличается от старого понятия élan vital – «жизненной силы», оживляющей неодушевленное. Можно сказать, что энергия организует материю в жизнь, а жизнь организует информацию в знание. И именно знание делает Вселенную доступной для восприятия разумной жизнью. Или, если занять менее антропоцентрическую позицию, именно знание позволяет Вселенной постигать саму себя посредством разумной жизни. Мы должны помнить, что мы не отделены от природы, а являемся ее функциональным проявлением.

Чтобы на удовлетворительно высоком интеллектуальном уровне понять, как работает этот процесс формирования жизни и знаний, мы должны сначала немного познакомиться с разделом физики о потоках энергии – термодинамикой. Возможно, это самая сложная часть всей нашей космической истории, но она того стоит, поскольку она объяснит тайну возникновения жизни и вооружит нас понятийными инструментами, необходимыми для осознания той важной роли, которую она неизменно играет в процессе эволюции космоса.

Если конкретнее, то нам предстоит взяться за грозный второй закон термодинамики, который, казалось бы, противоречит идее о том, что сложность – биологическая или иная – может сохраняться и нарастать без ограничений. Если бы это действительно было так, это сделало бы жизнь преходящим явлением без всякого космического значения – «химической грязью», как однажды выразился Стивен Хокинг. Но интересно, что этот фундаментальный закон не противоречит концепции постепенно усложняющейся Вселенной. Более того, второй закон термодинамики совершенно необходим для понимания того, почему сложные адаптивные системы, такие как жизнь, возникают и распространяются вполне естественным образом.

С давних пор это явление представляет для ученых неразрешимую загадку: существование спонтанного порядка во Вселенной ставит их в тупик. На первый взгляд, законы термодинамики диктуют обратное: подчиняясь им, природа должна была бы неуклонно деградировать в сторону все большего беспорядка, все большей энтропии. Однако мы наблюдаем вокруг себя множество величественных структур – галактики, клетки, экосистемы, людей, – которым удается каким-то образом собирать самих себя[2].

Стивен Строгац. Ритм Вселенной. Как из хаоса возникает порядок

Через несколько миллиардов лет после Большого взрыва порожденная им Вселенная внезапно пробудилась от долгого сна. Этот волшебный момент настал, когда на безжизненной планете спонтанно зародилась жизнь. Чтобы понять, как и почему это событие произошло на Земле и насколько распространенной может быть жизнь во Вселенной, мы должны углубиться в раздел науки, известный как термодинамика, который является не только важнейшей частью физики и химии, но, как мы узнаем, и биологии. Особый интерес для нас представляет такой принцип функционирования природы, как второй закон термодинамики.

Прежде чем перейти к частностям запутанного второго закона, давайте начнем с его собрата попроще – первого закона термодинамики. Первый закон гласит, что энергия изолированной системы постоянна. Она может быть преобразована из одной формы в другую, но она не может быть создана или уничтожена. Изолированная система – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Абсолютно изолированные системы редки, если они вообще существуют в природе, потому что энергия течет повсюду вокруг нас, излучаемая наружу звездами и планетами с ядрами, выделяющими тепло. Наиболее частым примером изолированной системы является термос, который удерживает тепло внутри и так сохраняет ваш кофе горячим. Является ли сама Вселенная изолированной системой – вопрос сложный, поэтому мы вернемся к нему позже.

Энтропия: сложный и сбивающий с толку термин

Первый закон достаточно прост для понимания, а второй закон термодинамики более загадочен. В нем говорится, что общее количество энтропии в изолированной системе всегда нарастает. Многие физики считают второй закон самым незыблемым законом во Вселенной, так что над этим утверждением стоит поразмыслить. Что же конкретно подразумевается под туманным и страшновато-странным термином «энтропия»?

К сожалению, ответ на этот вопрос не вполне очевиден. Большинство научно-популярных книг, например классическая «Краткая история времени» Стивена Хокинга, учат нас, что энтропия означает неупорядоченность. Однако такое определение может ввести нас в опасное заблуждение, когда мы пытаемся применить второй закон к неизолированным системам или ко Вселенной в целом. Применительно к космосу отождествление энтропии с неупорядоченностью (слово, по смыслу примерно противоположное организации, структуре и сложности) может привести к ужасно неточным выводам космического масштаба.

К сожалению, эту ошибку склонны делать и популяризаторы науки, часто утверждающие, будто бы второй закон требует, чтобы Вселенная со временем становилась все более неупорядоченной и менее структурированной. Поскольку жизнь – это как раз и есть биологический порядок, то такая интерпретация второго закона предсказывает мрачные последствия для человечества. Если мир неизбежно становится все менее упорядоченным, то в среднем он должен со временем становиться также все более безжизненным и менее структурированным, пока все следы организации не растворятся в бесформенном и бессмысленном море случайных микроскопических флуктуаций. Такой сценарий сводит жизнь во Вселенной к временному, тривиальному и несущественному явлению; словом, вырисовывается не слишком радужная перспектива. К счастью, этот сценарий ошибочен!

Главная проблема этого космического нарратива состоит в том, что увеличение общего количества энтропии во Вселенной не соответствует общему уменьшению количества существующей организации. Более того, биологический, культурный и технологический порядок может даже расти параллельно с энтропией, и не только в краткосрочной перспективе. Чтобы понять, как такое возможно, и распутать клубок загадок второго закона, мы должны различать два разных типа энтропии (их гораздо больше, но мы начнем с них). Для этого придется начать с краткого исторического экскурса.

Концепцию, лежащую в основе второго закона термодинамики, разработали в девятнадцатом веке несколько блестящих европейских ученых, в частности Сади Карно и Рудольф Клаузиус, причем сперва они руководствовались практическими соображениями, а не теоретическими. Они искали наиболее эффективный способ преобразования энергии теплового потока в механическую энергию, которая могла бы приводить в действие машины. Паровой двигатель, тогда существовавший уже некоторое время, доказывал, что энергию можно извлекать из теплового потока для выполнения «работы», то есть для чего-то полезного, например перемещения, подъема или ускорения массы тела путем приложения к нему силы. Работа не может быть выполнена, если ею не движет физическая сила, всегда требующая энергии. Работа, выполняемая паровыми локомотивами, заключается в перемещении составов по рельсам. В девятнадцатом веке это был крупный бизнес, ведь поезда открывали новые возможности для торговли и позволяли людям массово переезжать из сельских районов в промышленно развитые города.

Прозорливый Карно заметил, что если между двумя контактирующими телами существует разница температур, то тепло самопроизвольно перетекает от более горячего тела к более холодному, пока оба тела не достигнут одинаковой температуры – состояния, известного как термодинамическое равновесие. Большинство из нас часто сталкиваются с этим явлением, например когда наша горячая чашка кофе или уютная теплая ванна взаимодействуют с более холодным окружающим воздухом и охлаждаются до комнатной температуры. Пожалуй, полезно представить тепло, перетекающее из горячей системы в холодную, как движение вниз, которое, согласно ньютоновской физике, является естественным направлением движения.

Чем это объясняется? Возможно, вам знакома старая поговорка «природа не терпит пустоты». Так вот, можно также сказать, что природа не терпит градиентов. Градиент – это разница между двумя взаимодействующими системами (будь то разница в температуре, давлении, химической концентрации или электрическом заряде), создающая нестабильность. Если такая разница существует, то будет происходить самопроизвольное перетекание энергии из одной системы в другую до тех пор, пока эта разница (градиент) не будет устранена и пока не будет достигнуто стабильное и инертное состояние равновесия. Это происходит автоматически, потому что природа просто ненавидит градиенты.

Так почему же это представляло интерес для инженеров девятнадцатого века? Ответ весьма поразителен. Когда существует температурный градиент, тепло, поступающее к телу для устранения градиента, создает физическую силу, которую можно использовать для выполнения работы. Чем больше разница температур между двумя телами, тем больше крутизна градиента и тем большей будет сила теплового потока, уменьшающего эту разницу и восстанавливающего термодинамическое равновесие. Вот почему горячие напитки остывают быстрее, когда вы ставите их в холодильник. Разница температур между горячим продуктом и охлажденным окружением намного больше, чем при комнатной температуре.

Инженеры, понявшие этот принцип, также осознали, что быстро нагреваемое вещество будет расширяться с силой, достаточной для выполнения серьезной работы, если ее правильно использовать. При достаточно большой разнице температур между нагретым веществом и его охлажденным окружением сила теплового потока могла бы приводить в действие двигатель. Давление, создаваемое расширяющимся паром, могло бы выполнять работу в процессе циклов быстрого нагрева и охлаждения.

Понимание того, как использовать эту природную тенденцию, дало человечеству новую мощную технологию, но Карно также заметил, что преобразование тепловой энергии в механическую никогда не бывает эффективным на 100 процентов. Независимо от того, как тщательно осуществлялся перенос, часть полезной энергии всегда теряется в окружающей среде как отработанное тепло в результате того, что физики называют диссипацией. Этот термин почти такой же пугающий, как энтропия, и не менее важен для понимания возникновения жизни, поэтому мы должны разобраться с ним прямо сейчас.

Диссипация энергии просто означает, что энергия равномерно распределяется по окружающей среде, рассеиваясь таким образом, что ее никогда больше не удастся использовать для выполнения того же объема работы. Другими словами, диссипированная энергия – это энергия, которая больше не является полезной, поскольку для ее сбора потребовалось бы совершить больше работы, чем она позволила бы произвести. Знакомый пример рассеивания энергии – тепло тела, которое мы, люди (сложные биологические системы), постоянно выделяем. Другим примером является тепло, выделяемое вашим компьютером во время вычислений. Качающийся маятник в дедушкиных часах рассеивает небольшое количество энергии из-за постоянного трения с воздухом, поэтому он в конечном итоге останавливается. Каждый механический процесс, происходящий во Вселенной, рассеивает некоторое количество полезной энергии, производя тепло. Этот факт лежит в основе второго закона термодинамики, и именно по этой причине законы физики не допускают вечных двигателей.

Эта неизбежная диссипация имеет серьезные последствия для Вселенной. Она означает, что запасы полезной энергии во Вселенной – космическое топливо, необходимое для работы любого рода, – неуклонно истощаются по мере устранения температурных градиентов, рассеивания энергии и выработки тепла. Хотя общее количество энергии во Вселенной, предположительно, остается неизменным (в соответствии с первым законом термодинамики), полезная энергия постепенно преобразуется в бесполезную (в соответствии со вторым законом). Полезная энергия называется свободной энергией, а бесполезная – энтропией. Точнее говоря, энтропия – это математический термин, обозначающий количество энергии, более не доступной для совершения полезной работы. Поскольку, как мы уже установили, физики различают несколько типов энтропии, давайте назовем этот вид энтропии, связанной с теплом, тепловой энтропией. Если свободная энергия – это топливо космоса, то тепловая энтропия – это выхлоп.

Как вы можете заметить, мы до сих пор не упоминали о порядке или неупорядоченности. Исходя из этого определения энтропии можно утверждать, что второй закон термодинамики применим ко Вселенной, если признать ее изолированной системой – в двух (различных, но эквивалентных) отношениях. Из-за неизбежной диссипации энергии в результате механических процессов:

Общее количество свободной энергии во Вселенной со временем уменьшается.

Общее количество тепловой энтропии во Вселенной со временем нарастает.

Это все, чего второй закон Карно и Клаузиуса требует от космоса. Вопреки распространенному мнению, он никоим образом не ограничивает распространение жизни во Вселенной и насыщение Вселенной структурной и функциональной организацией. Единственное, что должно постепенно становиться «неупорядоченным», – это запас энергии природы, а не ее крупномасштабная структура. Пока весь запас свободной энергии Вселенной не будет полностью исчерпан в результате диссипации (кульминацией чего станет инертное состояние космического термодинамического равновесия – так называемая тепловая смерть), разумная жизнь с достаточно развитыми технологиями теоретически может сохраняться и расширяться без ограничений. Есть даже некоторые веские причины полагать, что Вселенная никогда не достигнет термодинамического равновесия. Мы рассмотрим эту концепцию более подробно в заключительной главе третьей части, когда будем обсуждать конечную судьбу Вселенной.

Так откуда же взялось это понятие энтропии как неупорядоченности? Почему значительная часть научного сообщества пришла к выводу, что неограниченный рост жизни и ее сложности противоречит второму закону термодинамики? В этом отчасти виноват один гений по имени Больцман.

Энтропия Больцмана: мера статистической неупорядоченности системы

Как бы странно это ни звучало для нас сейчас, всего пару сотен лет назад идея о том, что физические объекты состоят из крошечных частиц, называемых атомами, не была общепринятой даже среди физиков. Однако во второй половине девятнадцатого века атомная теория быстро обретала поддержку, и физики начали искать микромасштабные объяснения всех ранее объясненных явлений – поскольку в господствующей редукционистской парадигме они считались более фундаментальными. Вскоре законы термодинамики были переформулированы в терминах процессов, идущих в системах на атомном или молекулярном уровне, где крошечные частицы движутся хаотично и непрерывно. В основе своей природа оказалась «шумной», поскольку ее фундаментальные составляющие постоянно колеблются и сталкиваются.

Опираясь на предыдущие работы Клаузиуса и Джеймса Клерка Максвелла (шотландского математика, прославившегося теорией электромагнетизма), австрийский физик по имени Людвиг Больцман намерился объяснить второй закон, а именно естественную тенденцию к рассеиванию тепла и энергии в результате статистического поведения огромного числа молекул, которые, предположительно, движутся в соответствии с простыми законами механики. Взглянуть на это в микроскопическом масштабе Больцмана вдохновило сделанное незадолго до того открытие: кинетическая[3] энергия газа оказалась прямым следствием того, насколько быстро движутся его отдельные молекулы. Больцман задался вопросом, можно ли объяснить второй закон, представляя потоки энергии в терминах движения молекул и их взаимодействий?

Он рассудил, что если тепловая энергия есть не что иное, как интенсивное движение молекул, то ее диссипация должна включать постепенную диффузию и затухание этого возбужденного движения с течением времени, а это, как он подозревал, может быть связано со случайными столкновениями между соседними молекулами. Чтобы исследовать эту модель рассеивания энергии (или образования энтропии, поскольку это обратная сторона медали), он дальновидно выбрал гипотетическую систему, причем бесконечно менее сложную, чем Вселенная: идеальный газ в изолированном контейнере. Чтобы провести мысленный эксперимент Больцмана, вообразите, будто вы можете уменьшить себя до микроскопических размеров и наблюдать поведение каждой отдельной молекулы газа. Что тогда вы увидите?

Больцман представил себе группу молекул, носящихся во всех направлениях, часто натыкаясь друг на друга, словно бильярдные шары на столе, передающих импульс между собой и расталкивающих друг друга в пространстве. Поскольку кинетическая энергия каждой молекулы пропорциональна ее скорости, то при случайном столкновении молекул более быстрые из них естественным образом замедляются, а более медленные ускоряются, пока в конечном итоге скорость их всех не станет примерно одинаковой. В отсутствие каких-либо различий в энергии между молекулами нет ни температурных градиентов, ни теплового потока, необходимого для выполнения работы. Согласно этому объяснению, изолированная система молекул газа неизбежно приблизится к термодинамическому равновесию вследствие бесчисленных невидимых молекулярных взаимодействий.

Микросостояния против макросостояний

Хотя микросостояние любой системы (то есть конкретные положение и скорость каждой отдельной молекулы в определенный момент времени) нельзя точно измерить или рассчитать по очевидным практическим причинам, Больцман понял, что усредненное коллективное поведение всего ансамбля молекул можно предсказать с помощью математической статистики.

В отличие от микросостояний, коллективные свойства многочастичной системы можно легко наблюдать и измерять. Например, при измерении температуры или давления газа мы в действительности измеряем среднее значение для совокупности молекул – макросостояние. Для любой конкретной системы молекул обычно существует множество различных микросостояний, которые соответствуют одному макросостоянию. Другими словами, есть множество различных способов расположения отдельных молекул, которые создают энергетически эквивалентные коллективные паттерны расположения. Больцман показал, что состояния с более высокой энтропией имеют больше микросостояний, все из которых соответствуют одному макросостоянию. Вот теперь становится полезным представить энтропию как неупорядоченность. Подумайте об этом как о комнате: существует гораздо больше способов привести ее в полный беспорядок, чем способов аккуратно в ней все организовать.

Больцман описал систему, эволюционирующую в сторону термодинамического равновесия, как становящуюся все более «неупорядоченной», поскольку независимо от того, как частицы были расположены в системе изначально (возможно, более быстро движущиеся молекулы были сосредоточены в одном углу контейнера), их коллективное взаиморасположение неизбежно склонялось бы к равномерному пространственному распределению, лишенному каких-либо паттернов или различимой структуры. По этой причине Больцман считал состояние термодинамического равновесия и максимальной энтропии состоянием «максимальной неупорядоченности». Если угодно, это состояние, при котором молекулярное перемешивание достигло максимума.

Этот переход от порядка к беспорядку может на первый взгляд показаться невразумительно абстрактным, поэтому давайте проиллюстрируем его логику несколькими примерами из реального мира. Для начала давайте вернемся к метафоре бильярдных шаров. В начале игры в бильярд шары аккуратно располагаются в форме треугольника, пока игрок не нарушит это построение, ударив по нему битком. По мере изменения этой конфигурации шары с течением времени становятся все более рассредоточенными и неупорядоченными. Если бы на столе не было луз, в которые они могут закатиться, то шары располагались бы в пространстве все более равномерно. Да, всегда имели бы место небольшие отклонения от состояния идеально равномерного распределения, но эта общая конфигурация по существу сохранялась бы все время с момента ее достижения. Это более или менее полностью распределенное состояние и представляет собой равновесие.

Теперь давайте рассмотрим некоторые реальные примеры, связанные с рассеиванием тепла. Когда вы добавляете немного горячей воды в прохладную ванну или немного горячего кофе в остывшую чашку, добавленная жидкость сначала концентрируется в локальном сгустке, а выделяемая энергия, связанная с горячей областью, считается «упорядоченной». По мере того как возбужденные молекулы смешиваются и взаимодействуют со своими менее возбужденными соседями, локализованная кинетическая энергия систематически распределяется, температурные градиенты рассеиваются, и первоначальный энергетический порядок постепенно превращается в энтропию. К тому моменту, когда достигается равновесие, перемешивание стирает все признаки существования теплового сгустка. По этой причине, с точки зрения наблюдателя, рост неупорядоченности также связан с потерей информации. По мере того как идет перемешивание, человек теряет уверенность и все меньше знает о точном микросостоянии системы, поскольку макросостояния с высокой энтропией имеют больше эквивалентных микросостояний – возможных расположений. Эта связь между энтропией и незнанием особенно нам пригодится, когда мы будем обсуждать тему информации в пятой главе и представим третий тип энтропии – информационную энтропию.

Рождение статистической механики

Пытаясь объяснить второй закон термодинамики с помощью раздела математики, известного как теория вероятностей, Максвелл, Больцман и американский физик Джозайя Гиббс разработали важную область физики – статистическую механику. По мере роста влияния этой области термин «энтропия» все меньше ассоциировался с его первоначальным значением (мерой диссипированной, бесполезной энергии) и стал синонимом структурной или конфигурационной неупорядоченности, описанной Больцманом. Вскоре второй закон начал ассоциироваться с примерами, которые не предполагали теплового потока или рассеивания энергии, а следовательно и увеличения тепловой энтропии. В тех популярных примерах рост неупорядоченности не имеет ничего общего с реальной термодинамикой и ограничивается лишь статистикой.

Поскольку мера энтропии Больцмана связана не с диссипацией тепла как таковой, а с меняющейся пространственной конфигурацией компонентов многочастичной системы, мы можем назвать это статистической энтропией, или конфигурационной энтропией. Хотя через процесс повышения конфигурационной энтропии можно объяснить диссипацию градиентов энергии, эта мера является математической абстракцией, имеющей гораздо более широкое применение.

Например, представьте, что у вас есть пакетик Skittles, сгруппированных по цвету (высокоорганизованное состояние). Драже Skittles аналогичны молекулам газа в контейнере. Теперь представьте, что вы встряхиваете пакет, имитируя случайное движение молекул. Естественно, что упорядоченное расположение драже будет постепенно дезорганизовываться, пока они полностью не перемешаются так, что не останется каких-либо различимых цветовых паттернов – наступит совершенно неупорядоченное состояние, представляющее собой равновесие. Это неизбежное смешение происходит по простой статистической причине. Существует гораздо, гораздо больше способов беспорядочного расположения драже, чем его упорядоченных конфигураций. Следовательно, исходя просто из чистой вероятности, мы вправе ожидать, что любая случайно развивающаяся система со временем перейдет от упорядоченного к неупорядоченному состоянию. Именно это происходит, когда вы перемешиваете салат, и повернуть этот процесс вспять невозможно. Хотя в нашем примере статистическая энтропия значительно возрастает по мере смешивания цветных драже, при этом, вероятно, наблюдается лишь небольшое увеличение тепловой энтропии, соответствующее тому количеству энергии, которая рассеивается при столкновении драже.

Более ярко расхождение в определениях энтропии можно продемонстрировать на примере колоды игральных карт. Легко понять, почему существует лишь небольшое количество конфигураций карт, которые кажутся упорядоченными по сравнению с их неупорядоченным расположением. Перетасовка идеально упорядоченной колоды не сильно увеличит тепловую энтропию колоды, зато резко увеличит статистическую энтропию ее конфигурации.

Хотя мы видим, как они связаны, тепловая энтропия и конфигурационная энтропия – это два разных понятия, дающие несколько разные интерпретации второго закона термодинамики. Однако и неспециалисты, и даже физики невероятно легко отождествляли эти две идеи. Совсем скоро ретивые ученые и философы попытались применить больцмановский вариант второго закона ко Вселенной в целом, положив начало новой эре космического пессимизма. Теперь уже не только запасы свободной энергии космоса постепенно истощались (что было достаточно тревожно само по себе), но и существующая космическая организация оказалась на неизменной эволюционной траектории, ведущей ко все большему распаду. Для людей статистическая тенденция ко все более неупорядоченному устройству означала неминуемую смерть и обреченность.

Как избежать хаотической судьбы

К счастью, этот мрачный сценарий не соответствует действительности. Около 3,8 миллиарда лет назад биологическая организация возникла по крайней мере на одной планете, и вместо того, чтобы становиться все более неупорядоченной и однообразной, поверхность Земли, напротив, делалась все более упорядоченной, сложной и функциональной. То же самое, почти по любым меркам, происходило и с космосом в целом. В дополнение к звездному, планетарному, биологическому и экологическому порядку разумная жизнь создала культурный и технологический порядок в виде зданий, машин, городов, экономик и информационных сетей – причем все это множится и усложняется без признаков замедления. Очевидно, что эти расширяющиеся структуры являются чем-то бо`льшим, чем просто результатом временных статистических флуктуаций.

Итак, чем объяснить этот очевидный парадокс? Как может организация сохраняться и нарастать, если все более неупорядоченное состояние системы гораздо более вероятно? Урок, который нам следует запомнить, заключается в том, что статистическая версия второго закона Больцмана (согласно которой конфигурационная неупорядоченность должна нарастать) применима только к изолированным системам. Для таких систем инертное состояние чистого молекулярного хаоса неизбежно, как и структурный распад, потому что поддержание организации представляет собой физическую работу, а эта непрерывная работа требует энергии. Однако системы, не изолированные от внешних потоков энергии, то есть открытые системы, не обязаны подчиняться статистическим правилам Больцмана.

Такие системы открыты для потоков энергии, поступающих из окружающей среды и способных поддерживать их в состоянии низкой энтропии, далеком от термодинамического равновесия. Физики называют эти открытые системы неравновесными системами, и если они достаточно далеки от равновесия, их описывают как системы, далекие от [состояния термодинамического. – Прим. науч. ред.] равновесия. Пока потоки энергии поступают или могут каким-то образом извлекаться из окружающей среды, система может противостоять естественному движению в сторону случайности и структурного распада.

Примером открытой системы, далекой от равновесия, является планета Земля, постоянно получающая энергию от излучения, производимого Солнцем. Самыми интересными открытыми системами, наиболее далекими от ужасно скучного состояния равновесия, являются биологические системы, которые мы называем организмами.

Долгое время после Больцмана физики считали, что живые организмы слишком сложны для термодинамического описания, и это было главной причиной того, почему возникновение жизни так долго оставалось покрыто завесой тайны. Однако трудные задачи вдохновляют ученых на то, чтобы выдвигать великие идеи. Австрийско-ирландский физик Эрвин Шрёдингер, заложивший большинство основ квантовой теории, одним из первых попытался понять запутанную термодинамику далеких от равновесия систем, составляющих биосферу.

Шрёдингер разрешает парадокс жизни

В своей знаковой книге 1944 года «Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки» Шрёдингер отмечает, что вместо сползания к термодинамическому равновесию, которое для жизни означает смерть и хаос, биологические организмы поддерживают свое живое состояние, потребляя и метаболизируя энергию из окружающей среды. Без постоянного поступления энергии извне наступает равновесие, и жизнь погибает. Однако, получая энергию в той или иной форме и усваивая ее, упорядоченные системы могут оставаться организованными, не нарушая второго закона термодинамики.

Например, растения остаются живыми и избегают распада, поглощая высокоэнергетический (низкоэнтропийный) солнечный свет, который рассеивается и возвращается в окружающую среду в виде низкоэнергетического (высокоэнтропийного) инфракрасного излучения. Некоторые животные поедают растения, накопившие внутри себя часть этой солнечной энергии в виде сахаров и других съедобных соединений. А другие животные поедают тех животных, которые едят растения. Энергия, запасенная в молекулярных связях различных видов пищи, служит «химическим топливом» для обеспечения всей нашей клеточной деятельности, а также наших мыслей и действий. Почти вся свободная энергия, используемая в настоящее время для поддержания жизни, изначально поступила от Солнца, хотя некоторые организмы питаются минералами в горных породах или тепловой энергией, генерируемой ядром и мантией Земли. Поскольку биологические системы потребляют свободную энергию, чтобы оставаться далеко от равновесия, они одновременно рассеивают ее, в основном в виде тепла, производя тепловую энтропию и выводя ее в окружающую среду.

Непрерывный рост биологической и технологической организации и сложности не нарушает второго закона термодинамики на уровне Вселенной, потому что локальное уменьшение конфигурационной энтропии компенсируется одновременным увеличением тепловой энтропии, вызванным постоянным преобразованием свободной энергии жизни в тепло. Другими словами, ростом энергетической неупорядоченности (проявляющейся как выделение тепла) на микроуровне оплачивается создание и поддержание структурного и функционального порядка на макроуровне. До тех пор пока свободная энергия продолжает использоваться и рассеиваться, общее количество энтропии во Вселенной нарастает, а второй закон не нарушается.

Это означает, что Вселенная может становиться все более организованной в космическом масштабе до тех пор, пока жизнь способна находить свободную энергию, необходимую ей для построения и поддержания этого порядка. К счастью для жизни, Вселенная предлагает безбрежный океан полезной энергии всем существам, которые достаточно разумны, чтобы знать, как ее извлекать. Различные источники энергии от солнечного света, ядерного деления, а вскоре и термоядерного синтеза заменят вредное для окружающей среды ископаемое топливо и будут доступны в изобилии. Кроме того, из знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc ² мы знаем, что каждая частичка материи во Вселенной может быть преобразована в полезную энергию, равную массе вещества, умноженной на квадрат скорости света.

Зная об этом факте, легко представить, что Вселенная становится все более структурированной и функциональной по мере того, как сверхразумная цивилизация распространяется по космосу с головокружительной скоростью, преобразуя всю энергию и материю в своей среде в экзотические формы биологических и вычислительных систем. Но как долго это может продолжаться? Это поистине экзистенциальный вопрос на миллион долларов. Плодовитый писатель-фантаст Айзек Азимов назвал это «Последним вопросом» в получившем признание критиков рассказе о судьбе жизни во Вселенной. Реальную версию этой драматической истории (великая космическая битва между жизнью и энтропией, порядком и хаосом) оставим до третьей части. Пока же ограничусь лишь небольшим спойлером: мне кажется, Азимова бы приятно удивил вероятный исход Вселенной, для понимания которого у него еще не было концептуальных инструментов в 1956 году, когда он писал свой фантастический рассказ.

Концепции, рассмотренные в этой главе, легли в основу нового космического нарратива, послужившего фундаментом этой книги. Возможно, потребуется некоторое время, чтобы они стали интуитивно понятны, но по мере развертывания нашего повествования их значение будет становиться все очевиднее. Мы объяснили, как процветает жизнь и почему ни ее существование, ни ее расширение не нарушают второго закона термодинамики. Биологическая жизнь уменьшает конфигурационную энтропию и структурную неупорядоченность за счет увеличения тепловой энтропии и энергетической неупорядоченности. Однако кое-что еще не объяснено, и Шрёдингер не дал ответа на вопрос, как или почему из случайного молекулярного хаоса вообще возникают биологические системы.

Как это ни удивительно, новые исследования показывают, что жизнь не только подчиняется второму закону термодинамики, но и возникает благодаря ему. В следующей главе нашего космического путешествия объясняется, как в результате действия сил энтропии природа создает биологические механизмы. В чем же тогда термодинамическая цель биологии? Открыть новые каналы для потока планетарной энергии ради более эффективной диссипации градиентов и достижения термодинамической стабильности.

Готовясь продолжить наше путешествие, давайте быстро повторим, что представляет собой новый предлагаемый космический нарратив, в рамках которого постулируется самоорганизующийся космос. По мере того как Вселенная эволюционирует во времени, она стремится ко все более упорядоченному, сложному и функциональному состоянию. Этот процесс развития космоса обеспечивает возникновение и эволюцию жизни, что в свою очередь позволяет самому процессу продолжаться бесконечно или до тех пор, пока не будут достигнуты максимальная сложность и вычислительная способность. Задача этой книги – объяснить, как и почему это происходит в силу физической и логической необходимости.

Этот вариант космической эволюции на первый взгляд кажется невозможным или по меньшей мере маловероятным, ведь второй закон термодинамики гласит, что общее количество энтропии во Вселенной неизменно нарастает с течением времени. Однако, как мы узнали в предыдущей главе, есть разные формы энтропии, поэтому Вселенная может становиться более упорядоченной, если в ходе этого процесса свободная энергия преобразуется в отработанное тепло. Если конкретнее, конфигурационная энтропия («неупорядоченность») может уменьшаться и локально сдерживаться жизнью до тех пор, пока тепловая энтропия непрерывно производится и выводится вовне.

Расширение термодинамической теории

Шрёдингер одним из первых популярно объяснил, что именно этим жизнь на Земле и занимается, ведь биология в основе своей является термодинамическим явлением. Живые организмы – как открытые системы, обменивающиеся энергией и веществом со средой, – могут избежать тенденции к неупорядоченности и термодинамическому равновесию (то есть к гибели и распаду), извлекая свободную энергию отовсюду вокруг себя. Растениям источником энергии служит солнечный свет. Животным – пища, например растения или другие животные.

Хотя Шрёдингер показал, почему жизнь не нарушает второй закон термодинамики, он не пытался объяснить, как она возникла, как далеко она может распространиться или какова вероятность того, что подобное событие произойдет в другом месте Вселенной. Несмотря на прогресс, достигнутый в понимании термодинамической природы биологических систем в первой половине двадцатого века, происхождение жизни оставалось загадкой, и вдохновленная Больцманом логика увековечила предположение о том, что абиогенез был случайным явлением с очень малой вероятностью повторения где-либо еще.

Такое представление о крайней маловероятности возникновения жизни привело к ряду сомнительных философских выводов. Оно поддерживало веру креационистов в то, что существование жизни доказывает божественное вмешательство, а секуляристов привело к убеждению, что биология является просто своего рода космическим сбоем: маленьким и недолговечным очагом порядка в неумолимо враждебной и безжизненной Вселенной. Согласно стандартному секулярному научному взгляду (он же редукционистское мировоззрение), не было причин считать, что жизнь переживет Солнце, которое ее питает, и тем более не было причин полагать, что она когда-нибудь обретет способность влиять на крупномасштабную эволюцию космоса.

Однако в 1960-х годах получил известность выдающийся бельгийский биохимик с иным взглядом на космос. Илья Пригожин не считал, что мы живем в мире, который становится все более дезорганизованным и разрушающимся. По его мнению, мы обитаем во Вселенной, которая далека от термодинамического равновесия и имеет огромное множество источников энергии и градиентов, которые заставляют энергию поступать в бесчисленные открытые системы и выходить из них. В ответ на этот входящий поток естественно и предсказуемо возникают закономерности, порядок и функциональность. Природа не только не разрушительна, но и по самой своей сути потрясающе созидательна.

Спонтанная самоорганизация и второй закон термодинамики

Хотите увидеть пример естественного и спонтанного порядка? Просто наполните ванну водой, а затем выньте пробку. Над сливом обязательно сразу же возникнет водоворот. Молекулы воды в нем перемещаются не случайным образом, как молекулы идеального газа в контейнере, описанном Больцманом. Вместо того чтобы вести себя совершенно хаотично, они движутся согласованно и образуют упорядоченную динамическую структуру, которая устойчива, стабильна и элегантна. Такого рода структуры широко распространены в природе – от водоворотов над провалами в озерах, до циклонов, порождаемых ураганами и торнадо. Чаще всего такие образования недолговечны, но не обязательно. Водоворот над сливом в ванне не исчезнет до тех пор, пока в ванну поступает достаточно воды, а знаменитое Большое красное пятно на Юпитере – это гигантский атмосферный вихрь, который кружит уже сотни лет.

Наблюдая за частым возникновением и сохранением динамического порядка в мире природы, Пригожин понял, что классическую теорию термодинамики нужно радикально расширить. Уравнения статистической механики Больцмана верны только для изолированных систем, находящихся в равновесии или около него. При равновесии нет ничего, кроме случайного движения и всеобщей стагнации. Однако системы, далекие от равновесия (которые здесь, на Земле, являются скорее правилом, нежели исключением), ведут себя совершенно по-другому и, следовательно, требуют иных математических моделей и основополагающих принципов. Шрёдингер говорил, что понимание поведения жизни откроет «новые законы физики», которые в свою очередь решительно изменят наше отношение ко второму закону термодинамики.

Второй закон одинаково важен как в состоянии равновесия, так и в условиях, далеких от него, но, как мы увидим, в последнем случае его последствия противоположны. Вместо распада, наоборот, возникает и сохраняется порядок. Это связано с тесной связью между производством энтропии и спонтанным формированием паттернов, которое, по признанию Пригожина, имеет огромное значение. Структуры, подобные циклонам и водоворотам, образуются не вопреки тенденции Вселенной к нарастанию энтропии – они формируются вследствие нее.

Напомним из предыдущей главы, что второй закон является выражением нетерпимости природы к градиентам. Именно по этой причине тепло самопроизвольно перетекает из более горячего места в более холодное до тех пор, пока разница температур, или тепловой градиент, не будет устранена. При достаточно большой разнице в температуре, давлении, химической концентрации или заряде между системой и ее окружением поток будет возникать самопроизвольно до тех пор, пока разница не уменьшится и не будет достигнуто равновесие. Этот уравновешивающий поток рассеивает энергетические градиенты, производя энтропию – энергию, которую уже невозможно использовать.

И тут мы подходим к очень любопытному моменту. Поскольку природа не терпит градиентов, то усилие, затрачиваемое для их уменьшения, пропорционально величине градиента. Если градиент достаточно велик, а свободной энергии достаточно, то спонтанно возникает циклическая структура, позволяющая градиенту рассеиваться более эффективно. Поскольку Вселенная «стремится» производить энтропию с максимально возможной скоростью, она обязательно создает организованные системы, помогающие ей более эффективно достичь своей термодинамической цели.

Разумному наблюдателю кажется, что эти эмерджентные структуры материализуются из воздуха, словно построенные невидимой рукой природы. Возьмем, к примеру, ураган. Атмосферный циклон образуется, когда разница температур между теплым океаном и холодной атмосферой становится достаточно большой, чтобы началось самопроизвольное возникновение. Формирующиеся спиралевидные ветры рассеивают градиент, закручивая воздушные потоки и смешивания теплые и холодные молекулы, пока не будет достигнуто устойчивое состояние термодинамического равновесия. Динамическая вращающаяся структура сохраняется до тех пор, пока не устраняется градиент и не прекращается поток энергии.

Спонтанное возникновение описывается как самоорганизация, потому что эмерджентная структура образуется благодаря законам природы и коллективным взаимодействиям компонентов системы, а не из-за действий внешнего агента, например инженера или сверхъестественного божества. Стоит отметить, что не совсем верно называть процесс образования порядка спонтанным, ведь он всегда управляется потоком энергии. Поэтому самоорганизация происходит только в открытых системах в условиях, далеких от равновесия.

Пригожин называл эти спонтанно самоорганизующиеся системы диссипативными структурами[4], чтобы подчеркнуть их зависимость от энергии и их термодинамическую функцию, которая заключается в минимизации свободной энергии и производстве энтропии. Диссипативные структуры показывают, что производство энтропии может способствовать как порядку и сложности, так и неупорядоченности. Это открытие коренным образом меняет наше представление о втором законе термодинамики: он одновременно разрушитель и созидатель организованных структур в природе. По выражению самого Пригожина, «неравновесие порождает „порядок из хаоса“».

К счастью для Пригожина, диссипативные структуры нетрудно создать в лабораторных условиях. Направьте на систему из множества частиц постоянный поток энергии, например поток тепла или электрический ток, и наблюдайте, как она самоорганизуется, словно по волшебству. Когда энергия течет через систему, она уводит ее от состояния неупорядоченного равновесия к устойчивому состоянию динамической организации и функционирования.

Этого эффекта легко добиться, просто подогрев немного воды в кастрюле на плите. По мере нагревания нижнего слоя жидкости начинает расти разница температур между ним и более холодным поверхностным слоем сверху. Температурный градиент заставляет тепло перетекать от нижнего слоя к верхнему, создавая восходящий поток. Когда горячие (возбужденные) молекулы воды движутся вверх, у некоторых из них оказывается достаточно энергии, чтобы покинуть кастрюлю в виде пара. Испарение охлаждает молекулы на поверхности, заставляя их опускаться обратно на дно. Эти тепловые течения создают узорчатые потоки на путях наименьшего сопротивления, которые организуются в виде гексагональных структур, называемых конвективными ячейками или ячейками Бенара.

Можно получить и более сложную диссипативную структуру, создав градиент концентрации (химический градиент), выводящий химическую систему из равновесия. Именно это происходит в ходе так называемой реакции Белоусова – Жаботинского, которую Пригожин изучил и смоделировал математически. В этом примере эмерджентности определенная смесь химических веществ образует реакционный раствор с поразительными пространственными и временными закономерностями, видимыми невооруженным глазом. Более того, цвет раствора колеблется от синего до красного через равные промежутки времени, создавая самые настоящие химические часы! Эти красочные часы – поразительная иллюстрация того, как термодинамический дисбаланс приводит к появлению упорядоченного механизма.

Аттракторы создают порядок, сдерживая хаос

Диссипативные структуры бывают самых разных форм и размеров, но все они циркулируют вокруг стабильных динамических состояний упорядоченности, которые ученые, изучающие сложные системы, называют аттракторами. Аттрактор – это набор состояний или конфигураций, к которым динамическая система стремится естественным образом, независимо от ее начальных условий, то есть того, с чего сформировалась система. Представьте себе мяч, катящийся с холма в долину. Ложе долины является аттрактором. Не имеет значения, с какой точки холма мяч стартовал, – в итоге он все равно окажется внизу. И поскольку нахождение внизу представляет собой состояние, в котором система минимизирует свою потенциальную энергию, то, как только мяч туда попадает, он обычно там и остается. Конечно, приток энергии извне мог бы вывести его из аттрактора, но спонтанно выход из аттрактора не происходит.

Тогда как для изолированных систем аттрактором является равновесное состояние полного хаоса и максимальной неупорядоченности, открытые системы, принимающие поток энергии, неизбежно движутся к неравновесным аттракторам – устойчивым состояниям упорядоченности, которым удается сохраняться за счет постоянного поглощения и рассеивания энергии из окружающей среды. В отличие от изолированной системы, где взаимодействующие молекулы в состоянии термодинамического равновесия «исследуют» свое конфигурационное пространство (трехмерное пространство возможных конфигураций), в сущности, случайным образом, открытая система, управляемая постоянным потоком энергии, будет детерминированно развиваться в направлении аттрактора – области конфигурационного пространства, соответствующей стабильному молекулярному положению.

Поскольку для сохранения стабильного состояния неравновесия постоянно требуется свободная энергия, то конфигурация аттрактора, к которому движется система, способствует оптимальному поглощению и диссипации энергии. Другими словами, естественное давление, направленное на минимизацию свободной энергии и производство энтропии, самопроизвольно создает упорядоченную структуру с целевой функцией. В появлении диссипативных структур мы видим возникновение цели в природе, и эта космическая цель связана с максимизацией скорости производства энтропии.

Если диссипативная система еще больше отдаляется от равновесия из-за увеличения скорости потока энергии и если она выдержит давление, то в конечном итоге будет преодолен другой критический порог, и развивающаяся система войдет в новый аттрактор – с конфигурацией, еще больше усиливающей поглощение энергии и ее диссипацию. Этот переход в состояние более высокого порядка известен как фазовый переход, и хотя мы можем примерно предсказать, когда такой переход, скорее всего, произойдет, предугадать свойства новой фазы часто бывает трудно или даже невозможно, поскольку процесс столь же хаотичен, сколь и упорядочен. Это означает, что, пока в космосе течет энергия, природа всегда будет преподносить нам интересные сюрпризы, сформированные изящным танцем на грани порядка и хаоса, который приводит к эмерджентности.

Рождение неравновесной термодинамики

Экспериментальная теоретическая работа Пригожина по диссипативным структурам впоследствии принесла ему Нобелевскую премию в 1977 году, но важнее то, что она дала начало совершенно новым областям физики и химии, таким как неравновесная термодинамика и тесно связанная с ней неравновесная статистическая механика (часто их объединяют под термином неравновесная физика). Эта быстро развивающаяся область исследований легла в основу теории сложных систем и оказывает значительное влияние на биологию и многие другие области, в немалой степени благодаря ученым из Института Санта-Фе – центра теоретических исследований, основанного в 1984 году, – и их коллегам в самых разных университетах и аналитических центрах по всему миру.

Хотя уравнения Пригожина описывали только возникновение и поведение простых физических и химических диссипативных структур (определенно, не сложнее, чем формирование или функционирование клетки), был очевиден и многозначительный вывод: живые организмы, поддерживающие свое упорядоченное, далекое от равновесия состояние путем захвата и расходования свободной энергии в ходе химического процесса метаболизма, представляют собой очень сложные диссипативные структуры. Если вы нарушите приток энергии к ним, то они, как и все диссипативные структуры, будут разрушаться и становиться частью хаоса по мере приближения системы к состоянию термодинамического равновесия.

Если живые организмы являются диссипативными структурами, рассуждал Пригожин, то, возможно, происхождение жизни все же не так уж трудно объяснить. Первая форма жизни могла возникнуть в ответ на далекие от равновесия условия, вызванные природным давлением, которое приводило к диссипации теплового или химического градиента (или некоторого их сочетания). В таком сценарии абиогенез переосмысливается как термодинамическое событие, открывшее новые каналы энергетических потоков на Земле для облегчения производства энтропии. И по мере возникновения и расширения этих каналов в процессе снижения термодинамического давления усилившийся поток энергии стимулировал дальнейшую химическую и биологическую самоорганизацию, постепенно приводя к появлению взаимосвязанной глобальной живой сети, которую мы называем биосферой. Очевидно, что именно такую гипотезу имел в виду Пригожин, когда писал: «В равновесии материя слепа; вдали от равновесия она начинает „видеть“»¹.

Новая парадигма для понимания жизни

Неравновесная статистическая механика дала ученым парадигму, наконец-то позволившую начать математически описывать динамику и термодинамику сложных химических водоворотов, которые мы называем организмами. По мере роста популярности этой новой парадигмы жизнь постепенно теряет славу крайне невероятного явления. Похоже, что в некоторых далеких от равновесия условиях, таких как те, что имели место на Земле в начале ее истории, биологическое состояние «живости» является аттрактором, появление которого статистически вероятно (или даже просто неизбежно) при наличии достаточного количества времени.

Идея Пригожина звучала замечательно, однако и она не была лишена недостатков. Несмотря на свою убедительность и теоретическую проницательность, Пригожин не смог продемонстрировать свою модель абиогенеза в лаборатории, да и другие не смогли, хотя многие пытались. Вдобавок его теории диссипативных структур не хватало четкого механизма молекулярной самоорганизации, который можно было бы описать точным математическим уравнением. Впрочем, в следующем тысячелетии удалось достигнуть существенного прогресса в обеих этих областях.

Основополагающий труд Пригожина вдохновил многих ученых на изучение проблемы происхождения жизни с термодинамической и статистической точек зрения, в результате чего за прошедшие десятилетия были опубликованы тысячи статей в ведущих научных журналах. Основываясь на этом исследовании и более поздней работе химика Гэвина Э. Крукса из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, молодой физик из Массачусетского технологического института Джереми Ингленд предложил разновидность теории Пригожина под названием «диссипативная адаптация», которая со временем привлекла внимание крупных медиа.

Базовая теория, впервые подробно изложенная в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology в 2015 году, вводит формальный механизм молекулярной самоорганизации под действием энергии. Но по-настоящему сильно научное сообщество взволновалось в 2017 году, когда Ингленд и его коллеги продемонстрировали механизм с оригинальным применением современных технологий. Компьютерное моделирование позволило им в цифровом виде построить «игрушечные» химические сети, за которыми можно было визуально наблюдать по мере того, как они постепенно выводились из равновесия.

Увиденное поразило Ингленда и его коллег. В ответ на имитированный поток тепловой энергии или индуцированный химический градиент случайно распределенные «молекулы» начинали постепенно выстраиваться в упорядоченные коллективные построения, которые следовало бы считать крайне невероятными с классической термодинамической точки зрения Больцмана. Если конкретнее, то взаимодействующие химические элементы самособирались в сплоченные конфигурации, позволявшие сети частиц более эффективно поглощать и рассеивать поступавшую в систему свободную энергию. Другими словами, выведение системы из равновесия привело к тому, что рудиментарная диссипативная структура не просто возникла, но и эволюционировала.

Ингленд назвал этот процесс адаптацией, потому что те конфигурации, к которым эволюционировала возникшая молекулярная система, лучше резонировали с частотой источника энергии, приводившего их в движение. Можно сказать, что эти конфигурации были более «приспособлены» к выживанию, поскольку лучше поглощали свободную энергию, которая поддерживала существование системы. Результаты были очевидны: при определенных далеких от равновесия условиях случайно ориентированная система молекул наверняка будет эволюционировать к конфигурации, которая является более сложной и точно подстроенной под окружающий энергетический ландшафт. Внезапно стало казаться, что теория Дарвина все-таки может что-то рассказать нам о происхождении жизни, но было ясно, что ее придется расширить, включив в нее диссипативную эволюцию и другие негенетические формы адаптации.

Хотя абстрактная цифровая демонстрация Ингленда, возможно, не совсем отражает то, как самоорганизуются реальные химические сети (моделирование всегда является грубым упрощением чрезвычайно сложных систем реального мира), недавние физические эксперименты, независимо проведенные другими исследовательскими группами, продемонстрировали тот же фундаментальный процесс, и многие из этих исследований были опубликованы до теории Ингленда. Например, в ходе эксперимента 2013 года, результаты которого были опубликованы в онлайн-журнале Scientific Reports, группа ученых из Японии доказала, что простое освещение кластера наночастиц серебра приводит к их самосборке в более упорядоченную коллективную структуру, обладающую способностью улавливать и рассеивать больше энергии от источника света.

За этим последовали более удивительные работы, например исследование 2015 года, опубликованное в журнале Physical Review E и продемонстрировавшее диссипативную адаптацию на макроскопическом уровне. Когда токопроводящие шарики помещали в масло и подавали напряжение постоянного тока от электрода, шарики совокупно образовывали сложную диссипативную структуру с «червеобразным движением», которое сохранялось до тех пор, пока через систему протекала энергия. Более того, эта эмерджентная структура избегала конфигураций, снижавших доступную энергию, и двигалась к позициям, в которых достигался обратный эффект. Авторы назвали это энергопоисковым поведением.

Это позволяет предположить, что диссипативная адаптация может являться механизмом, приведшим к появлению того, что мы считаем агентностью, намерением и целью, – эту идею мы подробно рассмотрим в шестой главе, где объясняется, как термодинамический процесс, описанный Инглендом, может создавать информацию и обеспечивать обработку информации, или вычисления.

Хотя диссипативная адаптация происходит задолго до того, как у системы появляется генетический материал или способность к самовоспроизведению и мутации (условие дарвиновской эволюции того типа, к которому мы привыкли), простая химическая система действительно подвергается такой термодинамической эволюции, которая включает слепую вариацию и естественный отбор. По мере того как совокупность молекул выводится из равновесия, ее коллективная форма быстро переходит через несколько различных структурных и функциональных построений. Из этих многочисленных вариантов «выживают» только те конфигурации, которые позволяют эмерджентной диссипативной системе извлекать энергию, необходимую для ее сохранения, а все остальные игнорируются и «забываются» системой. Более того, поскольку конфигурации, рассеивающие больше энергии, производят больше энтропии, они, как правило, более необратимы из-за второго закона термодинамики и односторонней направленности времени, которую он обусловливает.

Если кратко, то второй закон благоприятствует появлению и сохранению все более сложных и функциональных механизмов извлечения энергии, а когда эти механизмы становятся достаточно сложными, мы называем их организмами. В статье 2017 года, написанной в соавторстве с физиком Сюзанной Стилл, подсчитано, что шансы на появление жизни на планете значительно возрастают по мере того, как система все больше отдаляется от термодинамического равновесия². Это говорит о том, что на планетах с термодинамикой и геохимией примерно как на ранней Земле практически гарантировано возникновение и эволюция жизни. Следовательно, мы больше не можем считать жизнь счастливым случаем вселенского масштаба.

Самоорганизация, движимая диссипацией энергии, может казаться волшебством, но для нее не требуется никакой сверхъестественной силы. Она имеет термодинамическое происхождение, дарвиновскую природу и поддается математическому описанию. Способность энергетических потоков к образованию порядка навевает мысли о нью-эйдже с его мистической и псевдонаучной историей происхождения жизни, однако это не отменяет того факта, что природа действительно так устроена.

Коллективный автокатализ активизирует сотворение жизни

Хотя имитационные исследования Ингленда и аналогичные физические эксперименты наглядно демонстрируют, как скопление молекул может самособираться в упорядоченную структуру с поведением, внешне напоминающим живую материю, диссипативная адаптация не объясняет всего, что нам нужно. Даже самая простая клетка содержит много тысяч комплексных молекул, участвующих в затейливом и чрезвычайно хорошо скоординированном химическом танце. Итак, встает вопрос: как маленькая химическая система превращается в обширную биохимическую сеть, достаточно сложную для осуществления метаболизма и самовоспроизведения? Системе нужен способ быстро увеличивать свой размер и химическую сложность, и вот тут-то в дело вступает диссипативный процесс под названием «автокатализ».

Автокатализ можно рассматривать как процесс, позволяющий химической системе быстро самовосстанавливаться или самостоятельно увеличиваться в размерах и сложности посредством ряда взаимосвязанных реакций, создающих петлю положительной обратной связи. Кажется, что это непросто понять, но мы можем представить себе самый примитивный вариант такого процесса, чтобы проиллюстрировать, как он может протекать в теории. Вообразите «химический бульон» в колбе, наполненной несколькими типами простых молекул. В ходе случайных взаимодействий или какого-либо механизма, подобного диссипативной адаптации, маленькая молекула А вступает в реакцию с маленькой молекулой В, образуя более крупную молекулу С. Но молекула С особенная, потому что она оказывается катализатором – ее присутствие естественным образом ускоряет реакцию между молекулами типа А и В, что в свою очередь быстро приводит к увеличению количества С. В этом сценарии образование единственной молекулы С, которое произойдет в какой-то момент просто из-за молекулярных колебаний, запускает быстрый и мощный цикл, создающий все больше и больше сложных молекул из более простых ее предшественников. Это и есть автокатализ.

Но как именно это может привести нас от простой химической сети к чему-то столь сложному, как живая клетка? Что ж, можно представить себе сложный набор разнообразных молекул, осуществляющих коллективный автокатализ, тем самым генерируя все более обширную сеть реакционных циклов – взаимосвязанных и самоусиливающихся. Пол Дэвис, авторитетный физик-теоретик и автор, недавно направивший свое внимание на проблему происхождения жизни, отлично объясняет этот «навороченный» вариант автокатализа в книге 2018 года «Демон в машине»:

Таким образом, возникает петля обратной связи: группы молекул катализируют собственное производство. Если масштабировать это, то можно представить обширную сеть органических молекул, образующих квазистабильную систему автокатализа со множеством взаимосвязанных цепей обратной связи, объединяющихся в запутанную сеть реакций – самоподдерживающихся и бурных.

Под словом «самоподдерживающиеся» Дэвис подразумевает, что автокаталитическая система может непрерывно создавать и восстанавливать все свои химические компоненты, пока окружающая среда дает энергию, необходимую для протекания цикла. Когда система способна поддерживать и обновлять себя, она оказывается на шаг ближе к тому, чтобы стать «живой». В философской литературе это замечательное свойство жизни известно как аутопоэзис, и мы вернемся к нему во второй части.

Коллективный автокатализ не просто изящная теоретическая концепция. Он был продемонстрирован в лаборатории с использованием простых молекул-предшественников. Ученым не удалось искусственно создать нечто столь сложное, как клетка, но они постепенно приближаются к этой цели. В 2004 году команда Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, создала автокаталитический набор из девяти пептидов из предшественников аминокислот, что приблизило нас на один шаг к созданию белков – обязательных ингредиентов жизни.

В 2012 году ученые из Портлендского государственного университета в Орегоне смогли создать способный к саморепликации автокаталитический набор из нереплицирующихся фрагментов РНК. Уточним: эти наборы не являются ни адаптивными, ни достаточно автономными, чтобы заслужить титул «живых», однако они демонстрируют, как химические системы, использующие положительную обратную связь, могут становиться все более комплексными в ходе самоусиливающихся петель. Ученые также предполагают, что формирование биологической клетки было постепенным процессом, а не единичным событием.

Хотя понятие автокаталитических наборов существует по крайней мере с конца 1960-х годов и было впервые описано такими учеными, как Манфред Эйген, Илья Пригожин и Стюарт Кауфман, диссипативная адаптация значительно облегчает объяснение того, как они могут сложиться. Без соответствующего механизма первоначальное формирование породившего жизнь сложного автокаталитического набора вероятно потребовало бы крайне маловероятного объединения только определенных молекул и только определенным способом. Но если коллективному автокатализу способствует диссипативная адаптация, то абиогенез, возможно, был неизбежным результатом постоянных движущих сил, созданных далекими от равновесия условиями. В этом случае самоорганизация жизни является результатом организующего закона, а не случайной сборки. Ваш одноклеточный предок не был просто природной случайностью!

Несмотря на все механистические объяснения естественного возникновения жизни в результате слепых физических процессов, наша проблема остается нерешенной. Автокаталитические комплексы при всей их сложности все еще далеки от клеток, которые содержат целый «лабиринт» нуклеиновых кислот и белков, хитроумно связанных внутри жировой мембраны из липидов. И когда химическая смесь основных жизнеобразующих элементов – углерода, водорода, кислорода, азота, серы и фосфора – выводится из равновесия в процессе нагревания или пропускания через нее электрического тока, ни одна из таких крупных органических молекул обычно не возникает.

Можно произвести лишь сравнительно простые аминокислоты или пептиды, и хотя это вызвало большой ажиотаж в 1950-х годах благодаря первой демонстрации биохимиков Стэнли Миллера и Гарольда Юри, энтузиазм угас, как только ученые поняли, что столь простыми методами не добиться чего-то существенно более сложного на выходе. Горькая неудача в воссоздании жизни в лаборатории наводила на мысль, что ее появление не могло быть простым результатом попадания в теплый пруд вспышек молнии или даже сильного и устойчивого солнечного света, как предполагала популярная теория «первичного бульона».

Итак, нерешенные вопросы заключаются в следующем: каковы были особые, далекие от равновесия условия на Земле, создавшие настоящую клетку, как именно это произошло и почему ее так трудно воспроизвести сейчас? Хотя мы можем никогда не узнать всех подробностей о том, как это случилось на нашей планете, исследователи происхождения жизни и ученые, занимающиеся теорией сложных систем, недавно предложили убедительное объяснение, которое согласуется с представленным в этой главе термодинамическим описанием.

В предыдущей главе мы точно определили термодинамические механизмы, объясняющие, как неодушевленные молекулы могут самособираться естественным образом, образуя сложные химические сети. Однако эти процессы, похоже, не приводят в полной мере к возникновению чего-то такого, что достойно называться живым, и попытки изготовить живую клетку в конечном счете провалились. Учитывая грандиозность вызова, связанного с этой задачей, мы не должны слишком удивляться своей неудаче.

Чтобы обладать способностью к самовоспроизведению, а это базовая биологическая жизненная потребность, клетке требуется большое разнообразие сложных биомолекул, действующих согласованно. Наиболее важные из этих молекул – ДНК и РНК – хранят и передают генетическую информацию. Они как чертежи и инструкции по постройке клетки. Белки необходимы для физического построения клетки по этим инструкциям. Кроме того, для катализации всех химических реакций, необходимых клетке для функционирования и усвоения энергии, требуются специальные белки, называемые ферментами. Ни одну из этих молекул пока невозможно собрать в лаборатории из атомов, которые их составляют, и трудно представить, чтобы какая-либо из них могла возникнуть спонтанно, ведь для создания ДНК или РНК нужны белки, а для возникновения белков нужны ДНК или РНК.

Таким образом, перед нами загадка, напоминающая старую головоломку про курицу и яйцо. Вдобавок ко всему эти большие молекулы еще и должны быть связаны вместе и защищены от окружающей среды полупроницаемой мембраной из молекул жира – липидов. Однако происхождение всех этих важнейших сложных биомолекул (ДНК, РНК, белков и липидов) становится куда как менее загадочным, если мы возьмем за отправную точку процесс метаболизма. Хотя мы, вероятно, никогда не узнаем всех подробностей того, как на Земле произошел абиогенез, мы можем, по крайней мере, построить теорию, которая наилучшим образом и с наименьшим количеством допущений объясняет факты.

Поток энергии, организация и метаболизм

Илья Пригожин был не единственным ученым своего поколения, который размышлял о происхождении жизни с точки зрения неравновесной термодинамики. В не слишком известной, но важной книге 1968 года «Поток энергии в биологии» биохимик Йельского университета Гарольд Дж. Моровиц сделал легко запоминающееся и прозорливое утверждение: «Поток энергии, проходящий через неравновесную систему в состоянии, далеком от равновесия, приводит к структурированию системы»[5]. Как и Пригожин, Моровиц считал, что существенной особенностью жизни является процесс метаболизма, поскольку именно он поддерживает структуру и функции организма, позволяя свободной энергии – извлекаемой из солнечного света или пищи – непрерывно проходить через систему, оживляя ее. По его мнению, объяснение происхождения жизни начинается с объяснения происхождения метаболизма.

Метаболизм возможен благодаря последовательности химических реакций, происходящих внутри клеток и катализируемых определенными ферментами. Некоторые метаболические пути расщепляют крупные органические соединения для выработки энергии, тогда как другие используют энергию для создания соединений из более мелких молекул, позволяя организмам расти и восстанавливаться. В старших классах на уроках биологии нас учат, что цикл химической реакции, называемый циклом Кребса (он также известен как цикл лимонной или трикарбоновой кислоты (TCA)), позволяет людям превращать пищу в полезную энергию при небольшом добавлении вдыхаемого нами кислорода. Но какое все это имеет отношение к происхождению жизни?

Первый организм, отдельная клетка, должен был использовать для выживания некую примитивную форму метаболизма, однако он не мог получать энергию от солнечного света, поскольку механизм фотосинтеза относительно сложен и, предположительно, также появился позже, в ходе биологической эволюции. Кроме того, эта протоклетка (гипотетический примитивный организм, способный расти и размножаться) не могла получать энергию, поедая другие организмы, ведь их просто не было. Как первая форма жизни получала энергию, оставалось большой загадкой до 1977 года, когда появился новый фрагмент головоломки: глубоко в океане обнаружились экосистемы с новыми экзотическими формами жизни, причем в условиях, ранее считавшихся слишком экстремальными для поддержания биологической жизни. В нескольких километрах под поверхностью воды на дне океана эти организмы группировались вокруг величественных геологических структур, известных как гидротермальные источники.

Эти гейзеры (или горячие источники) представляют собой подводные вулканы, посредством конвекции переносящие тепло из раскаленных недр земли. По всему миру существует множество таких источников, преимущественно на срединно-океанических хребтах, образованных в результате расхождения тектонических плит. Простейшие организмы, живущие вокруг этих источников, представляют собой класс бактерий, называемых редуцентами-автотрофами, которые питаются геотермальной и геохимической энергией, образующейся при смешивании горячей магмы, морской воды и минералов. Как следствие, они не нуждаются ни в солнечном свете, ни в других организмах для поддержания своего существования. Ученые выяснили, что эти микроорганизмы осуществляли метаболизм в процессе упрощенной разновидности уже знакомого нам цикла Кребса, но в обратном порядке. Протекая в противоположном направлении, химические реакции, приводимые в действие относительно простым автокаталитическим набором, могли бы создавать и восстанавливать биологическую структуру организма, используя лишь небольшие неорганические молекулы, порожденные геохимией гидротермальных источников.

Этот обратный цикл Кребса был назван восстановительным циклом трикарбоновых кислот (TCA), и вскоре биохимики и молекулярные биологи признали его фундаментальную важность. Такому восстановительному циклу TCA в его самой примитивной форме не требуется целая клетка. Химическая сеть, состоящая всего из восьми карбоксильных кислот (простых органических молекул с несколькими атомами углерода), могла бы обеспечивать цикл и синтезировать биомолекулы произвольной сложности исключительно из неорганических компонентов. Более того, ученые показали, что такой цикл способен производить все основные органические соединения, из которых состоит каждый известный живой организм (включая каждый белок, нуклеиновую кислоту и липид), используя только углекислый газ и водород.

Очень скоро некоторые одаренные богатым воображением исследователи происхождения жизни (наиболее выдающимся из которых был, пожалуй, Майкл Рассел из Калифорнийского технологического института) заметили возможную связь между геохимией гидротермальных источников и метаболическими циклами, поддерживающими жизнь. Горячая и химически разнообразная среда обеспечивала не только необходимые для абиогенеза молекулярные строительные блоки, такие как углерод, водород, кислород, азот и фосфор, но и высокие температуру и давление, необходимые для организации этих элементов в сложную сеть химических реакций – этакую автокаталитическую установку, запускающую восстановительный цикл TCA.

Это еще далеко не все, что обеспечивали гидротермальные источники. В дополнение к необходимым молекулам-прекурсорам и потокам энергии, требующимся для их сборки, скальные структуры содержали многочисленные поры, которые могли служить перегородками, защищая формировавшиеся автокаталитические комплексы от разрушительного действия химических веществ и внешних возмущений. Другими словами, коллективный автокатализ, способный создать биологический механизм, мог начаться и без липидной мембраны. Поры могли служить марковским ограждением[6] – барьером, который сохраняет упорядоченную систему и отделяет ее от окружающей среды.

Протоклетке не требовались и белки для катализа реакций, поскольку горные породы давали минеральные соединения и другие малые молекулы, которые могли действовать как катализаторы, даже если они плохо справлялись с этой задачей по сравнению с современными ферментами. Нетрудно представить, как со временем автокаталитическая установка с такими возможностями, работающая по обратному циклу Кребса, смогла генерировать все белки, нуклеиновые кислоты и жиры, необходимые для клеточных структур и функций, например более сложных режимов метаболизма, самовосстановления и в конечном счете самовоспроизводства.

Спустя несколько десятилетий после публикации «Потока энергии в биологии», примерно на рубеже двадцать первого века, Моровиц вместе с физиком по имени Эрик Смит из Института Санта-Фе опубликовали ряд статей, изложив свою версию этой новой теории происхождения жизни, основанную на неравновесной термодинамике и работах десятков исследователей-единомышленников. В соответствии с новым нарративом жизнь на Земле возникла как самоорганизованная диссипативная система, порожденная тепловыми и химическими градиентами, возникшими в гидротермальных источниках или в каком-либо геологически подобном месте, где сочетаются горные породы, вода и интенсивный выход тепла.

Жизнь: великолепная эквилибристика Вселенной

На ранней Земле, претерпевавшей быстрые структурные и химические изменения, тот вид активности, который мы сейчас наблюдаем в жерлах подводных вулканов, должен был быть гораздо более распространенным. Это, предположительно, приводило к выделению огромного количества потенциальной химической энергии, которая накапливалась в обширных резервуарах. В отсутствие форм жизни, способных этой энергией питаться, неиспользованные градиенты вызывали энергетический дисбаланс планетарного масштаба, приводивший к глобальной термодинамической нестабильности. В результате этого напряжения там, где оно было наивысшим, самопроизвольно возникли напоминавшие примитивный метаболизм автокаталитические химические наборы, высвобождавшие и рассеивавшие избыток свободной энергии. Так как геологическая активность обеспечивала постоянный приток химической энергии, метаболические диссипативные структуры сохранялись, получая возможность развиваться.

Поскольку сложность реакционных сетей неизбежно возрастала, то, как предполагается, автокаталитический набор, работающий по циклу вроде восстановительного цикла TCA, синтезировал основные клеточные компоненты и постепенно включал их обратно в набор, который их и породил. В ходе этого процесса органическая химическая сеть становилась все более сложной, и самообновляющаяся система (аутопоэтический агент) трансформировалась в самовоспроизводящуюся систему (организм).

Эта теория объясняет не только происхождение жизни, но и формирование и поддержание биосферы в целом. По словам Смита, взаимосвязанная сеть живых организмов, покрывающая поверхность Земли, является «каналом релаксации» для снятия планетарного энергетического напряжения, аналогичного по функции разряду молнии – еще одной диссипативной структуре ¹. Молния образуется самопроизвольно, когда разделение электрического заряда между землей и верхними слоями атмосферы нарастает настолько, что разрушает градиент, создавая канал для потока энергии. Аналогично и жизнь создает канал для потока энергии, открывая совершенно новую область химических реакций (известную как органическая химия), способную лучше рассеивать накопленную геохимическую энергию.

По мнению Смита и Моровица, «коллапсирование к жизни» было таким же неизбежным и естественным, как течение воды вниз по склону до достижения ее самого низкого энергетического состояния. И подобно тому, как текущая вода образует русло в склоне холма, которое со временем углубляется, что приводит к увеличению силы потока, энергетические потоки тоже укрепляли химические каналы, которые мы называем метаболическими путями. По мере своего развития эти пути обеспечивали прочную основу для образования генетической и ферментативной сложности. Теория, выдвинутая Смитом и Моровицем, заставляет нас взглянуть на биологию в совершенно новом свете. Жизнь – это не просто какая-то молекулярная случайность. Это закономерный планетарный процесс, обеспечивающий решение для химически нестабильного абиотического состояния. Как выразилась Сара Уокер, их коллега из Университета штата Аризона, «жизнь – это не то, что происходит на планете; это то, что происходит с планетой»².

Эта термодинамическая парадигма, объясняющая абиогенез, может также помочь объяснить биологическую эволюцию и развитие экосистем. Поскольку геохимические процессы, порождающие жизнь, постоянно производят химическую энергию и поскольку на поверхность планеты постоянно поступает солнечная энергия, биология не просто приходит и уходит, как удар молнии или торнадо, а сохраняется и размножается, подпитываемая топливом – свободной энергией, которая поддерживает ее в организованном и работоспособном состоянии. По мере того как потоки энергии управляют диссипативной и биологической эволюцией на протяжении длительных промежутков времени, жизнь неизбежно находит способы использовать новые источники энергии, такие как солнечный свет, кислород, плоть и огонь³. Чем больше энергии начинает циркулировать по живой сети, тем больше энергии становится доступно для обеспечения самовоспроизведения, и организмы порождают больше организмов, а те в свою очередь порождают еще больше организмов, которые диверсифицируются и соединяются, образуя сложные пищевые цепочки.

Таким образом, экосистемы можно считать высокоуровневыми автокаталитическими наборами, в которых организмы и виды осуществляют коллективный метаболизм тем же циклическим способом, что и химически связанные биомолекулы в клетках. Вместе с тем, как автокаталитические сети живых существ «обновляют» свои компоненты посредством биологического размножения с мутациями, жизнь на Земле непрерывно регенерируется, диверсифицируется и усложняется посредством аутопоэтического процесса, то есть процесса самообновления. Мы вернемся к этой идее во второй части, когда будем обсуждать эволюцию биосферы, а сейчас стоит отметить, что история жизни – как и история самого космоса – это история циклов и уровней.

Это новое описание абиогенеза показывает, что переход от неживого состояния среды к жизни происходит не мгновенно, а в несколько этапов, по мере того как метаболизм постепенно, слой за слоем, выстраивает функциональную архитектуру. В грандиозной монографии «Происхождение и природа жизни на Земле», опубликованной в 2016 году издательством Cambridge University Press, Смит и Моровиц описывают этот поэтапный процесс развития как «каскад фазовых переходов».

Теория фазовых переходов и происхождение жизни

Термином «фазовый переход» описывается внезапное всестороннее изменение общей структуры системы и ее функционирования. Большинство людей знакомы с простейшими фазовыми переходами, которые изучают на уроках химии в средней школе, такими как превращение жидкой воды в лед при низких температурах. Во время этого фазового перехода молекулы H₂O принимают более стабильную и упорядоченную конфигурацию, переходя из жидкого агрегатного состояния в твердое. В природе есть примеры и более сложных фазовых переходов, когда группа взаимодействующих компонентов самоорганизуется в скоординированное и стабильное коллективное целое. Это происходит на разных уровнях абстракции. Упомянем часто встречающееся явление, за которым приятно наблюдать: полет стаи птиц, образующих меняющие форму геометрические паттерны, которые удерживают стаю и направляют ее. Мы также можем рассматривать возникновение человеческой цивилизации как большой фазовый переход, в результате которого поведенческий хаос коллапсировал в социальный порядок. Неравновесные фазовые переходы имеют решающее значение для истории космической эволюции, поскольку представляют собой механизм спонтанного возникновения новых уровней сложности и организации.

Как именно сложная система внезапно переходит в более организованное состояние, не совсем понятно, но это может происходить лишь тогда, когда компоненты системы коллективно взаимодействуют таким образом, что деятельность ее частей становится все более скоординированной и статистически связанной. Это не значит, что каждый компонент должен взаимодействовать со всеми своими соседями, однако все они должны быть связаны друг с другом таким образом, чтобы последствия локальных взаимодействий распространялись по всей сети подобно цепной реакции. Когда совокупный эффект этих взаимоукрепляющих взаимодействий достигает критического порога, то чисто механическим, но вместе с тем и весьма мистическим, если судить по внешнему виду, образом внезапно возникают глобальные паттерны синхронизированной активности, и система приобретает новое свойство или функцию, уместно называемую эмерджентным свойством.

Дополнительную загадочность явлению эмерджентности придает тот факт, что предсказать при помощи современной математики, когда произойдет переход, очень трудно или даже невозможно, поскольку процесс сдвига фазы включает в себя хаотические самоусиливающиеся циклы, которые нельзя точно вычислить или смоделировать. Это обусловлено эффектом бабочки, под которым понимается очень маленькое и, казалось бы, незначительное действие (такое как взмах крыла бабочки), но способное резко усилиться в результате хаотических циклов и вызвать торнадо на другом конце света. Этот эффект означает, что если вы попытаетесь смоделировать физическую систему с хаотической динамикой, то даже крошечная ошибка измерения, которую можно ожидать от любого мыслимого прибора, способна сильно исказить любой расчет будущего состояния системы.

По этой причине считается, что поведение живых существ, от пчел до людей, непредсказуемо не только на практике, но и в теории. Даже самый мощный компьютер в мире не может точно предсказать поведение жизни. Однако далекие от равновесия фазовые переходы можно предсказать в вероятностном смысле, используя новые математические инструменты неравновесной статистической механики, поэтому ученые исполнены оптимизма в том, что касается понимания и прогнозирования реальности, включая коллективное поведение агентов.

Поскольку хаотические петли обратной связи способны быстро увеличивать размер химической системы и ее метаболическую сложность, автокаталитическая сеть может претерпевать быструю последовательность фазовых переходов, если система приводится в движение достаточно значительным градиентом энергии. Под действием постоянного потока энергии сложность диссипативной химической сети неуклонно возрастает, формируются новые функции, и, наконец, самоорганизация порождает клетку.

Как и Джереми Ингленд, Эрик Смит и Гарольд Моровиц относят абиогенез к дарвиновскому процессу, который включает естественный отбор, влияющий на термодинамические вариации. Если фазовый переход приводит к коллективной конфигурации, улучшающей способность системы поглощать свободную энергию, которая ее поддерживает, то эта упорядоченная фаза будет сохраняться относительно других. Поскольку фазы, не улучшающие использование и рассеивание энергии, будут распадаться примерно так же быстро, как и появляться, то подвергающаяся усилению автокаталитическая система будет продолжать возвращаться к предыдущей стабильной конфигурации, пока не обнаружит превосходящее (более стабильное) состояние. А поскольку коллективные молекулярные структуры, способные извлекать доступную энергию, обычно более сложны, то прогресс в направлении все более нетривиальных диссипативных структур не является невероятным – в далеких от равновесия условиях он может быть неизбежным.

Вопросы и выводы

Эта точка зрения помогает объяснить, почему сформировавшаяся жизнь смогла выжить в суровой и изменчивой среде. По мере того как первая сложная адаптивная система эволюционировала в результате последовательных необратимых переходов, она постепенно становилась все более надежной, упорядоченной и разграниченной. Модель биологической эмерджентности с множественными фазовыми переходами изящно объясняет жизнь как ожидаемое следствие естественного эволюционного процесса, а не как результат божественного или статистического чуда. С помощью новой термодинамической теории жизни мы можем ответить на некоторые насущные экзистенциальные вопросы.

Была ли жизнь на Земле аномальной случайностью? Нет, биологическая жизнь – неизбежный результат диссипативной адаптации, автокатализа и неравновесных фазовых переходов. Эти организующие механизмы создали биохимический канал для устранения термодинамического дисбаланса, возникающего из-за накопления свободной энергии на освещенной Солнцем, влажной и геохимически активной планете.

Статистическая неизбежность возникновения как первого организма, так и биосферы не является результатом волшебства, однако не удивительно, если неравновесная динамика, которая обусловливает появление этих аттракторов, покажется кому-то волшебной. Мы можем семантически обоснованно сказать, что самоорганизация под действием энергии – это магия природы и естественного закона, истинная магия, и что ее мистическая эстетика возникает из человеческого восприятия неизбежного усложнения с течением времени и некогда немыслимой космической судьбы, подразумеваемой таким процессом, если он окажется фундаментальным и непрерывным. Единственное, что является предсказуемым или определенным, – это общий аттрактор, а не путь к нему. Камень на вершине холма обязательно покатится вниз по склону, но точная его траектория в значительной степени непредсказуема. Биосфера будет стремиться к появлению все более разумных видов, но эволюционный путь к общему интеллекту, вероятно, будет разным на каждой планете, производящей жизнь.

Есть ли жизнь на других планетах? Следует предполагать, что жизнь легко возникает на планетах с геохимическими условиями, достаточно схожими с теми, что наблюдались на Земле около 3,8 миллиарда лет назад. Вопрос в том, что подразумевается под «достаточно схожими» условиями? Некоторые эксперты по вопросам происхождения жизни, например Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона, подозревают, что «жизнь возникла бы теми же путями на любой солнечной, влажной и каменистой планете»⁴. Чтобы угодить скептикам, добавим еще одно условие: планета должна быть примерно размером с Землю и находиться приблизительно на таком же расстоянии от звезды аналогичного Солнцу размера. По скромным оценкам астрономов, только в галактике Млечный путь можно обнаружить миллиарды других «Земель», а в наблюдаемой Вселенной их триллионы. Даже если жизнь возникает лишь на небольшой части из них, все равно речь идет о многих миллионах планет с живыми организмами. А если мы хотим оценить, как долго обычно сохраняется жизнь на этих планетах, давайте вспомним, что на Земле она ни разу не угасла с тех пор, как возникла почти четыре миллиарда лет назад, несмотря на частые природные катастрофы и изменчивые химические условия. По этим причинам большинство ученых-биологов и астробиологов с оптимизмом оценивают наши шансы вскоре обнаружить следы жизни на какой-нибудь другой планете, возможно, даже в ближайшие несколько десятилетий.

Какова связь между жизнью и вторым законом термодинамики? Жизнь возникает в далеких от равновесия условиях, облегчая поток энергии и производство энтропии. Термодинамические расходы на создание и поддержание биологического порядка оплачиваются тепловой энтропией от рассеиваемого тепла, которое организмы постоянно выделяют в окружающую среду. Таким образом, жизнь и второй закон термодинамики могут сосуществовать в абсолютной гармонии. И они не просто мирно сосуществуют, а находятся в близких отношениях. Можно романтически представить, что, если бы энтропия могла разговаривать с жизнью, то она бы сказала: «Ты мне нужна», – а жизнь ответила бы: «Ты меня дополняешь».

Если жизнь была неизбежна, то почему клетка появилась лишь один раз в истории Земли? Хотя справедливо, что абиогенез, скорее всего, никогда не повторялся, верно также и то, что мы не нашли ни одного места на Земле, где бы не присутствовала жизнь, каким бы холодным, жарким, глубоким или неспокойным это место ни было. Свободная энергия существует почти везде. Даже внутри вулканов и в нескольких километрах под поверхностью Земли можно гарантированно найти какие-нибудь организмы, потребляющие энергию. Это позволяет предположить, что коллапсирование к жизни и последующее развитие биосферы сильно уменьшили энергетический дисбаланс планеты, устранив значительную часть термодинамического давления, которое обусловило возникновение жизни. Если бы мы могли взмахнуть волшебной палочкой и заставить всю жизнь внезапно исчезнуть, то нам не стоило бы удивляться, когда бы она в конечном итоге возникла вновь после накопления достаточного количества химической энергии и достижения критической точки. Если Смит и Моровиц правы, то распространение жизни напоминает развитие трещины.

Почему не удается создать жизнь в лаборатории? Жизнь сложна, как и геохимия. Воссоздать точные химические условия, существовавшие миллиарды лет назад, несомненно, трудно, как и воспроизвести экстремальные температуры и давление вокруг гидротермальных источников. Даже если вы все сделаете правильно, лаборатория позволяет экспериментировать лишь с небольшими образцами вещества. Сравните это с пребиотической Землей, на которой были многие километры областей высокой геотермальной и геохимической активности. Хотя воспроизведение абиогенеза в лаборатории – задача трудоемкая и дорогостоящая, нет оснований считать ее невозможной или недостижимой. Многие исследователи происхождения жизни теперь полагают, что это может произойти довольно скоро, возможно, в течение нескольких десятилетий. Как было бы здорово, если внеземная жизнь обнаружится примерно тогда же, когда ученые придумают, как создать ее с нуля?

Опровергая нарратив о том, что жизнь – своего рода статистическая случайность, эти новые эмпирические объяснения могут вернуть рационалистам чувство экзистенциального комфорта. Не обязательно быть неисправимым космическим оптимистом, чтобы найти духовное удовлетворение в идее о том, что жизнь является неизбежным результатом развивающейся и самоорганизующейся Вселенной. Она естественное проявление космического кода, а не аномальная случайность.

Впрочем, те же факты, которые успокаивают одних, других могут привести к иному выводу. В глазах космического пессимиста термодинамический нарратив, как он излагался до сих пор, изображает жизнь не чем иным, как навороченной диссипативной структурой и средством производства энтропии, не более удивительной или значительной, чем ураган или водоворот, и, вероятно, столь же преходящей. Когда звезды гаснут и солнечные градиенты, поддерживающие сложную жизнь, исчезают, вместе с ними исчезают сознание и интеллект. Разум говорит «до свидания», и Вселенная вновь погружается в сон, на этот раз вечный. Однако было бы ошибкой делать столь поспешный вывод. Живые организмы фундаментально отличаются от всех других диссипативных структур, возникающих в природе, потому что обладают агентностью – свойством, которое дает им возможность управлять своей судьбой.

Агентность меняет правила игры

Агентность трудно определить точно, но ее легко заметить и узнать. Если неодушевленные объекты движутся только тогда, когда их толкает внешняя сила, то движения систем, обладающих способностью к действию и называемых агентами, исходят изнутри и направлены к некой внутренней цели. Хотя некоторые диссипативные структуры, например ураганы и торнадо, имеют хаотичные и непредсказуемые траектории, способные на время ввести в заблуждение наивного ребенка и заставить его думать, что они живые, все же вскоре становится очевидным, что их затейливые блуждания на самом деле случайны и бесцельны.

Типичные диссипативные структуры – рабы законов физики и энтропийных сил, которые приводят их в движение. Автономные агенты, напротив, могут «сопротивляться» природе и заставлять вещи происходить, они обладают способностью влиять на реальность, что философы называют причинной силой. Точное определение этого термина – непростая задача для ученых и философов, но мы можем считать причинную силу способностью агента инициировать новые цепочки причин и следствий.

Поскольку неживая диссипативная структура не обладает причинной силой, она не может инициировать действия или контролировать физические события, что делает ее неспособной поддерживать себя, находя новые источники энергии, когда старые запасы иссякают. Живой же организм, когда свободная энергия, необходимая для его функционирования, иссякает в его непосредственном окружении, активно ищет ее. Это как если бы водоворот тянулся вверх и открывал кран, почувствовав, что запас воды вот-вот иссякнет, чего мы, конечно, никогда не наблюдаем. В сущности, неживые диссипативные структуры обречены на преходящее и незначительное существование и неизбежно распадаются, как только устраняются поддерживающие их градиенты и прекращается поток энергии.

Это означает, что живой агент может выбирать свой путь, двигаясь в полном соответствии с физическим законом, но не становясь его рабом. Камень всегда катится вниз по склону и никогда вверх, из-за силы тяжести, но то же самое нельзя сказать о чем-то живом. Это справедливо даже для простых организмов. Например, многие растения медленно, но неутомимо движутся в направлении Солнца, отслеживая его движение по небу каждый день, – это явление называется гелиотропизмом. Аналогично одноклеточные существа, например бактерии, плывут к источникам пищи и прочь от ядов – эта их способность известна как хемотаксис. Когда один энергетический градиент исчерпан, активно ищется другой. Вопрос о том, обладают ли такие простые системы хоть какой-то осознанностью или субъективным опытом, является предметом горячих споров (и обсуждается далее в этой книге). Однако вне зависимости от того, разумны они или нет, эти агенты действуют с определенной целью и намерением.

Психолог девятнадцатого века Уильям Джеймс ярко описал эту уникальную характеристику жизни с помощью романтической метафоры, вдохновленной произведением Шекспира:

Ромео тянется к Джульетте, как металлическая стружка к магниту, и если нет препятствий, он движется к ней по такой же прямой траектории. Однако, если между Ромео и Джульеттой возвести стену, то они не будут по-идиотски прижиматься лицами к ее противоположным сторонам, как в случае магнита и стружки… Ромео вскоре найдет обходной путь, перелезет через стену или сделает что-то еще, чтобы прикоснуться к губам Джульетты. Путь стружки неизменен; достигнет ли она цели, зависит от случайности. Для любовника неизменна цель, а путь может меняться как угодно.

В свете этого четкого поведенческого различия полное объяснение происхождения жизни должно отвечать на философский, но научно обоснованный вопрос: как именно молекулы обрели агентность, контроль и цель? Какой именно процесс наделил физическую систему целями и способностью их достигать? Если агентность действительно возникает в результате термодинамических механизмов, таких как диссипативная адаптация и фазовые переходы, тогда мы должны объяснить, как именно и почему.

Непомерная живучесть биологии

Еще одна загадка, которую нельзя объяснить, просто назвав жизнь диссипативной структурой, – это вопрос о том, почему жизнь столь потрясающе прочна и устойчива. Обычные диссипативные структуры быстро материализуются и распадаются, чаще всего на протяжении секунд, минут, часов или дней. Жизнь, напротив, ни разу не исчезала полностью с тех пор, как зародилась четыре миллиарда лет назад, и сейчас у нас есть несколько очень веских причин полагать, что она только начинается.

Большинству из нас внушали, что жизнь хрупка и ее существование всегда под угрозой, но это распространенное заблуждение, проистекающее, как это ни иронично, из чрезмерно антропоцентрического мировоззрения. Хотя это верно для отдельного организма или вида, это не относится ко всем экосистемам или биосфере в целом. Мы должны помнить, что жизнь – коллективное явление. Отдельные представители приходят и уходят, но паттерны организации жизни, поддерживающие когерентную структуру и функции, сохраняются бесперебойно. Биологическая сеть на Земле не просто не угасла, она процветает, несмотря на испытания бесчисленными стихийными бедствиями и многими периодами массового вымирания. После каждой катастрофической неудачи жизнь не просто восстанавливалась, а поднималась на новые высоты, всегда продвигаясь как в разнообразии, так и в сложности. Мы рассмотрим эту траекторию жизни более подробно в седьмой и восьмой главах.

Сказать, что жизнь устойчива, – значит ничего не сказать. Как только она закрепляется на планете, ее практически невозможно уничтожить. Если бы внезапно разразилась ядерная война, она вряд ли убила бы всех животных или даже всех людей, не говоря уже о жизни в целом. Даже если бы все граждане всех стран, как камикадзе, объединили усилия, чтобы уничтожить биологическую жизнь, забросав ядерными бомбами всю планету, они бы не достигли успеха. Эволюция просто начала бы все сначала. И если бы Солнце перестало светить, то микроорганизмы под поверхностью Земли выжили бы за счет тепловой и химической энергии, вырабатываемой ее недрами. Некоторые ученые даже считают, что жизнь сохранилась бы и в том случае, если бы вы разнесли планету на куски: бактерии стали бы космическими пассажирами на образовавшихся астероидах и в конечном итоге смогли бы засеять другие планеты.

Конечно, когда-нибудь в очень отдаленном будущем все звезды и планетарные процессы исчерпают свои источники энергии. Но если путь прогресса, который был таким устойчивым и надежным на Земле, типичен для обитаемых планет (что, как будет показано в следующих главах, почти наверняка верно), то к этому моменту, вполне вероятно, разумная жизнь научится использовать множество альтернативных источников свободной энергии, предлагаемых природой. Это захватывающая мысль, но мы забегаем вперед. Суть в том, что жизнь устойчива настолько, что кажется почти нелепым рассматривать ее как нечто случайное или аномальное, а не неизбежное и фундаментальное.

Чем объясняется потрясающая способность жизни оставаться далеко от равновесия в постоянно меняющейся, турбулентной среде? Как агентность позволяет жизни контролировать свою судьбу и избегать смерти и хаоса в течение миллиардов лет? Что же делает разумную жизнь столь неудержимой и (по крайней мере, на одной планете) в высшей степени преобразующей? Как бы ни казалось наивному наблюдателю, секретный ингредиент жизни – не какая-то неописуемая бестелесная сила, ингредиентами агентности являются информация и вычисления.

Размышления о жизни с точки зрения термодинамики привели нас к новой истории происхождения жизни – полностью естественной, но все же волшебной. Мы называем это естественное волшебство эмерджентностью. Первая биологическая система – отдельная клетка – возникла как диссипативная структура в далеких от равновесия условиях геохимически активной Земли. Как уже говорилось, такая самоорганизующаяся структура (а равно и все прочие диссипативные структуры) имела определенную функцию – способствовать потоку энергии и производству энтропии.

Абиогенез был не случайным продуктом одного крайне аномального столкновения молекул, а статистически неизбежным результатом эволюции автокаталитических химических систем во все более сложные формы посредством диссипативной адаптации и фазовых переходов; в конечном итоге был преодолен критический порог сложности и появилась самовоспроизводящаяся единица. В соответствии с этим нарративом жизнь возникает при наличии подходящих неравновесных условий, что наводит на мысль о том, что биологические организмы есть не только на Земле. Впрочем, жизнь может быть уникальной для планет с геохимией, подобной Земной. Это объясняет многое из того, что ранее было необъяснимо, но действительно ли мы полностью раскрыли тему происхождения и природы жизни в космосе? Является ли организм в его простейшей форме всего лишь сложным химическим водоворотом и не более того?

Ответ на этот вопрос – однозначное «нет». Поскольку свойства, действительно делающие жизнь особенной, не проявляются ни в одной другой диссипативной структуре, мы можем с уверенностью сказать, что нам все еще не хватает одного кусочка головоломки. Жизнь от всех других природных явлений, включая диссипативные структуры, отличают агентность и устойчивость к энтропийному распаду. Эти особые способности – различия, имеющие принципиальное значение для Вселенной, – можно понять, только введя понятие информации. Прежде всего именно способность получать, хранить, обрабатывать и передавать информацию отделяет живую материю от неживой. Обратившись к информации для объяснения агентности и надежности, мы можем пролить свет не только на то, как возникла жизнь, но и на то, куда она движется.

Такой подход поможет нам увидеть, насколько важна жизнь в картине мира. Если объективное значение физического явления может быть измерено величиной его космического воздействия, то как велико значение жизни? Является ли она в принципе несущественной или же играет важную причинную роль в эволюции, развитии и конечной судьбе Вселенной? Чтобы начать отвечать на этот сокровенный вопрос, мы должны мыслить о жизни как о системе обработки информации, которая вычисляет решения проблем выживания, – то есть как о вычислительной системе. Это описание применимо как на индивидуальном, так и на коллективном уровне. Биосфера, частью которой мы являемся, на самом деле представляет собой интегрированную глобальную сеть машин для обработки информации, исправления ошибок и решения проблем, которые в совокупности поддерживают жизнь и удерживают ее далеко от термодинамического равновесия.

Что такое информация?

Смещение акцента в сторону информации может показаться слишком резким отходом от термодинамического нарратива, который мы до сих пор развивали, однако это вполне логичное продолжение. Биологическая информация и термодинамика переплетены так тесно, что их невозможно разделить. Информация позволяет жизни непрерывно избегать равновесия путем извлечения энергии, самовоспроизводства, адаптации и обучения. Таким образом, в некотором смысле сама информация поддерживает каналы энергетических потоков, облегчающие производство тепловой энтропии из свободной энергии планеты. Кроме того, информация имеет прямое математическое отношение к энтропии, отлично соединяя многие очень разные, но взаимосвязанные концепции в единую космическую историю. Очевидно, нам многое предстоит объяснить, но давайте для начала разберем, что подразумевается под информацией, ведь, как и энтропия, это абстрактное понятие, которое люди могут наделять разным смыслом. Интуитивно мы все знакомы с понятием информации, потому что в современном мире мы окружены ею со всех сторон. Интернет, телевидение, музыка и журналы постоянно бомбардируют нас символами и стимулами, которые мы неизбежно обрабатываем. Зрительная и звуковая информация поступает к нам по сенсорным каналам, таким как глаза и уши, передающим ее по нервным путям к конечному пункту назначения – блоку обработки информации, который мы называем мозгом.

Однако информация делала свое дело в биологии задолго до того, как в ходе эволюции появился мозг. В школе нас учат, что каждая клетка содержит генетическую информацию, хотя такой вывод можно сделать, даже не зная, что такое ДНК. Например, из наблюдения, что младенцы всегда превращаются во взрослых, а семена – в растения, очевидно, что развитие организма направляется неким набором инструкций, заложенных в нем с самого начала. Кроме того, структурное и функциональное сходство между потомством и родителями подразумевает, что размножение – это процесс, в ходе которого передается такая информация. И, наконец, раз дети всегда выглядят немного иначе, чем их родители, братья и сестры, значит генетическая информация поступает в виде дискретных блоков, которые мы могли бы назвать «битами», некоторые из которых меняются (в результате мутации) в процессе самокопирования. Эрвин Шрёдингер осознал это и довольно подробно написал об этом почти за десять лет до открытия молекулы ДНК.

Любопытный исторический факт: Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон, открывшие химическую структуру двойной спирали ДНК, позже рассказали, что верное направление поиска им помогла выбрать книга Шрёдингера «Что такое жизнь?». Как физик Шрёдингер смог понять истинную природу биологии раньше биологов? Его идеи вытекали из размышлений о жизни с точки зрения термодинамики и информации, и именно этого нового взгляда на биологию мы будем придерживаться сейчас и на протяжении оставшейся части книги.

Объяснение жизни в терминах информации и вычислений кажется достаточно разумным, но, чтобы подход мог считаться научным, а не просто философским, мы должны иметь возможность количественно оценивать биологическую информацию и описывать ее на объективном языке математики. К счастью, у нас есть подходящие для этого инструменты благодаря развивающейся области науки под названием «теория информации».

Мера информации по Шеннону

Информация была формализована в виде четко определенной математической концепции в 1948 году, когда инженер Клод Шеннон, работавший в Bell Labs, опубликовал знаменательную статью под названием «Математическая теория коммуникации». Эта статья послужила основой, на которой вскоре была выстроена теория информации. Поскольку Bell Labs [Лаборатории Белла. – Прим. пер.], созданные корпорацией AT&T и давшие миру телефоны, в первую очередь занимались вопросами связи, Шеннон хотел понять, как с оптимальной точностью отправлять сообщения из одного места в другое по какому-либо каналу связи. Поскольку все каналы естественным образом генерируют «шум», частично искажающий закодированное в сигнале сообщение (как мы помним, природе вообще свойственно быть шумной), получатель сообщения может ожидать некоторой доли неопределенности относительно его истинного содержания.

Шеннон, однако, обнаружил, что можно уменьшить степень неопределенности, используя несколько способов «исправления ошибок», например отправляя дубликаты сообщения. Поскольку шум обычно вызывается случайными возмущениями, он влияет на каждую копию по-разному, поэтому, когда дублирующие копии сообщения принимаются и объединяются, большая часть поврежденной информации восстанавливается, и неопределенность в отношении исходного содержимого уменьшается. Согласно теории Шеннона, информация представляет собой «уменьшение неопределенности», а количество информации в сигнале соответствует величине неопределенности, которая была уменьшена после получения сообщения. Другими словами, неопределенность – это неведение, а информация – знание.

Чтобы прояснить эту концепцию на классическом примере, представим информацию, получаемую, когда кто-то подбрасывает монетку и наблюдает за результатом. Перед подбрасыванием монеты никто не знает, выпадет ли она орлом или решкой; шансы составляют пятьдесят на пятьдесят. Когда же она падает, и вы видите результат, то вы объединяете два вероятных состояния в одно четко определенное и при этом получаете ровно один бит информации.

Теперь вместо монеты, у которой есть лишь два возможных состояния, представьте, что вы, закрыв глаза, бросаете шестигранный кубик. В этом случае неопределенность выше, поскольку кубик потенциально может находиться в большем количестве состояний. Когда вы открываете глаза и видите, на какую грань он приземлился, вы в большей степени уменьшаете неопределенность, а следовательно, получаете больше информации.

Если конкретнее, то, увидев результат броска кубика, вы получаете примерно 2,6 бита информации, но давайте пока оставим за скобками математические подробности. Важно то, что объем полученной информации пропорционален количеству возможных вариантов – или количеству возможных сообщений, которые могли быть отправлены. По этой причине получение первого символа сообщения, закодированного в двоичном формате (1 или 0), дает гораздо меньше информации, чем первый символ сообщения, закодированного английскими буквами, поскольку в английском алфавите двадцать шесть букв и, следовательно, двадцать шесть различных возможностей.

Хотя мы только начали описывать информацию, физик, знакомый со статистической термодинамикой, уже мог заметить, что она имеет некоторые любопытные сходства с энтропией. Но указывают ли эти сходства на связанность двух понятий? Что ж, математическое уравнение Шеннона для вычисления меры неопределенности информации в сообщении является тем же выражением, которое используется для вычисления статистической энтропии Больцмана – меры конфигурационного беспорядка.

Эта формальная эквивалентность, на которую Шеннону впервые указал венгерско-американский эрудит Джон фон Нейман, не простое совпадение. Как говорилось во второй главе, чем более энтропийна система, чем более случайными, перемешанными и неупорядоченными являются ее компоненты – тем меньше уверенности в точном состоянии системы (ее микросостоянии) при простом наблюдении или измерении ее коллективных свойств (ее макросостояния). Это объясняется тем, что по сравнению с организованной системой существует гораздо больше вариантов расположения компонентов неупорядоченной системы без соответствующего изменения какой-либо глобальной характеристики, например ее общего внешнего вида, температуры или давления.

Логическое сходство между статистической неупорядоченностью Больцмана и количественной мерой неопределенности Шеннона навело фон Неймана на мысль, что меру неопределенности также следует называть энтропией, что делало этот термин еще более запутанным. Но отчасти это было сделано намеренно: фон Нейман сказал Шеннону, что, поскольку «никто не знает, что такое энтропия, в дебатах у вас всегда будет преимущество»¹. Итак, теперь появился третий тип энтропии, известный как энтропия Шеннона или информационная энтропия, и это мера неизвестности или неопределенности перед расшифровкой закодированного сообщения.

Связь между неизвестностью и энтропией приводит нас к важной идее. Если неопределенность математически эквивалентна беспорядку, а информация – это уменьшение неопределенности, то получение информации должно быть связано с уменьшением беспорядка. Это имеет смысл и на интуитивном уровне, поскольку знания не плавают в пространстве свободно. Значимая информация должна быть закодирована или воплощена в какой-либо физической структуре, такой как упорядоченный носитель или организованная система. В следующей части книги мы увидим, почему эта связь между информацией и энтропией действительно является ключом к пониманию происхождения жизни и ее эволюции в сторону усложнения.

Пытаясь измерить информацию, мы неизбежно сталкиваемся с проблемой: то, что мы считаем или не считаем информацией, представляется в некотором смысле субъективным или, по крайней мере, относительным. Сообщение информативно только в том случае, если оно сообщает получателям нечто такое, чего они прежде не знали. Очевидно, что руководство по выживанию содержит больше информации, чем книга такого же размера, в которой снова и снова повторяется одно единственное слово. Если сообщение насыщено избыточностью, то оно содержит не так много информации. Аналогично, если слова книги выбраны совершенно случайным образом, то ее содержание окажется всего лишь бессмысленным словесным винегретом – в нем тоже будет не так много информации. Определенно, не так много, как в руководстве по выживанию, верно?

Но что, если руководство по выживанию написано на английском языке, а взял его человек, понимающий только японский? Для него эта книга содержит не больше информации, чем если бы она была полной бессмыслицей. Или представим, что руководство по выживанию насыщено техническим жаргоном, поскольку написано для подготовленных бойскаутов? В этом случае в нем было бы больше информации, если читатель оказался бы бойскаутом, а не городским жителем без подготовки к выживанию или соответствующего образования. А что, если бойскаут еще и автор этой книги? Тогда она для него вообще неинформативна, ведь она не сообщит ему ничего такого, чего он уже не знал раньше. Как видно, классификация и измерение информации – порой нетривиальная задача.

Однако Шеннон, будучи инженером, нашел практическое решение проблемы, значительно упростившее эту задачу. Чтобы иметь возможность точно и объективно измерять информацию, он предложил просто игнорировать смысл передаваемого сообщения. Другими словами, его измерения игнорировали семантическую (значимую) информацию и фокусировались исключительно на синтаксической (символической) информации. Так, например, если закодированное сообщение было получено и декодировано без ошибок, то не имело значения, было ли это случайным набором букв или поэмой Шекспира. Покуда используется одна и та же система символов, а их количество и разнообразие в строке одинаково, так же одинаков и объем информации в сигнале.

Хотя Шеннон не предполагал объяснять биологию через информацию, ученым с междисциплинарным образованием потребовалось не так уж много времени, чтобы понять ее важность для жизни. Биологические структуры и процессы удалось точнее сформулировать и смоделировать на основе информационного подхода. Сегодня биологию трудно представить себе в отрыве от информации.

Живые системы – это информационные системы

Джон Мейнард Смит, один из великих британских биологов-эволюционистов двадцатого века, так описал влияние теории информации на биологию в интервью 1997 года, которое у него взял другой известный британский биолог-эволюционист Ричард Докинз:

В двадцатом веке биология стала все больше интересоваться именно информацией. Генетика отвечает на вопрос о том, как информация передается от поколения к поколению. Молекулярная биология занимается тем, как она преобразуется из ДНК в белок. Биология развития изучает то, как она преобразуется из набора белков в морфологическую структуру. А эволюционная теория, в сущности, посвящена тому, как информация попала туда изначально. Думаю, вы можете охарактеризовать двадцатый век в биологии как век, когда она стала наукой об информации в живых системах ².

Однако биологическая информация категорически отличается от того типа информации, который квантифицировал Шеннон. В частности, она имеет не только синтаксический, но и семантический характер. Как некоторое время назад отметили Мейнард Смит и Ричард Докинз, биологическая информация «значима» в том смысле, что она выстраивает организм, надежную систему структурной и функциональной сложности, и наделяет его инструкциями о том, как выживать в окружающей среде. С такой точки зрения жизнь – это биологическое оборудование, работающее под управлением программного обеспечения для выживания. Можно сказать, что ДНК содержит программу развития и поведения, а программам требуются коды, которые определяют и исполняют алгоритмы. Когда рождается муха, червь или какое-либо другое простое существо, оно автоматически взрослеет по заранее определенному пути развития, и его не нужно учить, как вести себя, чтобы продлить собственное существование, – оно инстинктивно знает, что делать. Наше новое термодинамическое определение жизни позволяет утверждать, что значимая биологическая информация – это такая информация, которая удерживает организованную систему от равновесия, неупорядоченности и распада.

Как всякая значимая информация, биологическая информация имеет ценность только в контексте. Без клеточного механизма и биомолекул, считывающих и исполняющих генетический код, информация бесполезна: несведущий наблюдатель счел бы ее случайным набором символов. А если организм поместить в физическую среду, сильно отличающуюся от той, в которой он эволюционировал, то его поведенческая программа окажется такой же бесполезной, как случайные биты. Чтобы понять, какое количество значимой информации действительно содержится в генах организма, нам нужно знать, как эти гены связаны с функционированием агента и его успехом в соответствующей естественной среде.

Но, принимая во внимание многообразие усложняющих факторов, как нам измерить биологическую информацию, чтобы ответить на вопросы «накапливается ли значимая генетическая информация в результате эволюции?» и «нарастает ли этот тип информации с усложнением систем?» Это помогло бы нам определить, должна ли жизнь на планете неизбежно становиться более разумной по мере того, как естественный отбор отсекает генетические вариации. Без понимания жизни в информационных терминах невозможно точно оценить ее космическое значение – то, насколько сильное влияние она способна оказать на будущую эволюцию Вселенной.

Конечно, методами Шеннона мы могли бы измерить количество синтаксической информации в нити ДНК. Поскольку ДНК представляет собой код, состоящий из молекул-нуклеотидов, которых существует всего четыре типа (обозначаемых буквами A, C, T и G), нетрудно подсчитать, что мы имеем два бита информации на каждый декодируемый нуклеотид. Если мы знаем количество нуклеотидов в геноме вида, определяемом с помощью генетического тестирования, то мы можем просто умножить это число на два, чтобы с удовлетворительной точностью оценить количество битов синтаксической информации в ДНК организма.

Хотя это может помочь ответить на некоторые вопросы, например, сколько места на жестком диске компьютера потребуется для хранения генетической информации определенного числа индивидуумов, это, похоже, совсем не отражает объем информации, которую мы определили как значимую – информации, влияющей на выживание организма. При такой оценке случайный и бесполезный набор из трех миллиардов нуклеотидов без какой-либо кодирующей функции содержит такое же количество информации, как геном человека, кодирующий очень сложные биологические структуры, функции и поведение. Игнорируя значение, метод Шеннона не учитывает знание, то есть причинную силу информации.

К счастью, здесь нам на помощь приходит теория сложных систем. Используя математические инструменты неравновесной статистической механики и теории информации, исследователи работают над количественными критериями оценки информации, учитывающими смысл и биологическую значимость. Например, ученые из Института Санта-Фе, в частности Артемий Колчинский и выдающийся физик Дэвид Уолперт, разрабатывают меру семантической информации, основываясь на подходе, известном как телеосемантика, согласно которому анализируемая система преследует некоторую цель. Для живых систем эта цель состоит в стремлении отдалиться от равновесия, что мы также называем выживанием. Уолперт и Колчинский формально определяют семантическую информацию как «синтаксическую информацию между физической системой и ее окружением, которая каузально необходима для поддержания существования системы»³.

По Уолперту, такая мера информации позволяет выявлять агентность, отличая живые системы от неживых, таких как камни, а также неорганические диссипативные системы, например ураганы и водовороты. Семантическую информацию такого рода иногда называют интенциональной информацией, но проще, пожалуй, считать ее адаптивной информацией или знанием, поскольку она уменьшает неопределенность окружающей среды и, следовательно, незнание сложной системы. Итальянский физик-теоретик и популярный автор Карло Ровелли взялся за дальнейшее уточнение меры информации Уолперта и Колчинского, и многие физики и специалисты по информатике наверняка последуют его примеру, как только станет ясно, что объяснение агентности и намерения является (если не полностью, то, по крайней мере, частично) математической проблемой.

Ученые из Висконсинского университета в Мэдисоне, в том числе Джулио Тонони, Лариса Альбантакис и Эрик Хоэл (в настоящее время работающий в Университете Тафтса), а также физики из Университета штата Аризона, в частности Сара Уокер и Пол Дэвис, разработали и усовершенствовали дополнительные количественные критерии информации, применимые к биологическим или когнитивным системам, такие как интегрированная информация и эффективная информация. Оба этих теоретических инструмента определяют, в какой мере то или иное состояние системы влияет на ее будущее состояние. Эти меры информации и энтропии могут не только помочь обнаружить агентность, но и количественно оценить способность системы к разумной деятельности и, возможно, даже степень ее сознательности. По этой причине мы вернемся к понятию интегрированной информации во второй и третьей частях.

Хотя эти критерии находятся только на начальной стадии, они показывают нам, что количественная оценка биологических знаний – информации, способствующей выживанию в далеких от равновесия условиях, – когда-нибудь может стать выполнимой задачей. Могут ли они также использоваться для определения того, действительно ли информация и сложность, ассоциируемые с жизнью, неуклонно увеличиваются в ходе эволюции? Можно ли применить их не только к организмам, но и к другим сложным адаптивным системам, таким как экосистемы или биосфера в целом? А как насчет интернета? Теоретически это вполне возможно, и популярность исследований в этой области быстро растет, хотя их практическое применение пока остается делом будущего.

Однако живые организмы не только хранят и передают информацию. Биологические агенты постоянно обрабатывают информацию или выполняют вычисления. Это означает, что возникновение жизни можно считать появлением первого в природе компьютера. Живые агенты могут кардинально отличаться от вашего ноутбука и смартфона в том, что касается материалов, конструкции и поведения, но они тоже являются вычислительными машинами.

Живые системы – это вычислительные системы

Любая живая организованная система для поддержания своего далекого от равновесия состояния должна быть способна решать ряд вычислительных задач. Прежде всего она должна находить способы постоянно извлекать энергию из шумной, изменчивой и в значительной степени непредсказуемой среды. Кроме того, она должна достигать этой цели, избегая угроз, таких как хищники или токсичные вещества. В противном случае она не проживет достаточно долго, чтобы создать свои копии, и переносимая ею генетическая информация будет утрачена. Мы вряд ли ошибемся, если скажем, что организм – это воплощенная программа извлечения энергии и предотвращения угроз. Если мы внимательно проанализируем, что требуется для выполнения этих важнейших задач, то начнем понимать, как именно в них задействованы вычисления, поэтому давайте рассмотрим это чуть подробнее.

Чтобы избежать смерти, распада и беспорядка, агент должен постоянно собирать и анализировать информацию о своем окружении и реагировать на нее походящим образом. По мере поступления данных об окружающей среде через органы чувств, сенсорная информация постоянно преобразуется в поведенческую реакцию, такую как действие или, в некоторых случаях, бездействие. Это происходит почти так же, как ваш ноутбук выдает запрограммированный ответ, например, запуская приложение или отображая текст или картинку всякий раз, когда вы вводите команду с клавиатуры или используете тачпад. Чтобы входные данные вызвали правильное поведение на выходе, живая система должна хранить в себе программу выполнения соответствующих алгоритмов. Биологические вычисления называются когнитивной деятельностью, а когнитивные способности – это обычно то, что мы имеем в виду, когда говорим об интеллекте. Когнитивная деятельность чаще всего ассоциируется с мозгом, но геномы также кодируют поведенческие программы, запускающие целенаправленную активность.

Давайте еще раз проясним вычислительную природу когнитивной деятельности на конкретных примерах. Люди, как сложные системы, вынужденные избегать равновесия, должны постоянно преодолевать трудности, связанные с поиском пищи – нашего источника химической энергии. Все это происходит совершенно естественно, и мы даже не задумываемся, что это предполагает сложные вычислительные процессы в любой момент времени. Поездка в продуктовый магазин не самый захватывающий пример, поэтому давайте представим первобытного человека, который охотится в лесу на кролика. Его мозг получает сенсорную информацию, поток визуальных образов кролика и леса, а также звуки движения, и вычисляет правильное ответное действие. Охотник делает все это без колебаний или сознательных размышлений, потому что инстинктивно знает, как реагировать. Следуя алгоритму – набору правил принятия решений, которые когнитивная система унаследовала или приобрела благодаря опыту, в данном случае для удовлетворения своих энергетических потребностей, – он способен приблизительно предвидеть или предсказать действия агента, который служит ему пищей.

Вычислительная работа в этом примере выполняется сложной сетью нейронов мозга. Но поведение, направленное на поиск энергии, присутствует во всех формах жизни, даже в тех, у которых отсутствует центральная нервная система. Мы уже упоминали, что многие растения имеют тенденцию двигаться навстречу свету (гелиотропизм), а некоторые виды даже выделяют токсины, когда чувствуют вредное насекомое или паразита. Эти реакции, по сути, представляют собой рефлекс, а рефлекс отражает алгоритм – алгоритм, который выполняется при поступлении тех или иных вводных данных.

Еще более простым вычисляющим организмом является бактерия Vibrio cholera, которая плывет к химическому источнику пищи и удаляется от токсичных веществ благодаря хемотаксису. У этого одноклеточного агента есть тело и маленький хвостик, называемый жгутиком, который работает как мотор, – вот практически и все. Когда она чувствует поблизости химическое топливо, то замедляет свой «мотор» и питается. Если же она не обнаруживает пищи, то жгутик шевелится, перемещая организм в произвольном направлении, пока он снова не почувствует пищу. В таких примерах не имеющие мозга организмы сами являются когнитивными системами, которые вычисляют решение проблемы удаления от равновесия, используя встроенную логику самой жизни. Способность принимать различные решения в зависимости от условий является очень примитивной формой контроля и базовым условием агентности.

Система, способная осуществлять контроль, называется кибернетической системой. В кибернетике, изучающей такие системы, они часто называются телеологическими из-за их целенаправленного, преднамеренного поведения. Термин «телеология», или цель в природе, восходит к Аристотелю. Когда-то считалось, что телеологией движет сверхъестественная или сознательная сила, направляющая систему к некой высшей цели, но область кибернетики показала, что целенаправленное движение может быть объяснено в механистических терминах. Цель представляет собой аттрактор в «ландшафте отбора», к которому система стремится эволюционировать, а телеологическое движение – это реализация возможностей биологических систем по обработке информации. Однако из-за распространенных в прошлом мистических ассоциаций современные ученые предпочитают телеологии термин «агентность», хотя эти понятия, по сути, идентичны.

Четкое определение кибернетики можно найти в названии книги математика Массачусетского технологического института Норберта Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» 1948 года. Акцент в ней сделан на регуляторных механизмах, таких как положительная и отрицательная обратная связь. Обратная связь порождает причинные петли, когда результаты действий становятся входными данными для последующих действий. Используя петли обратной связи, кибернетические системы могут быстро усиливать процессы, лежащие в основе самоконтроля и самообновления. Примерно в то же время, когда Шеннон формулировал свою теорию информации, Винер и его европейские коллеги, в том числе Карл Людвиг фон Берталанфи и Уильям Росс Эшби, разрабатывали научные концепции кибернетики. Мы вернемся к теме кибернетики во второй части.

Хотя в случае бактерии процесс контроля кажется простым, он возможен только потому, что в структуру ее организма встроена некоторая внутренняя модель ее окружения, хотя в данном случае это лишь крайне грубый набросок. Эту внутреннюю модель можно рассматривать как абстрактную карту мира, содержащую представления о важных для организма закономерностях окружающей среды. В случае агента с мозгом мы называем эту внутреннюю модель ментальной моделью. Но даже такие организмы, как бактерии, у которых отсутствуют сложные системы памяти мозга, рождаются с генетической памятью, позволяющей им «знать», чего избегать, а что есть или поглощать. Вообще говоря, именно имеющаяся у организма модель мира позволяет ему удерживаться вдалеке от равновесия, и в следующей главе мы узнаем, как такая модель возникает.

В этой главе мы развеяли многие мифы о том, что прежде казалось загадочным в концепции биологической агентности, определив жизнь в терминах вычислительных наук. Целенаправленное поведение – это результат семантической информации или биологического знания, закодированных в генах и мозге. Но эти ответы порождают новые вопросы. Чтобы получить полное представление о происхождении жизни, мы должны объяснить, как диссипативная химическая система эволюционирует в адаптивную систему. Как биологическая информация, вычисления и способность к прогнозированию появились в ходе термодинамических процессов, которые мы определили как механизмы, лежащие в основе абиогенеза? Как и почему сформировавшиеся термодинамические машины, хранящие информацию, затем эволюционировали во все более разнообразные виды, населяющие нашу планету сегодня, включая тот, представители которого достаточно разумны, чтобы интересоваться, как и почему они существуют?

Во второй части мы объясним не только, почему такие события произошли, но и почему они должны были со временем произойти в тех условиях. Возникновение когнитивных функций и даже интеллекта было так же неизбежно, как и возникновение жизни. Хотя на первый взгляд это утверждение может показаться загадочным, скептик может быть уверен, что в его основе лежит вполне механическое объяснение. Судьба жизни определяется формированием неравновесных аттракторов, которые постоянно создают сложность, сдерживая хаос. Хотя это объяснение не требует введения каких-либо новых фундаментальных законов физики, оно требует новых принципов, новых математических формул и сдвига парадигмы в осмыслении процесса эволюции и в том, что мы считаем эволюционным процессом.

Генетик и биолог-эволюционист двадцатого века Феодосий Добржанский, который помог модернизировать теорию Дарвина, математизировав ее и объединив с генетикой, произнес знаменитые слова: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Хотя это, безусловно, верно, поскольку биологическое разнообразие и сложность вряд ли можно понять в отрыве от концепции естественного отбора, столь же верно, что ничто в биологии или эволюции не имеет смысла, кроме как в свете термодинамики и информации. Если, как утверждается в этой главе, биологическое знание является найденным жизнью решением грозной проблемы энтропийного распада, то, следовательно, эволюция – это процесс производства знания. Эта простая идея приведет нас к единой теории космической эволюции, элегантно объясняющей происхождение, развитие и конечное будущее жизни.

Цифровая революция, происходящая сегодня, – последнее звено в длинной цепи революций в области обработки информации, уходящей в прошлое. Среди них – возникновение человеческих языков, половое размножение, рождение жизни, наконец, начало самой Вселенной. Каждая из них заложила основу для следующей, и все эти революции в сфере обработки информации, начиная с Большого взрыва, происходили благодаря естественной способности Вселенной обрабатывать данные.

Вычисляющая Вселенная с необходимостью создает сложность. Жизнь, пол, мозг и человеческая цивилизация возникли не случайно[7].

Сет Ллойд, Программируя Вселенную: квантовый компьютер и будущее науки

Добро пожаловать во вторую часть «Романтики реальности». Главный наш урок, пройденный на данный момент, заключается в том, что законы природы не только допускают существование жизни в местах с подходящими химическими условиями, но и делают жизнь неизбежной. Нам еще многому предстоит научиться, но изложенные концепции позволят понять, как и почему Вселенная буквально оживает в ходе непрерывного процесса космической эволюции.

Переосмыслив жизнь в термодинамических терминах (организмы представляют собой открытые, далекие от равновесия системы с круговоротом энергии, называемые диссипативными структурами), мы в значительной степени объяснили, почему биологическая форма и функция легко возникли из ранней геохимии Земли. Несмотря на всю его ценность, этот подход на самом деле мало что объяснил об агентности – целенаправленном поведении, движущем организмы к целям выживания.

Как объяснялось в предыдущей главе, философы называют такое целенаправленное поведение телеологией, но в практическом смысле телеология и свобода действий – одно и то же понятие. Если мы сможем объяснить происхождение агентности, мы сможем понять, как и почему возникает цель. То есть мы сможем натурализовать телеологию. В предыдущей главе мы узнали, что агентность становится возможной благодаря обработке информации, а не таинственному сверхъестественному духу, оживляющему организм, как энтелехия Аристотеля или жизненный порыв Анри Бергсона. Но это почти ничего не говорит нам о том, как возникла агентность или как она превратилась в нечто столь богатое, как агентность человека. Могут ли механизмы, лежащие в основе появления телеологии в простой жизни, пролить свет на тайну свободы воли?

Характеристики агентности

Раз уж мы зашли в мутные воды философии, давайте внесем ясность в то, что мы подразумеваем под агентностью, вновь сформулировав то поведенческое различие, которое отделяет неживые физические системы от живых. Как мы уже знаем, неживые предметы, такие как камни, всегда будут двигаться вниз под действием силы тяжести, если только на систему не влияет некая внешняя сила, противодействующая этому движению, например порыв ветра. Старшеклассники на уроке физики легко вычислят траекторию такого объекта, используя законы движения Ньютона, при условии что у них есть вся информация о силах, действующих на систему. Организм же движется по пути, который невозможно предсказать с помощью уравнений Ньютона. Живые существа могут взбираться в гору или плыть вверх по течению, вопреки силе тяжести. Жизнь никоим образом не нарушает законов физики, но и не является их рабыней. Причинная сила, наблюдаемая в биологическом мире, долгое время ставила в тупик ученых и философов, неспособных увязать преднамеренное поведение агентов с детерминированной «вселенной бильярдных шаров», которую описал Пьер-Симон Лаплас – французский математик, астроном и физик восемнадцатого века. Лаплас утверждал, что если все в космосе (включая жизнь) состоит из атомов, следующих законам движения Ньютона, то организмы не более свободны в выборе своей будущей траектории, чем бильярдные шары в выборе своего пути по столу. Цель этой книги – доказать, что Лаплас ошибался.

Хотя очевидно, что мы еще не вполне объяснили происхождение и природу жизни, мы, несомненно, приближаемся к этому. Теперь наш вопрос не только более целенаправленный и конкретный, но и выражен языком, который лучше совместим с количественными методами современной науки. Вопрос «как возникла жизнь?» превратился в «как появились биологическая информация и вычисления?». Или, если угодно, какой процесс превратил диссипативную структуру в автономную систему, способную воздействовать на мир и формировать свое окружение? Адаптивный агент простейшего вида, такой как бактерия, может не иметь сознательного представления о целях, которые он инстинктивно преследует. Но даже и в этом случае вычислительный или когнитивный процесс порождает направленное на поиск энергии поведение – целенаправленное и (в очень примитивном смысле) разумное.

Обычно мы связываем такие способности с мозгом и сознанием, но нам известно, что такое поведение появилось еще до того, как жизнь стала многоклеточной. Может ли происхождение агентности быть ключом к пониманию возникновения свободной воли и сознания – двух величайших научных загадок нашего времени? Если мы хотим разгадать эти извечные экзистенциальные головоломки, то мы должны начать рассматривать их с вычислительной точки зрения современной эпохи. Когда мы спрашиваем, как неодушевленная материя становится одушевленной, мы теперь понимаем, что на самом деле мы спрашиваем о том, как химическая система начинает обрабатывать, хранить и интегрировать информацию. Несмотря на достигнутый прогресс, этот вопрос так озадачивает ученых, что знающие о нем креационисты часто ссылаются на эту проблему как на явное доказательство сверхъестественного вмешательства.

Но не волнуйтесь, нам не нужно выходить за рамки науки, чтобы объяснить эту тайну. Предложенные концепции теории сложных систем, выведенные из неравновесной термодинамики, статистической механики и теории информации, вооружают нас всеми необходимыми для такого объяснения инструментами, которые понадобятся нам для успешного выполнения задачи. А объясняя загадочное происхождение информации и вычислений, мы также приступим к рассмотрению более масштабного вопроса, который действительно является основой всех экзистенциальных вопросов: насколько значима жизнь в большой вселенской картине? Может ли жизнь повлиять на развитие космоса в крупном масштабе? Согласно статистической интерпретации второго закона термодинамики Больцмана, все формы организованной сложности (не исключая и жизнь) обречены на распад по мере того, как Вселенная постепенно приближается к равновесию. Несомненно, что любой человек, у которого есть пульс, хотел бы знать: неизбежны ли всеобщая гибель и мрак, или жизнь способна вмешаться и проложить более обнадеживающую траекторию в космосе?

Жажда знания

Чтобы обладать причинной силой, без которой невозможна даже попытка такого колоссального сдвига, разумная система (система, способная воспринимать мир) должна обладать достаточными знаниями о том, как устроена Вселенная.

Только благодаря знанию, а конкретнее, знанию природы и ее законов, жизнь может преодолеть гору препятствий на пути к достижению господства во Вселенной. Обычно мы приобретаем такого рода знания в результате систематической процедуры, включающей в себя формулирование и проверку гипотез, и этот метод обучения, как вы уже догадались, мы называем наукой. Никто не знает наверняка, как далеко наука может продвинуть жизнь в космической битве с хаосом, но некоторые из самых уважаемых научных умов, как прежних, так и нынешних, считают, что ее потенциал может быть практически безграничным.

Приведем в пример классическую статью физика и лауреата Нобелевской премии 1963 года Юджина Вигнера под названием «Непостижимая эффективность математики в естественных науках» о той на первый взгляд волшебной или даже божественной силе, которой физика наделила человека. В этом знаменитом сочинении Вигнер замечает, что «огромная полезность математики в естественных науках граничит с таинственностью и не имеет рационального объяснения». Шестьдесят лет спустя другой прозорливый ученый – специалист по квантовой физике Дэвид Дойч из Оксфордского университета – в похожих выражениях говорил о бесконечном охвате научного знания и потрясающем космическом потенциале, который они создают для разумной жизни¹.

Дойч известен как отец квантовых вычислений – технологии, которая, как ожидается, в ближайшие десятилетия изменит мир. Он также считается ведущим сторонником многомировой интерпретации квантовой механики. В последние годы эта концепция становится все более популярной среди авторитетных физиков, привлекая таких известных представителей науки, как Макс Тегмарк и Шон Кэрролл. В коротком, но будоражащем ум выступлении на TED в 2019 году, провокационно озаглавленном «Вселенная пробуждается после миллиардов лет однообразия», Дойч заканчивает свою освежающе оптимистичную речь несколькими вдохновляющими словами: «Если и можно говорить о космической войне, то не так, как в этих пессимистических историях [имеются в виду религиозные доктрины. – Прим. пер.]; речь о войне между однообразием и новизной, между бездействием и творчеством. И в этой войне нашей стороне не обязательно проигрывать. Если мы применим свои уникальные способности к созданию объясняющих знаний, то мы можем победить». Влиятельный американский философ, ученый-когнитивист и закоренелый скептик Дэниел Деннет поделился этим выступлением в социальных сетях, добавив подпись: «Дэвид Дойч не всегда бывает прав, но в этом он прав»².

В подобном ключе часто высказывались и другие эксцентричные гении, например футурист Рэй Курцвейл из Google, который считает, что ускоряющиеся темпы развития технологий, столь очевидные, если принять во внимание, скажем, закон Мура[8], отражают неограниченный потенциал и буквально неизбежность научного прогресса. Такого рода надежные тенденции заставляют все большее число ученых считать, что эволюцию Вселенной нельзя точно предсказать без учета будущего разумной жизни. Одним из первых таких оригиналов был покойный великий физик-теоретик Фримен Дайсон, который прямо написал в 1980-х годах: «Вполне возможно, что роль жизни важнее, чем мы себе представляем. Жизнь, несмотря ни на что, может успешно преобразовывать Вселенную в соответствии с собственной целью»³.

Но знание – это не только то, что необходимо жизни для достижения высокой цели управления космосом. Как мы уже знаем, универсальная тенденция к неупорядоченности постоянно угрожает жизни с самого момента ее появления на планете. Чтобы оставаться организованной, не нарушая второго закона термодинамики, жизнь должна уметь постоянно извлекать свободную энергию, необходимую для избегания термодинамического равновесия. Превращая свободную энергию в отработанное тепло (тепловую энтропию), жизнь использует лазейку во втором законе Больцмана, что позволяет ей поддерживать локальный космический порядок в течение неопределенного периода времени. Однако, поскольку все природные условия постоянно колеблются и изменяются, часто непредсказуемым образом, извлечение энергии является непростой задачей. Чтобы получить свободную энергию для выживания, даже простые организмы должны иметь хотя бы элементарное внутреннее представление, план или модель окружающей среды, которые позволяют им находить энергию и избегать угроз. Как именно такое примитивное существо, как бактерия, обретает эти знания и власть над материей? Ответ на этот вопрос покажет, что эволюция, обучение и научный метод создают знания, используя общий механизм, и поэтому все они являются частью единого космического процесса, постоянно создающего сложные системы.

Объединяющая теория реальности

В этой части книги мы ответим на сформулированный выше вопрос и приступим к рассмотрению более общей проблемы космического значения жизни в свете теории генерации знания, объединяющей термодинамику, теорию информации и эволюционную теорию в единую концепцию. Результатом этой интеграции будет не что иное, как объединяющая теория реальности, которая объясняет сложность, познание, сознание и космическую эволюцию. Столь громкие заявления должны немедленно вызвать у читателя здоровый скептицизм, и это вполне ожидаемый психологический эффект. На данном этапе истории нам нужно мыслить критически, принимая во внимание важность критического мышления. Многие ученые утверждают, что у них есть некая «теория всего». Так что же отличает идею этой книги, а точнее, выгодно отличает ее в глазах рационального скептика?

Идеальная «теория всего» должна объяснять не только поведение фундаментальных частиц и взаимодействий, но и все природные явления, в том числе эмерджентные, такие как жизнь, разум, культура, наука и технология. Если объединяющая теория верна, мы должны увидеть согласованность или сходящиеся доказательства из нескольких разных областей науки. Биолог Эдвард Осборн Уилсон называл согласованность «единством знания», и именно к такому единству мы стремимся. Применительно к знанию не менее важно, чтобы теория основывалась на прочной эпистемологии.

Эпистемология – изучение знания – является преступно недооцененной областью философии. Эпистемолог интересуется не только тем, что такое знание, но и тем, как оно возникает и как определить его достоверность. Эпистемология самым правильным способом заставляет нас подвергать сомнению нашу интерпретацию реальности. Оправдано ли с логической точки зрения верить в то, во что мы верим? Часто мы не осознаем этого или никогда не приходим к такому осознанию просто потому, что даже не утруждаем себя постановкой этого вопроса.

В силу удовлетворения проблем эпистемологии объединяющая теория реальности – «теория всего», охватывающая биологию, психологию, социологию и технологию, – немедленно занимает привилегированное положение в широком спектре возможных научных объяснений. Почему? Дело в том, что она построена на тех же принципах, которые определяют качественную науку. Давайте подробнее рассмотрим тему эпистемологии, поскольку она объяснит это утверждение и приведет нас прямо к искомой объединяющей теории.

Проблема эпистемологии

Как мы обретаем знания о реальности? На первый взгляд, этот вопрос звучит вполне прямолинейно, но под ним подразумевается еще один вопрос. Что такое знание на самом деле? Казалось бы, убеждение о мире, о том, каков он есть или как он работает, может считаться знанием лишь в том случае, если оно верно, по крайней мере в каком-то приблизительном смысле. В сущности, убеждения, доказавшие свою ложность, не являются знанием. Но как мы можем с уверенностью знать, верны ли наши убеждения или нет? Разве большинство из нас не считает просто, что мы правы, веря в то, что мы делаем? Другими словами, откуда мы знаем, что то, что мы знаем, является знанием? Или способа узнать это просто не существует?

Эта расплывчатая философская проблема настолько фундаментальна, что может показаться тривиальной, хотя это совсем не так. Просто вдумайтесь, что подавляющее большинство людей считало главным источником знаний на протяжении большей части летописной истории. Вплоть до недавнего времени почти все люди обращались к религиозным книгам, чтобы коллективно объяснить окружающий мир и разобраться в сложной, сбивающей с толку и часто непредсказуемой реальности. Современные данные свидетельствуют о том, что к большинству из нас это относится до сих пор. Ключевая проблема организованной религии заключается в том, что сколько культур, столько и различных священных книг, и все они содержат разные ответы на одни и те же духовные вопросы, разные объяснения одних и тех же явлений, разные интерпретации одних и тех же событий, разные уроки, разные учения – ну, вы поняли. Поскольку логически все сразу не может быть истинным, или, по крайней мере, не в каком-либо точном смысле, то хотя бы часть информации в религиозных доктринах не может быть знанием – этот термин идеально подходит для информации, соответствующей фактам. Долгое время человечество просто не имело системы для оценки обоснованности тех или иных объяснений. Что делает одну теорию, философию или мировоззрение лучше других? Откуда мы знаем, во что верить?

Хотя этот крайне абстрактный, но одновременно и крайне практический вопрос уже рассматривали более двух тысяч лет назад, причем во впечатляющей массе деталей, древние греки, в частности Платон и Аристотель, эпистемология стала формальной отраслью философии лишь в девятнадцатом веке, благодаря Просвещению. Она явилась кульминацией двух столетий новаторской мысли великих первопроходцев современной философии и науки, таких как Рене Декарт, Джон Локк и Иммануил Кант в семнадцатом и восемнадцатом веках. Эти рационалисты и эмпирики поняли, что единственная информация, которой мы действительно можем доверять, – та, которую мы получаем непосредственно через органы чувств. Они считали достоверное знание результатом наблюдения реальности, личного опыта, способа познания, который по своей сути является качественным, субъективным и полученным из первых рук.

Это был значительный шаг вперед в нашем понимании понимания, но даже Декарт знал, что с чувственными данными есть серьезная проблема. История не раз показывала, что чувства могут обманывать, причем сильно. Земля круглая, хотя с нашей точки зрения это выглядит совсем не так. Этот шар, на котором мы все находимся, летит в искривленном пространстве, вращаясь вокруг Солнца, хотя мы этого совсем не ощущаем. На наш взгляд, Солнце всходит и заходит вокруг неподвижной Земли, и это доказывает, что внешним проявлениям и опыту не всегда можно доверять. На самом деле доверие обманчивой видимости создает нечто противоположное знанию – невежество. Вера в то, что Земля плоская, является своевременным примером такого невежества. Этот момент удачно возвращает нас к теории информации Шеннона – парадигме, способной внести столь необходимую ясность в нашу эпистемологическую загадку: знание – это информация, которую мы приобретаем, уменьшающая нашу неуверенность или незнание мира.

Такой подход звучит многообещающе, но если мы не можем доверять своим чувствам, то откуда нам знать, действительно ли некое убеждение или теория уменьшили нашу неуверенность? Есть ли надежный способ отделить знание от бессмыслицы? Такого рода трудные проблемы давно привели к тому, что некоторые философы, уместно называемые скептиками, отказались решать проблемы эпистемологии и, потерпев поражение, заявили, что объективного знания, истины или определенности не существует. Это отношение живет в философии постмодерна, ныне модной во многих кругах, и ее приверженцы точно так же заблуждаются. Хотя на их мнение нелишне обратить внимание, они не понимают, почему существует по крайней мере один тип знания, который, как мы наверняка знаем, приближается к точному описанию реальности.

Мы можем быть уверены, что знания, которые мы обретаем благодаря науке, действительно уменьшают нашу неопределенность в отношении мира, поскольку позволяют нам делать все более точные прогнозы, подтверждаемые наблюдениями и экспериментальными данными. Как мы уже установили, знание – это «информация, обладающая причинной силой», а научное знание, безусловно, обладает причинной силой, как никакая другая известная нам форма информации. Оно помогло искоренить многие смертельные болезни, построить глобальную коммуникационную сеть под названием «Интернет» и создать оружие апокалиптической мощи.

С космической точки зрения особенно впечатляет, что наука заводит жизнь невероятно далеко, например в открытый космос и на Луну, а в конечном счете, возможно, в любое место, куда мы захотим попасть. Говорят, «не попробуешь, не узнаешь» – что ж, за триста лет наука сделала то, чего религия и чистая философия не смогли сделать за три тысячи. Абсолютная уверенность и истина всегда могут остаться недосягаемы, но есть практический метод, постепенно приближающий нас к этому идеалу. Мы называем его научным методом, и он наделил нас способностями, которые любому жителю Земли до эпохи Просвещения показались бы великим колдовством.

Первым человеком, действительно увидевшим, что наука обладает ключом к проблеме эпистемологии, был Карл Поппер – британский философ австрийского происхождения, которого по праву можно назвать одним из самых влиятельных мыслителей двадцатого века, даже если большая часть этого влияния не вполне понятна. Поппер одним из первых определил или, по крайней мере, сформулировал общий механизм обучения, сделавший науку успешной, но даже он не предполагал, что этот механизм также объяснит эволюцию жизни, культуры и самого космоса.

Эпистемологические озарения Карла Поппера

До Поппера мы знали, что наука работает, но нам не приходило в голову спрашивать, почему или как. Очевидно, он знал, что этот вопрос достоин глубокой проработки, поскольку посвятил ему большую часть своей профессиональной карьеры. Он придавал столь большую важность роли науки в понимании знания, что хотел переопределить эпистемологию как философию науки. Некоторые ученые-философы, высоко ценящие эпистемологию, например Дэвид Дойч, считают, что ему это удалось.

Живя на заре развития теории Шеннона и кибернетики, Поппер говорил не только на языке традиционных наук (таких как физика, химия и биология), но также на языке информации и вычислений, что отлично соответствовало логическому и дисциплинированному подходу современной философии. Именно эта обширная и актуальная база знаний позволила ему увидеть связи, попросту невидимые для философов прежних лет. Раз уж мы знаем, что информация и вычисления тесно связаны с термодинамикой и энтропией, то давайте включим эти концепции в парадигму Поппера, когда настанет время.

Великое решение эпистемологической загадки, предложенное Поппером, скрывалось в самой постановке проблемы и находилось у всех прямо перед носом, но никто его не видел, потому что никто в действительности не знал, что именно ищет. Проблема того, как создаются знания, перестает быть проблемой, когда вы осознаете, что проблемы порождают знания. Давайте разъясним, что подразумевается под этим зацикленным утверждением. Проблемы, по словам Поппера, являются фундаментальной правдой жизни, а необходимость их решения мотивирует науку и ученых: «Мы всегда сталкиваемся с практическими проблемами; из них иногда вырастают теоретические проблемы, поскольку мы пытаемся решить некоторые из наших проблем, выдвигая теории»⁴.

Уже из одного этого предложения видно, что наука – это процедура урегулирования проблем путем генерирования возможных решений, которые мы называем гипотезами, теориями, моделями или предположениями. Поскольку никто не является экстрасенсом или всеведущим, одни из этих теорий оказываются правильными, а другие ошибочными. То есть некоторые возможные решения на самом деле будут ошибками. Но те из теорий, которые не ошибочны и которые дают полезные решения наших проблем, содержат информацию, определенно являющуюся не просто информацией, а настоящим знанием. Мы можем думать о науке как о накоплении информации, основанной на фактических данных и позволяющей нам видеть статистические закономерности и тенденции в природе, которые мы можем использовать для составления все более точных прогнозов. Таким образом, можно сказать, что функция или цель науки заключается в генерировании прогностических знаний.

Мы также могли бы охарактеризовать науку как процесс составления умозаключений. Это означает, что ученые делают логические выводы о том, как устроен мир, на основе подкрепленной фактическими данными информации, полученной в прошлом, но с постоянным осознанием того, что информация может приводить и неизбежно приводит к новым выводам и более глубокому пониманию. Это лучшее, что мы можем сделать перед лицом неопределенности. Тот факт, что наука способна надежно производить достоверные знания – в форме теорий или моделей, точно предсказывающих закономерное или вероятное поведение мира, – подсказал Попперу, что наука использует для решения проблем некий формальный метод, отличный от догадки или чутья. Другими словами, научный метод – это алгоритм, конкретный набор правил, следуя которым, можно найти решение определенного типа проблемы. Кулинарный рецепт и правила умножения – это примеры алгоритмов, используемых в повседневной жизни, хотя обычно мы думаем об алгоритмах как о наборах инструкций, используемых компьютерами для выполнения всех тех замечательных вещей, которые они умеют делать.

Поппер назвал используемый наукой алгоритм предположением и опровержением, но большинству из нас он известен просто как проверка гипотезы. Когда есть проблема, которая, по вашему мнению, может быть решена, вы делаете обоснованное предположение, а затем смотрите, можно ли опровергнуть вашу теорию – доказать ее ложность, проверив ее предсказания (и подвергнув ее критике). В сущности, когда мы проводим эксперименты, мы позволяем реальности определять, какие теории являются решениями, а какие ошибками, поэтому науку можно считать своего рода испытанием реальности. Давайте воспользуемся концепцией конфигурационного пространства из третьей главы, также известной как фазовое пространство или пространство состояний, чтобы лучше проиллюстрировать, как действует этот алгоритм решения проблем.

На абстрактном уровне ту или иную практическую проблему можно представить как задачу, решение которой находится где-то в пространстве возможностей и просто ждет, когда его найдет кто-то достаточно мотивированный и умный. Это может занять некоторое время, но если пространство возможностей – пространство возможных решений – постоянно исследуется эффективным способом, то в конечном итоге решение будет найдено. Это описание не просто абстракция. В области машинного обучения «эволюционные алгоритмы» работают именно таким образом и используются в той или иной форме во многих наиболее производительных системах искусственного интеллекта (ИИ). В этих приложениях метод обычно называется методом «порождения и проверки», а не «предположением и опровержением», но суть одна. Возможные решения (догадки) генерируются до тех пор, пока не будет найдено настоящее решение, и решения накапливаются в памяти, тогда как ошибки отфильтровываются и забываются. В науке решения – это теории или модели, точно предсказывающие какое-либо природное явление, и успешные из них накапливаются в рецензируемых журналах и учебниках.

Не стоит думать, что эти решения ведут к некой утопии, в которой наука решит все наши проблемы. По словам Поппера, наши решения всегда будут приводить к новым проблемам, потому что вслед за новыми объяснениями естественно возникают новые вопросы, о которых раньше и не задумывались. Но мы не должны позволять бесконечной цепи будущих проблем сбить нас с толку. Почему? Потому что каждое решение остается в коллективной памяти: в мозгах, книгах, технологиях и веб-страницах. Таким образом, прогнозирующие знания неуклонно накапливаются, наша коллективная неуверенность в том, как устроен мир, уменьшается, а наука порождает истинный прогресс. Повторю, этот прогресс не иллюзия; он также не является субъективным или относительным, то есть прогрессом только с точки зрения конкретной культуры. Научный прогресс объективен в том смысле, что он расширяет причинное воздействие агентности на материю и делает это, давая разумному обществу основу или модель для понимания (и использования) поведения мира природы. Теоретически этот прогресс поддается количественной оценке, поскольку увеличение знаний приравнивается к уменьшению незнания, которое, как нам известно из теории информации, может описываться математически как процесс уменьшения энтропии [Шеннона. – Прим. пер.].

Важно признать, что, хотя наука – это основанная на правилах процедура, она в значительной степени является творческим процессом. Предположение – это философское изобретение, весьма мистическим образом создаваемое разумом посредством умозаключений, которые мы называем тщательным размышлением. Однако до тех пор, пока гипотеза не проверена на соответствие реальности, она еще не является настоящим знанием, а лишь информацией, отражающей размышления. Знание – это информация с доказанной полезностью. Это то, что остается после устранения ложных теорий в ходе циклов экспериментальной проверки. Поскольку ученые постоянно проверяют свои гипотезы и корректируют свои модели для учета новых и неожиданных данных, возникает своего рода «петля обучения», которую статистики называют байесовским обновлением. В его основе лежит теорема Байеса, которую разработал английский статистик, философ и пресвитерианский священник восемнадцатого века Томас Байес. Байесовским обновлением называют математический процесс, в ходе которого принятая теория или прогностическая модель уточняется благодаря многократному тестированию конкурирующих вариантов этой теории.

Обновление модели соответствует обновлению уверенности в отношении ранее существовавших убеждений, и теорема Байеса дает нам формулу для точного расчета того, как должна измениться наша уверенность на основе сделанных открытий. Хотя рост научных знаний в целом следует этому уравнению лишь в неформальном и приблизительном смысле, эта метафора позволяет легко понять, почему технологический прогресс настолько стабилен. Наука далека от непогрешимости, но поскольку каждая область исследований постоянно самокорректируется и обновляет свои «убеждения» о мире, то рост знаний неуклонно сокращает пространство неведения. Согласно Попперу, знание приходит не из наблюдения, а из эксперимента, а практическая или теоретическая проблема всегда обеспечивает мотивацию.

Это кажется удовлетворительным ответом на проблему эпистемологии – мы получаем знания, формулируя и проверяя теории, которые решают наши практические и интеллектуальные проблемы и сразу же ведут к новым головоломкам. Решение Поппера – предположение и опровержение, – по-видимому, подразумевает, что знание может приобретаться только самосознающими существами, достаточно разумными, чтобы строить логичные теории об устройстве мира. Это кажется ужасно антропоцентричным, а вдобавок противоречит идее о том, что приобретение знаний является универсальным биологическим императивом. Очевидно, люди довольно много знали об успешной жизни в природе и обществе задолго до появления научного метода или логики умозаключений. Чем объясняются все практические знания, которые люди или, если уж на то пошло, все животные используют для решения основных задач выживания?

Давайте не будем ломать голову над этой дилеммой, поскольку эпистемология Поппера предсказывает, что решения всегда приводят к новым проблемам, и это относится в том числе к его собственному решению проблемы эпистемологии! Прогресс требует постоянного возникновения новых проблем, и эта частная философская проблема привела Поппера к новому озарению: научный метод – это усовершенствование того же общего метода, с помощью которого мы решаем проблемы на протяжении всей жизни.

Адаптивное обучение = проверка гипотез

Как только Поппер понял, что в основе генерации знаний, определяющей успех науки, лежит механизм предположения и опровержения, он пришел к выводу, что человеческое обучение, которое начинается с рождения и продолжается до смерти, использует тот же алгоритм решения проблем, хотя в литературе по психологии развития он называется методом проб и ошибок. Поскольку жизнь постоянно ставит перед нами новые задачи (скажем, необходимость попасть из одного места в другое, мотивирующая младенцев учиться ходить), то нам приходится все время пробовать новые поведенческие решения. Можно называть такие действия догадками о том, как выжить, или, если угодно, экспериментами по уклонению от равновесия, или даже предсказаниями устойчивости – и они нередко оказываются ошибочными.

Инстинкты могут примерно подталкивать нас в направлении решения, но сам по себе инстинкт не приведет нас именно туда, куда мы хотим, по крайней мере, не с первой попытки. Когда начальное поведенческое предположение не приводит нас к цели, мы пробуем опять, на этот раз с новой «теорией», которая, в сущности, является старой, но с небольшим изменением, исправлением или переделкой. Если она срабатывает, то поведенческое решение запоминается и сохраняется для использования в будущем – готовое к повторению, но также и к пересмотру при возникновении новых ситуаций, которые не заставят себя ждать. Таким образом, мы учимся на собственных ошибках. Это заставляет вспомнить реплику из фильма Кристофера Нолана «Бэтмен: Начало», когда Альфред пытается вдохновить Брюса Уэйна не сдаваться после неудачи: «Почему мы падаем, сэр? Чтобы научиться подниматься».

Как и проверка гипотез, решение проблем методом проб и ошибок исследует пространство возможных вариантов действий таким способом, который в некотором смысле является слепым (мы не знаем правильного решения проблемы заранее), но все же системным и, следовательно, эффективным, поскольку мы, естественно, начинаем с потенциальных решений, которые ближе к нашей отправной точке в пространстве отбираемых решений. Например, если ребенок тянется к бутылочке и чуть промахивается, он лишь слегка скорректирует свое поведение, что сводит к минимуму вероятность ошибки.

Даже когда мы получаем общее представление о новом поведении, наблюдая за другим человеком, как при имитационном обучении, все равно без проб и ошибок не обходится, поскольку выполнение новой двигательной команды само по себе является экспериментом в миниатюре. Не говоря уже о том, что все модели поведения, которым мы учимся у других, изначально появились в какой-то момент истории благодаря методу проб и ошибок. Знание, полученное в ходе такой реализации универсального алгоритма обучения, называют адаптивным поведением, и оно, подобно научным знаниям, накапливается за счет устранения ошибок и выборочного сохранения решений практических проблем.

По мере того как мозг кодирует адаптивную информацию в синаптических контурах, создаваемых сетями нейронов, наша ментальная модель мира, представление о реальности, которое определяет разум, непрерывно создается и обновляется в результате процесса, примерно аналогичного байесовскому обновлению. Одна из самых модных теорий в нейробиологии сегодня называется байесовской гипотезой мозга. Ее отстаивает авторитетнейший нейробиолог Карл Фристон из Университетского колледжа Лондона. Согласно пока недоказанной единой теории мозга, разумные системы естественно пытаются устранить неопределенность окружающей среды, ведя себя так, чтобы минимизировать ошибку прогнозирования (или степень «неожиданности», которую агент испытывает при столкновении с миром) и тем самым уточнять ментальную модель. Если говорить менее техническим языком, то мы, даже не задумываясь, постоянно делаем прогнозы о том, что произойдет дальше, и корректируем свое поведение, когда эти прогнозы не оправдываются, и это со временем делает нас (в идеале) более эффективными предсказателями. По этой причине адаптивное обучение, равно как и наука, – это процесс получения знаний, обновляющий и расширяющий жизненную модель внешней реальности.

Хотя байесовская гипотеза мозга весьма абстрактна, следует заметить, что это не просто какая-то чисто умозрительная и непроверяемая теория. В дополнение к растущему количеству подтверждающих свидетельств из областей нейрофизиологии и экспериментальной психологии байесовский подход к машинному обучению позволяет создавать системы искусственного интеллекта, превосходящие наши самые мощные алгоритмы глубокого обучения, когда дело доходит до широкого спектра практических задач. Хотя математическая формализация и цифровая реализация этой идеи находятся на ранней стадии, характеристика мозга как органа, выполняющего статистический анализ (т. е. «предсказания»), восходит к работам Германа фон Гельмгольца – немецкого физика-новатора и врача, увидевшего связь между адаптивным обучением и проверкой гипотез почти за столетие до того, как Поппер сформулировал ее более формально.

Если вам трудно поверить, что в эту мягкую штуковину внутри вашего черепа незримо встроена подробная модель внешнего мира, просто закройте глаза и представьте комнату, в которой находитесь. Это происходит немедленно и впечатляюще точно, не так ли? Теперь попробуйте уменьшить масштаб и посмотреть на район, в котором живете, с высоты птичьего полета. Далее представьте, как выглядит Земля из космоса. Это простое задание раскрывает лишь толику сложной модели мира, созданной вашим мозгом с начала обучения. Ваша способность выживать в сложном и проблемном мире, да и само ваше существование доказывают, что у вас есть некоторые знания, даже если одновременно у вас есть и разнообразные неоправданные, еще не проверенные убеждения.

Конечно, можно жить и не проверяя свои убеждения, но я бы не рекомендовал такую стратегию. Говорят, счастье в неведении, но только не тогда, когда реальный мир осаждает вас практическими проблемами со всех сторон. Если вы не хотите всю свою жизнь прятаться в темной комнате, избегая любой новой информации, способной поставить под сомнение или опровергнуть выбранное вами мировоззрение, то вам лучше быть готовым либо обновлять свои убеждения перед лицом новых доказательств, либо жить в постоянном когнитивном диссонансе. Поппер со свойственной ему проницательностью осознавал, что и наука, и адаптивное обучение генерируют знания в результате одного и того же механизма: многократной проверки гипотез или метода проб и ошибок. Но, опять же, это объяснение приводит нас к очередному парадоксу знания. Как жизни удавалось приобретать знания до появления мозга? Разве обучение возможно без него? Обычно мы думаем о биологической памяти как об уникальной особенности нейронных механизмов, из-за чего нам трудно представить механизм обучения, существовавший до возникновения центральной нервной системы, но даже крайне простые формы жизни, такие как бактерии и растения, демонстрируют целенаправленное поведение, что предполагает некую базовую программу выживания, закодированную в памяти. Проблема эпистемологии поставила перед Поппером проблему телеологии, идентичную проблеме агентности, которую мы пытаемся разрешить. Однако эта проблема привела его к главному прозрению, и нас она ведет туда же.

Эволюция – это процесс генерации знания

Ответом на этот парадокс, конечно же, является ДНК – первоначальная система памяти жизни. В отличие от памяти, хранящейся в нашем мозге, который приобретает новую информацию благодаря прожитому опыту, генетическая память накапливается в эволюционирующей популяции организмов на протяжении многих поколений в результате репликации с мутацией и естественным отбором, или вариации и селекции. Кибернетики, такие как Норберт Винер, называли адаптацию филогенетическим обучением еще в 1940-х годах, и это, несомненно, оказало сильное влияние на мышление Поппера. В биологии филогенез описывает эволюционную историю вида, в то время как его противоположность или, скорее, дополнение, онтогенез – эмбриологическое или когнитивное развитие индивида.

Онтогенетическое обучение (вид обучения, с которым мы лучше всего знакомы) происходит в течение жизни организма, оно происходит даже прямо сейчас, когда вы читате об онтогенетическом обучении! Мы уже узнали, что онтогенетическое (то есть адаптивное) обучение имеет в своей основе метод проб и ошибок, который эквивалентен алгоритму проверки научной гипотезы: предположению и опровержению.

Филогенетическое обучение, с другой стороны, опирается на вариации и отбор и происходит на уровне вида в течение поколений. Величайшее озарение Поппера связано с признанием того факта, что все эти механизмы на самом деле являлись одним и тем же, хотя осознал он это не сразу.

Сначала Поппер понял, что рост научных знаний является отражением эволюционного процесса, и в некотором смысле это казалось глубже, чем подразумевает обычное образное представление: «В науке… теории активно конкурируют друг с другом. Мы обсуждаем их критически, мы проверяем их и исключаем теории менее пригодные, по нашему мнению, для проблем, которые мы хотим решить; таким образом, только лучшие теории, наиболее подходящие нам, выживают в борьбе. Именно так развивается наука»⁵.

Как только Поппер понял, что наука, в сущности, дарвиновский процесс, он почти сразу обратил внимание, что биологическую эволюцию также можно интерпретировать как проверку гипотез. С тех самых пор, как на планете появилась жизнь, биосфера «занимается» примитивной формой науки, накапливая знания, основанные на фактических данных, путем проверки «воплощенных теорий», которые мы называем организмами: «Очевидно, что этот взгляд на прогресс науки очень похож на взгляд Дарвина на естественный отбор через устранение плохо приспособленных: через ошибки в эволюции жизни – ошибки в попытках адаптации, представляющей собой процесс проб и ошибок. Аналогично наука работает методом проб (создание теории) и устранения ошибок»⁶.

По правде говоря, сперва Поппер скептически относился к теории Дарвина, потому что ее было нелегко проверить и, следовательно, потенциально невозможно опровергнуть – с его точки зрения, эта теория не была научной. Но когда он понял, что предположение и опровержение, метод проб и ошибок, вариация и отбор являются функционально эквивалентными алгоритмами, ему стало ясно, что научный прогресс, адаптивное обучение и биологическая эволюция – это части единого процесса генерирования информации, снижающего неопределенность. Как выразился этот дальновидный философ науки, «от амебы до Эйнштейна один шаг»⁷. Из этого великого прозрения возникнет парадигма с беспрецедентным объяснительным потенциалом.

Эволюционная эпистемология: объединяющая парадигма

Концептуальное объединение Поппером понятий эволюции, познания и науки, которому также способствовали исследования кибернетиков, вдохновило натуралистический подход к эпистемологии, известный как эволюционная эпистемология. Его разработал в 1960-х годах когнитивный психолог Дональд Кэмпбелл, а развили зоолог и лауреат Нобелевской премии Конрад Лоренц и сам Поппер в последующие десятилетия. Согласно эволюционной эпистемологии, культурную и технологическую эволюцию, и даже эволюцию химических диссипативных структур, можно объяснить как результаты изменчивости и отбора, которые сегодня понимаются как алгоритм обучения. «Жизнь – это когнитивный процесс», – писал Лоренц ⁸. На этом этапе космического путешествия мы готовы представить радикальную идею, которая настолько разумна, что кажется даже тривиальной: все эволюционные процессы – это процессы обучения, а все формы обучения – это эволюционные процессы.

Это небольшое утверждение, возможно, и не кажется революционным, однако имеет весьма далеко идущие последствия. Функциональная эквивалентность между механизмами эволюции, обучением и наукой предполагает, что адаптация и научное знание, в сущности, одно и то же. Биологическая адаптация представляет собой знания об окружающей среде, а знания, приобретаемые благодаря обучению и науке, являются отражением адаптации к окружающей среде. Если вдуматься, нет значимого различия между адаптивной информацией и научным знанием: и то, и другое позволяет жизни предсказывать неопределенный мир, контролировать материю, сдерживать хаос и создавать порядок из беспорядка. То же самое свойство, благодаря которому жизнь способна покидать планету на космических кораблях, позволяет организму карабкаться в гору. Это свойство называется агентностью и возникает из информации, хранящейся в генетической, нервной или культурной памяти. Но каким образом вся функциональная информация в геномах появляется в результате случайной мутации? Креационист, несомненно, возразил бы, что такие сложные структуры, как сердце и глаз, не могли эволюционировать в ходе слепых и неуправляемых процессов.

Мутация во многих отношениях случайна, но эволюция – нет. Естественный отбор просеивает слепо сгенерированное разнообразие форм и находит функциональные соответствия между адаптивной системой и окружающей средой, между организмом и его нишей. Один из ученых, который многое сделал для демистификации телеологии и объяснял целенаправленность как продукт естественного отбора, – это нейроантрополог Терренс Дикон из Калифорнийского университета в Беркли, сказавший: «Эволюционный процесс не просто передает информацию в будущее, он генерирует ее динамически»⁹.

Эта общая идея так или иначе присутствует во всех основных научных парадигмах, пытавшихся за последние сто лет интегрировать биологию и эволюционную теорию с термодинамикой и теорией информации. Эти междисциплинарные области науки имеют разные названия: кибернетика, общая теория систем, эволюционная эпистемология, сложные адаптивные системы, универсальный дарвинизм, универсальная теория отбора, а также модный сейчас принцип свободной энергии. Но все они явно или косвенно трактуют естественный отбор как процесс, эффективно передающий информацию из окружающей среды в адаптивную систему.

Генерация знаний в результате слепой изменчивости и естественного отбора элегантно решает проблему эпистемологии и проблему телеологии, давая нам понятный механизм того, как организмы обретают точные внутренние представления (знания) о внешнем мире – тайну, которую отчаянно пытался разгадать Платон.

Адаптация кодирует знание

Все сомневаетесь в том, что адаптация – это, в сущности, то же самое, что знание? Отлично! Хорошего эпистемолога нелегко убедить. Давайте посмотрим, как выдерживает критику парадигма Поппера. Вспомним различие между семантической и чисто синтаксической информацией, которое мы провели в предыдущей главе. Чтобы считаться знанием, информация должна иметь значение, а чтобы иметь значение, информация должна быть о чем-то. Биологические знания – это заложенная в организмах информация о том, как выживать и размножаться в изменчивой среде. Именно «предметность», как это называют Дикон и Деннет, квалифицирует генетическую информацию, связанную с адаптацией, как семантическую или значимую информацию и, в частности, информацию, снижающую неопределенность, то есть знание. «В биологической эволюции полезная информация определяется постфактум в связи с ее способностью проходить через функциональный механизм исправления ошибок естественного отбора», – писал Дикон в своей знаменитой статье «Шеннон – Больцман – Дарвин: новое определение информации».

Давайте рассмотрим пару классических примеров из литературы по эволюционной эпистемологии. Обтекаемая форма тела дельфина, являющаяся продуктом хранящейся в его геноме информации, в совершенно буквальном смысле содержит знания о гидродинамике. Аналогично анатомия орлиного крыла содержит знания об аэродинамике. Мы не только можем с уверенностью утверждать, что инженеры видят знания в этих функциональных конструкциях; не стоит также сомневаться, что их строение послужило источником вдохновения для наших авиационных и подводных технологий. Неужели кто-то считает, что у нас сейчас были бы самолеты, если бы эволюция сначала не создала существ, способных летать? Мы можем лишь догадываться, сколько времени прошло бы до появления этих изобретений, если бы природа не снабдила нас превосходным набором «чертежей», вдохновлявших наши мечты о таких машинах.

Но если теории мотивируются практическими проблемами и если организм – это своего рода воплощенная теория, тогда какую проблему жизнь «пытается решить» посредством адаптации? Биолог назвал бы ее выживанием, но кибернетик предпочел бы слово «устойчивость», а физик говорил бы об избегании равновесия. Все это означает примерно одно и то же, но если мы не будем мыслить об организме как о системе, далекой от равновесия, которой для поддержания существования постоянно требуется энергия, то мы не поймем истинную роль информации в биологии.

Если предположить, что второй закон термодинамики действует повсюду во Вселенной, тогда всем живым организмам, всем мыслимым агентам присущ фундаментальный космический императив. К настоящему времени мы уже должны знать, как дважды два, что извечная задача любой упорядоченной системы – противостоять естественной тенденции к беспорядку. Если вы адаптивная система, то само ваше существование представляет собой экзистенциальную проблему, которую необходимо преодолеть.

Природа отбирает самые устойчивые конфигурации

Эрик Смит и Гарольд Моровиц описали эту экзистенциальную проблему в своей книге «Происхождение и природа жизни на Земле»: «В живых системах каждый уровень, от положения всех атомов и межатомных связей до контроля, репликации и отбора, постоянно подвергается флуктуациям, грозящим вывести его из состояния покоя». Это означает, что даже просто для сохранения, а тем более для репликации, динамическая система должна иметь устойчивую конфигурацию. Это понятие отбора ради устойчивости дает нам новый и более широкий взгляд на приспособленность. Один из популярных критических аргументов против теории естественного отбора Дарвина, часто обобщаемой словосочетанием «выживание наиболее приспособленных», заключается в том, что никто точно не знает, что такое приспособленность, поскольку стандартное определение является тавтологическим (циклическим) и, следовательно, бессодержательным.

В книге 2006 года «Безбожники: церковь либерализма» крайне правый медиаэксперт и профессиональный тролль Энн Коултер воспользовалась этой неоднозначностью в пассаже, который широко разошелся среди креационистов: «„Теория“ Дарвина – это, в общем, не что иное, как циклическое утверждение: в процессе естественного отбора выживают самые „приспособленные“. Кто являются „самыми приспособленными“? Те, которые выживают! Ну как же, смотрите, это ведь происходит постоянно!»

Этот аргумент – очевидная логическая уловка, однако она заставляет нас немного глубже задуматься о том, что именно эволюция оптимизирует с помощью вариаций и отбора. Формально говоря, приспособленность – это количественный показатель репродуктивного успеха, который можно точно рассчитать для любого организма в популяции, но это все равно мало говорит нам о том, что значит быть приспособленным. Докинз, который дал начало универсальному дарвинизму своей концепцией мема – парадигмы, ставшей практически синонимом эволюционной эпистемологии, – считает, что приспособленность можно понимать более широко как устойчивость: «Дарвиновское „выживание наиболее приспособленных“ на самом деле является частным случаем более общего закона выживания устойчивых»¹⁰.

Кажется, мы на верном пути, но что делает ту или иную конфигурацию устойчивой? Мы знаем, что для избегания равновесия система должна быть способна постоянно поглощать свободную энергию из шумной, колеблющейся, изменчивой среды. Чтобы выполнить эту задачу и поддерживать стабильное неравновесное состояние, адаптивная система должна получать информацию, уменьшающую ее незнание об окружающем мире или неуверенность в нем. Таким образом, проблема существования жизни – это проблема логического вывода. Чтобы сохраняться в устойчивой форме, жизнь должна учиться, причем она должна начать делать это сразу же, с самого момента своего возникновения.

Универсальное байесианство обновляет эволюционную эпистемологию

«Все биологические процессы можно истолковать как построение некой формы вывода, начиная от эволюции и заканчивая сознательной обработкой», – говорил Карл Фристон, чей принцип свободной энергии делает математику, лежащую в основе байесовской теории мозга, применимой к любой самоподдерживающейся системе, будь то земной или внеземной ¹¹. Этот принцип в сущности гласит, что для избегания равновесия адаптивная система должна заниматься байесовским обучением тому, как справляться с неопределенностью окружающей среды.

Проблема вечной неопределенности может показаться непреодолимым препятствием для жизни, но оказывается, что именно это и нужно биологии для неограниченного развития. Экзистенциальный вызов обусловливает избирательное давление, и если организованная система способна исследовать множество конфигураций, тогда она может изучать пространство возможностей в поиске решения своей термодинамической проблемы. К счастью для жизни на Земле, в окружающей среде всегда присутствует свободная энергия, которую можно сделать доступной для системы, поэтому ее извлечение – просто вопрос нахождения правильной конфигурации методом проб и ошибок.

С точки зрения Деннета, которую он называет интенциональным подходом (предсказание поведения системы через интерпретацию ее как агента с присущими ему целями), мы можем приписать биологической эволюции термодинамическую цель: посредством адаптации жизнь делает выводы, чтобы удержаться вдалеке от равновесия. Как писал более полувека назад французский биолог, лауреат Нобелевской премии 1965 года Франсуа Жакоб, организм – это «своего рода машина для предсказания будущего – автоматический аппарат прогнозирования»¹². Этот гельмгольцевский взгляд на жизнь предполагает, что, когда эволюционирующая популяция адаптируется к своей нише, геном вида как бы «обновляет» закодированную в нем модель окружающей среды, делая ее все более точной.

Поскольку природа сложна и в некоторой степени имманентно непредсказуема из-за скрытых причин, детерминированного хаоса и ограниченного объема памяти, имеющаяся в распоряжении организма модель в какой-то момент гарантированно потерпит неудачу, когда реальность застанет его врасплох чем-то неожиданным. Организм съедается хищником, ребенок не может дотянуться до бутылочки, научной теории не удается объяснить новые данные. Это означает, что модель, используемая для прогнозирования реальности, не вполне точна. Она содержит некоторое количество ошибок прогнозирования, которые необходимо исправить.

Итак, каково же решение? Пробовать что-то новое. Старая модель достаточно хорошо работала до определенного момента, поэтому не стоит отказываться от нее совсем. Нужно просто немного изменить ее и посмотреть, будет ли она работать лучше. Если это не уменьшит элемент неожиданности, исключить этот вариант и попробовать еще раз. Если ошибка прогнозирования уменьшена, заменить старую модель новой, чтобы она стала основной теорией и шаблоном для новых вариантов. Как только модель таким образом обновлена благодаря естественному отбору, адаптивному обучению или экспериментальному тестированию, мы можем сказать, что знания приобретены и неопределенность окружающей среды уменьшена. Итак, вырисовывается простая картина. Уменьшая энтропию Шеннона, или незнание, жизнь способна извлекать энергию, необходимую ей для уменьшения энтропии Больцмана, или неупорядоченности. Таким образом, рост знаний и распространение организованной сложности идут рука об руку. Второй закон термодинамики – это стимул к обучению.

Конечно, ни одна модель никогда не будет идеальной, поскольку природа полна зашумленных сигналов, а значит, ошибку прогнозирования можно в лучшем случае свести к минимуму, но не устранить полностью. Хорошо адаптированный вид подобен хорошо проверенной теории, которая временно принимается за истину, однако подлежит постоянному пересмотру или даже замене в случае необходимости. Дойч писал в своей захватывающей книге 1996 года «Структура реальности»: «Весь [научный. – Прим. пер.] процесс напоминает биологическую эволюцию. Задача подобна экологической нише, а теория – гену или виду, который в этой нише проходит проверку на жизнеспособность».

Конечно, ни жизнь, ни эволюционный процесс не имеют возможности заранее знать правильный ответ на конкретный вызов среды или даже то, что этот вызов существует, однако отсутствие предвидения или сознательного намерения не останавливает биологию от постоянного «угадывания». Благодаря чуду мутации – случайным ошибкам при копировании ДНК, вызванным солнечной радиацией или температурными колебаниями, – саморепликация неизбежно порождает генетические вариации. В результате каждый раз, когда организм размножается, эволюционирующая популяция пробует новый функциональный проект, который может оказаться или не оказаться инновационным.

Создание новых функциональных проектов можно интерпретировать как изучение геномом пространства возможных конфигураций в поиске решений задачи выживания, которые мы называем адаптациями. Посредством изменчивости и отбора биосфера непрерывно экспериментирует с новыми структурами, физиологическими функциями и инстинктивным поведением. Время от времени она натыкается на новое решение общей проблемы избегания равновесия. Поскольку мутации случайны или слепы в том смысле, что они могут либо помочь организму, либо навредить ему, многие из этих «экспериментов по выживанию» терпят неудачу¹³. Другими словами, организмы с неточными представлениями или моделями окружающей среды, имеющие дисфункциональные или неоптимальные программы извлечения энергии и предотвращения угроз, погибнут, не успев размножиться. Это просто естественный факт: до появления мозга, чтобы адаптивная система училась на своих ошибках, многим организмам приходится умереть.

Жизнь – это сигнал в молекулярном шуме

Организмы, прошедшие через фильтр естественного отбора, получают возможность размножаться и создавать копии своей хорошо адаптированной функциональной системы. Поскольку лучше адаптированные структуры, как правило, выживают дольше и создают больше собственных копий, адаптации естественным образом распространяются в развивающейся популяции. Возникающая в результате избыточность функциональных структур сохраняет общий шаблон организма, одновременно допуская инновации посредством мутаций. Это напоминает метод исправления ошибок Шеннона, описанный в предыдущей главе. Сообщение, отправленное по каналу, всегда частично искажается шумом, но поскольку шум случаен, каждую отправляемую копию он искажает по-разному, поэтому отправка дублирующих копий может позволить получателю точно восстановить исходное сообщение. В случае эволюции шум в канале не помеха, а источник генетических вариаций, делающих возможной постоянную адаптацию и новшества. В то же время генетическая избыточность сохраняет растущий статистический «сигнал», создаваемый устойчивыми паттернами прочной биологической организации на фоне молекулярного шума, хаоса и беспорядка.

Сравнение жизни с сигналом в информационной теории Шеннона не просто полезная метафора. Потенциально это способ количественной оценки эволюции и увеличения разнообразия и сложности в биосфере. Дикон объясняет это так: «Уменьшение генотипического и фенотипического разнообразия за счет дифференциального выживания и размножения определенных форм организмов (имеющих преимущество в данной среде) аналогично уменьшению энтропии сигнала в анализе Шеннона. Таким образом, в принципе, можно количественно оценить эволюционировавшую информацию и сравнить темпы эволюции информации»¹⁴.

В предыдущей главе мы представили телеосемантические информационные критерии Вольперта, Колчинского и Ровелли, и именно эти типы теоретических инструментов позволяют воплотить программу Дикона и Деннета в реальность. Схожие формулировки разработал канадский ученый Джон Кэмпбелл, автор книги «Универсальный дарвинизм: путь познания», показавший, что эволюционные процессы любых масштабов можно интерпретировать как байесовское обновление и описать с использованием уравнений принципа свободной энергии Фристона. Фристон и его коллеги по всему миру затем сами взялись за эту задачу, опубликовав за последние годы целый ряд важных статей.

Это означает, что богатая и всеобъемлющая математическая формализация эволюционной эпистемологии и универсального дарвинизма не только возможна, а уже существует, и эту количественную теорию генерации знаний мы можем назвать универсальным байесианством. Хотя все три названия соответствуют одной и той же формальной теории, каждая из характеристик дает нам более глубокое понимание природы адаптивной сложности. Вывод или предсказание является, по-видимому, еще одной объединяющей темой, столь же важной, как эволюция и обучение, поскольку обеспечивает логико-математические формализации, раскрывающие единство таких разнообразных дисциплин, как нейронаука, машинное обучение и происхождение жизни. В совокупности эти теории содержат все инструменты, необходимые для натурализации телеологии: эволюционный прогресс становится измеримым, открывая путь к некой физике цели.

Складывая фрагменты головоломки

Мы наконец готовы объяснить происхождение биологической информации и вычислений, и сделаем мы это с помощью рифмованного уравнения, которое поможет как в понимании, так и в запоминании:

адаптация = статистическая корреляция = взаимная информация = модели оптимизация = знаний генерация

История, которую рассказывают эти специальные термины, на удивление проста. В своем удостоенном награды эссе, написанном для конкурса Института фундаментальных вопросов (FQXi) на тему «Как бездумные математические законы могут порождать цели и намерения?», физик Карло Ровелли объяснил, что хорошо адаптированный организм – это организм, статистически коррелирующий с окружающей средой: «Бактерия, плывущая влево, когда питательные вещества находятся слева, и вправо, когда питательные вещества находятся справа, процветает; бактерия, плавающая наугад, имеет меньше шансов»¹⁵.

Это пример поведенческой адаптации, но структурные адаптации также усиливают корреляцию между видом и его нишей. Все мы интуитивно ощущаем эту взаимосвязь, даже если не осознаем этого. Если бы вам показали изображение животного, которого вы никогда раньше не видели, но у которого были бы жабры и плавники, а не перья и крылья, вы смогли бы уверенно предположить, в какой среде оно обитает. И наоборот, если бы вам показали пустую среду, которая бы выглядела знакомой, вы бы уверенно предположили, какие существа могут в ней обитать. Почему мы способны делать такие выводы? Потому что эволюционирующий организм формируется под воздействием окружающей среды и во многих отношениях является ее отражением. Философ сказал бы, что хорошо адаптированный вид изоморфен своей нише. Кибернетики и Фристон сказали бы, что организм – это модель его ниши.

Статистическая корреляция между конфигурацией организма и состоянием окружающей среды означает, что две эти системы обмениваются информацией. Основываясь на новаторской работе философа-эпистемолога Фреда Дрецке, полвека назад применившего теорию Шеннона к естественному отбору, Вольперт и Ровелли называют эту общую информацию взаимной информацией (также существует термин «относительная информация»). По мере того как вид приспосабливается к нише по форме и функциям, объем взаимной информации между организмом и окружающей средой растет, поэтому мы можем сказать, что адаптивная система «изучает» свою нишу. Для вида усиление корреляции с нишей означает получение большего количества знаний о ней, а значит, он становится более эффективным предиктором этой ниши. Семантическая информация – это взаимная информация, которая каузально необходима для выживания организма.

В своем влиятельном эссе «Концепция информации в биологии» эволюционный биолог и генетик Джон Мейнард Смит объяснил, как статистическая корреляция между двумя системами может создавать прогностические знания, также процитировав работу Дрецке: «Дрецке (1981) утверждает следующее: если некоторая переменная A коррелирует со второй переменной B, то мы можем утверждать, что B несет информацию об A; например, если появление дождя (A) коррелирует с конкретным облаком (B), то тип облака говорит нам, будет ли дождь».

Если слегка обновить это описание, чтобы оно соответствовало нашему байесианскому взгляду на жизнь, то можно сказать, что если адаптивная система коррелирует со средой, то адаптивная система хранит модель этой среды. По мере накопления в генетической памяти адаптивных решений для тех или иных вызовов среды, оптимизируется точность прогностической модели вида, снижается неопределенность окружающей среды и создаются знания. Итак:

адаптация = статистическая корреляция = взаимная информация = модели оптимизация = знаний генерация

Запомнили?

Теперь, когда мы понимаем уравнение эволюционной эпистемологии, мы можем увидеть, как естественный отбор «переносит» информацию из окружающей среды в развивающуюся биосферу и почему эта информация создает целенаправленное поведение, которое мы ассоциируем с жизнью и разумом. О том, всегда ли это целенаправленное поведение сопровождается некоторой степенью сознательного опыта, речь пойдет в части третьей, а сейчас давайте просто скажем, что нам не следует обязательно предполагать, что агентность подразумевает разум. Вместе с тем большинство согласилось бы, что мы не можем по-настоящему понять разум, не поняв истоков агентности. Чуть забегая вперед, скажем, что именно решение загадки агентности позволит нам позже разгадать тайну разума. Физик-теоретик Ровелли, известный работами в области квантовой гравитации, посчитал необходимым затронуть этот вопрос в своей статье:

Рассматриваемое здесь определение «значимой» [информации. – Прим. пер.] не относится напрямую ни к чему ментальному. Для появления чего-либо ментального нужен разум, а для появления разума нужен мозг и его богатая способность обдумывать информацию и работать с ней. Рассматриваемый здесь вопрос заключается в том, какова физическая основа информации, с которой работает мозг. Предлагаемый ответ заключается в том, что это просто физическая корреляция между внутренними и внешними переменными, влияющими на выживание либо непосредственно, либо, возможно, косвенно ¹⁶.

Но модель Вольперта, Колчинского и Ровелли объясняет, как функциональная информация и телеология возникают в результате дарвиновской эволюции, которая наступает после возникновения жизни. Итак, действительно ли мы объяснили происхождение агентности и вычислений? К счастью, мы можем применить ту же логику к диссипативной адаптации, термодинамическому механизму, имеющему дарвиновскую природу, из третьей главы, в которой описывается, как система неодушевленных частиц может начать проявлять коллективное стремление к энергии, которое мы наблюдаем в жизни.

Долгожданное объяснение происхождения жизни

Напомним, что диссипативная адаптация – это процесс спонтанной самоорганизации, возникающий, когда поток энергии выводит систему взаимодействующих молекул далеко от термодинамического равновесия. Принцип, лежащий в основе этого эволюционного механизма, сформулирован еще Пригожиным, но теперь у нас есть формальная модель для составления концепции того, как законы максимизации энтропии могут привести нас от множества взаимодействующих молекул к самовосстанавливающимся системам (автокаталитическим наборам), самовоспроизводящимся системам (организмам), а возможно, и дальше.

Глядя через призму эволюционной эпистемологии, мы видим, что диссипативная адаптация – фактически все формы самоорганизации – это процессы онтогенетического обучения, реализующие алгоритм изменчивости и отбора и, следовательно, неизбежно эволюционирующие на протяжении достаточно длительного времени к конфигурациям большей стабильности и функциональности (во всяком случае, это касается тех из них, которые сохраняются).

Черпая вдохновение из работ кибернетиков, социолог Дональд Кэмпбелл описывал самоорганизующиеся системы как адаптирующиеся в результате эволюционного механизма, который он называл «слепой изменчивостью и избирательным сохранением», что означает просто естественный отбор, благоприятствующий тем конфигурациям, которые обеспечивают стабильность.

При адаптивном процессе обучение происходит не в результате конкуренции, как при филогенетическом обучении, а в результате кооперации. По мере того как отдельные компоненты системы взаимодействуют друг с другом, элементы становятся все более взаимосвязанными, и коллективная система, которую они составляют, исследует различные конфигурации в пространстве состояний. Методом проб и ошибок эмерджентная система неизбежно находит конфигурации, лучше извлекающие энергию из неустойчивого, статистически зашумленного потока энергии. Поскольку состояния, поглощающие энергию, стабильны, выбираются именно они, а поскольку они создают энтропию, их труднее обратить вспять. Можете думать о диссипативной адаптации как о случайно колеблющейся системе, периодически «застревающей» в наиболее стабильных состояниях. Джереми Ингленд, формализовавший эту концепцию, объясняет, что структурная организация хорошо адаптированной диссипативной системы будет демонстрировать нечто подобное эволюционной истории таких труднообратимых переходов.

Модель Вольперта и Ровелли предполагает, что эти состояния должны коррелировать с процессами, идущими в термодинамической (энергетической) среде. В этом случае система, подвергающаяся диссипативной адаптации, является – в абстрактном, но математически точном смысле – отображением или моделированием окружающего энергетического ландшафта по мере его эволюции. Нет какого-то конкретного места, на которое можно указать и заявить, что информация начинается здесь, потому что информация распределена по коллективной молекулярной архитектуре формирующейся эпистемологической системы. Знание приходит в природу точно так же, как оно накапливается в процессе эволюции, познания и научных изысканий. Поиск методом проб и ошибок «находит» стабильные решения и записывает их в память, обновляя развивающуюся модель мира адаптивной системы. В важной работе Сьюзен Стилл и ее коллег 2012 года под названием «Термодинамика прогнозирования» этот базовый механизм описывался еще до того, как диссипативная адаптация получила свое название. Аннотация написана довольно техническим языком, но мы теперь должны быть концептуально готовы оценить ее:

Система, реагирующая на стохастический управляющий сигнал, может быть интерпретирована как вычисляющая имплицитную модель переменных окружающей среды посредством своего динамического развития. Состояние системы сохраняет информацию о прошлых флуктуациях окружающей среды, и часть этой информации позволяет прогнозировать будущие <…>. Наши результаты справедливы произвольно далеко от термодинамического равновесия и применимы к широкому спектру систем, включая биомолекулярные машины. Они подчеркивают глубокую связь между эффективным использованием информации и эффективным термодинамическим функционированием: любая система, сконструированная таким образом, чтобы сохранять память об окружающей среде и работать с максимальной энергетической эффективностью, должна быть предиктивной.

В статье, опубликованной в цифровом журнале Nautilus в 2017 году, Ингленд писал, что будущая цель состоит в демонстрации эмерджентных вычислений, в которых, как он объяснял, главное – прогнозирование: «Если нам удастся это сделать, аргументом будет то, что частицы в системе взаимодействуют таким образом, чтобы эффективно реализовать расчет будущего, основанный на прошлых статистических данных».

Эволюция как механизм логических выводов

В заключительной главе своей книги Моровиц и Смит предлагают математическую модель абиогенеза и эволюции как процесса выбора байесианской модели. Однако они не ограничивают процесс формирования вывода индивидуумами – сама биосфера занимается прогнозированием и обновлением моделей, чтобы удерживать сеть живых организмов вдалеке от равновесия. Понимание природы эволюции как механизма логических выводов может объяснить такие аспекты жизни, которые не рассматривались классической эволюционной теорией, например причину ее иерархической архитектуры и невероятной гибкости и выносливости.

Те, кто работают в области эмерджентных вычислений, например один из пионеров в области сложных систем Джеймс Кратчфилд, считают, что понимание того, как природа начинает делать выводы, может привести к важным прорывам в области искусственного интеллекта, нанотехнологий и вычислительной обработки данных в целом. По этим чисто практическим причинам нейроученые, психологи, философы и исследователи машинного обучения должны быть заинтересованы в понимании информационных истоков жизни. Этого можно достичь с помощью новой основы исследований, объединяющей эволюционную эпистемологию, универсальный дарвинизм и универсальное байесианство в рамках целостного вселенского нарратива, который, как мы увидим, способен связать жизнь, разум и космос.

Итак, вот оно: байесианское объяснение происхождения адаптивной сложности (жизни), агентности (телеологии) и вычислений (обработки информации), основанное на эпистемологической логике и формализованное с помощью количественных мер из теории информации и статистической термодинамики. На этом этапе нашей истории вы, возможно, думаете: «Это так много объясняет!» Или, наоборот: «Это не объясняет очень многое!» В любом случае вы правы. Наше путешествие только начинается, но теперь у нас есть прочная основа для объединяющей теории реальности, которая представляется одновременно глубоко дарвинистской и глубоко телеологической.

Дэвид Кракауэр, эволюционный биолог и президент Института Санта-Фе (Мекки для ученых, изучающих поведение сложных систем, а также вотчины для многих физиков мирового класса и специалистов по информатике, взявшихся решать задачу понимания адаптивных систем на всех уровнях), сформулировал этот новый взгляд на биологию в недавнем интервью: «Жизнь стремится представлять мир, в котором она обитает, а именно – кодировать реальность. Это то, что делает геном. Это то, что делает мозг. И я бы сказал, что первоначальный импульс к такого рода отражению Вселенной в живой материи пока не очень хорошо понимается».

«Эти ваши слова звучат настораживающе телеологично», – заметил ведущий подкаста Тоби Шеннан.

«Да», – ответил Кракауэр, – так и есть»¹⁷.

Словосочетание дарвиновская телеология, конечно, звучит парадоксально, но этот парадокс необходимо принять, если мы хотим осознать эволюционирующую Вселенную и наше место в ней. Превратив парадокс в принцип, мы можем понять неизбежный и неограниченный рост адаптивной сложности в космосе, подчиняющемся второму закону термодинамики. Можно назвать этот принцип «принципом Поппера», который основан на простой посылке: проблемы создают прогресс.

Мы начинаем с наблюдений, и если космос имеет наблюдаемое направление развития, отвергать этот взгляд явно непрактично. Не всегда есть известная конечная точка, но может быть вектор.

Гарольд Моровиц, Возникновение всего

Исследуя эпистемологическую тайну того, как жизнь приобретает знания, мы пришли к объединяющей теории реальности, бросающей вызов всему, что, как нам казалось, мы знали о Вселенной и своем месте в ней. Как покажут эта и следующая главы, это – теория создания неограниченного знания и настоящей «теории всего» в том смысле, что она объясняет эмерджентные явления, которые невозможно полностью понять или предсказать с помощью фундаментальных физических теорий, о которых мы так много слышим, например теории струн – предполагаемой «теории всего», а точнее, всего, кроме того, что особенно сильно нас интересует. Старая идея всеобъемлющей теории реальности основана на редукционистском предположении, что теория частиц и сил способна объяснить все, включая жизнь и разум. Но все, что может сделать такая теория, – это изобразить дело так, будто объяснять их не нужно. Мы видим, что такого рода единые теории не освещают процессы, лежащие в основе эмерджентных явлений, а вместо этого игнорируют их, как если бы они не были реальными, а являлись, как говорят ученые и философы, иллюзиями или эпифеноменами – вторичными эффектами или побочными продуктами, не имеющими причинного влияния на что-либо.

Редукционистская парадигма, по крайней мере в ее крайней форме, привела к немалому числу философских идей, которые большинство рациональных людей сочли бы абсурдными. Например, это идея о том, что мы ни в каком смысле не являемся авторами каких-либо своих решений или вершителями своей судьбы. Для догматичного редукциониста нереальна не только свобода воли, но и базовая агентность, и наука биология, и, если уж на то пошло, любая из других наук, таких как когнитивистика, психология, социология или экономика. Есть только физика элементарных частиц, а все остальное – просто история о реальности, которую мы сконструировали в своем сознании, чтобы придать смысл своему окружению в целях выживания. Обратите внимание, что уже в самом этом объяснении скрывается парадокс, ведь признается, что у нас есть разум и что действительно существует реальный эволюционный процесс, формирующий его ради выживания. Но весь смысл редукционистской философии в том, что эволюционный процесс сам является эпифеноменом! Гены тоже – просто истории, которые мы используем, чтобы придать смысл механическим траекториям частиц, по крайней мере, согласно этому нарративу. Реальность редукционистского мировоззрения противоречит реальности, с которой мы сталкиваемся в любой момент времени, и по этой причине оно оставляет всех своих последователей с когнитивным диссонансом и необходимостью прибегать к раздельному мышлению (компартментализации), словно религиозные фундаменталисты, чтобы привести свою косную идеологию в соответствие с правдой жизни.

Мы можем явственно увидеть редукционистскую позицию в словах физика-теоретика Брайана Грина, самого известного сторонника теории струн, который сказал в интервью New Scientist, рекламируя свою книгу 2020 года «До конца времен: сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной»: «Я думаю, очень важно признать правду, которая на самом деле заключается в том, что жизнь и сознание – это мимолетное явление на космологической временной шкале…»¹.

Можно с уверенностью утверждать, что, по мнению Грина, знание не способно оказать заметного влияния на Вселенную в целом. Другой точки зрения придерживается Дэвид Дойч, который пишет: «Этот (эволюционный) процесс может никогда не закончиться… нет никаких внутренних ограничений для прогресса и развития знаний»².

Интересно, что лишь один из этих блестящих физиков может быть прав. Если окажется, что генерация знаний продолжается вечно или просто может продолжаться вечно, то на горизонте встает беспрецедентная по своему значению смена парадигмы. Если Вселенная оживает благодаря распространению адаптивной сложности, тогда сама природа по своей сути созидательна.

Объединение вместо редукции

В отличие от редукционистских моделей, объединяющая теория реальности признает высшие науки реальными в том смысле, что они описывают реальные причинно-следственные явления, которые не могут быть предсказаны фундаментальными физическими теориями, такими как квантовая теория поля (или любая другая теория поля). Таким образом, вместо того чтобы отмахиваться от высших наук, сводя их к низшим до полного исчезновения, мы выберем другой подход, объединяющий дисциплины в рамках общего набора законов и принципов. Эти принципы описывают возникновение и эволюцию природных систем в терминах потоков энергии и информации.

Почему любая всеобъемлющая теория реальности должна учитывать жизнь в своей модели космической эволюции? Потому что знания расширили причинную силу биологии на Земле настолько, что маленькие части биосферы – люди в космических ракетах и рукотворные искусственные спутники – постепенно распространяются по солнечной системе. Это примеры того, что астробиологи называют антиаккрецией. Если аккреция означает, что гравитация планеты притягивает материю из космоса, то антиаккреция происходит, когда планета выбрасывает материю в космос. Как объясняет физик и исследовательница происхождения жизни Сара Уокер, антиаккреция обычно «требует осмыслителей, а конкретнее – существования физических систем со знанием законов Ньютона»³. Другими словами, мы имеем космическое событие, которое невозможно объяснить с помощью какой-либо физической теории, не учитывающей жизнь, интеллект и концепцию знания.

Алекс Висснер-Гросс – американский ученый, программист и предприниматель – выдвинул тот же довод в ходе мысленного эксперимента, которым он в 2013 году начал свое выступление на TED о связи между вторым законом термодинамики и эволюцией интеллекта:

Представьте, что вы инопланетная раса, которая ничего не знает о земной биологии, земных нейронауках или земном интеллекте, но у вас есть потрясающие телескопы, вы способны наблюдать за Землей и живете удивительно долго, так что можете следить за ней в течение миллионов и даже миллиардов лет. И вот вы замечаете очень странный эффект. Вы видите, что на протяжении тысячелетий Земля регулярно подвергается бомбардировке астероидами, вплоть до определенного момента. В какой-то момент, соответствующий примерно 2000 году нашей эры, астероиды, находящиеся на траектории столкновения с Землей, которые должны были бы упасть на нее, таинственным образом отклоняются или взрываются, не успев задеть Землю. Будучи землянами, мы, конечно, знаем, что причина этого была бы в том, что мы пытаемся спастись, предотвратив столкновение. Но если вы инопланетная раса, которая ничего этого не знает – не имеет никакого представления о земном разуме, – вам пришлось бы составить физическую теорию, объясняющую, как астероиды, способные разрушить поверхность планеты, в какой-то момент загадочным образом перестают это делать. Итак, я утверждаю, что это тот же вопрос, что и понимание физической природы интеллекта ⁴.

Объединяющая теория реальности – это одновременно теория космической эволюции и теория интеллекта. Но чтобы по-настоящему понять эту научную парадигму, центром которой являются знания, мы должны сначала разобраться, чем она отличается от принятой ныне парадигмы. Как я уже объяснял, большинство ученых и борцов за рациональное мышление по-прежнему придерживается редукционистского мировоззрения, хотя это, вероятно, скоро изменится. Такое мировоззрение противостоит любому виду телеологического мировоззрения, представляющего собой любую космическую модель, приписывающую Вселенной внутреннюю цель, жизни – имманентную волю, а эволюции – естественный вектор или направление.

В соответствии с редукционистской философией – а это, безусловно, философия, – Вселенная, в которой мы живем, сурова, хаотична и совершенно равнодушна к живым существам, которые являются всего лишь «счастливой случайностью». С этой точки зрения разумная жизнь – всего лишь временное статистическое отклонение от общей тенденции к росту неупорядоченности. Биосфера – это не что иное, как большая и сложная диссипативная структура, и, как все диссипативные структуры, она обречена быть недолговечной. Жизнь, имеющая некое космическое влияние, является при этом, статистически говоря, крайне маловероятным положением дел. По мнению большинства материалистов и редукционистов, агентность и сознание могут быть только эпифеноменами, а значит, не обладают причинной силой или космическим влиянием.

Интересно, что редукционисты, ищущие экзистенциального утешения, часто пытаются найти значимость в незначительности жизни. Например, поэтические слова Брайана Рэндолфа Грина красивы, но очевидно парадоксальны:

Жизнь и сознание – это мимолетное явление на космологической временной шкале, которое в некотором смысле заставляет нас чувствовать себя очень маленькими, очень незначительными, но в то же время едва ли не подчеркивает, на что мы, ничтожные существа, способны – рассказывать удивительные истории, помогающие нам справиться с собственной смертностью, собственной непродолжительностью. Именно этот двойственный взгляд на вещи – мы незначительны, но наделены разумом, способным дотянуться до самого края космоса, – может дать нам глубокое ощущение цели и искренней благодарности за то, что мы вообще здесь есть⁵.

Этот пассаж восхитительно ироничен, потому что именно тот факт, что наш разум может, по выражению Грина, «дотянуться до самого края космоса», наделяет жизнь уникальной способностью влиять на ее будущую эволюцию. Это та самая «непостижимая эффективность математики», которую Юджин Вигнер находил столь завораживающей. Много десятилетий назад Фримен Дайсон написал: «Невозможно во всех деталях рассчитать далекое будущее Вселенной, не учитывая влияние жизни и разума»⁶.

Жизнь не мимолетное мгновение

Предположение о том, что жизнь обречена на скоротечность и незначительность в масштабах космоса, как будто бы подтверждается одним из самых фундаментальных принципов природы – вторым законом термодинамики. Однако нарратив, возникающий из науки о поведении сложных систем (которая объединяет физику, биологию и нейронауки, описывая их в категориях термодинамики и информации), рассказывает другую космическую историю. Вместо того чтобы постепенно дрейфовать к более неупорядоченному и безжизненному состоянию, Вселенная, в которой мы обитаем, переживает преобразующий эволюционный процесс, который начинается до биологической жизни и выходит далеко за ее пределы.

Объединяющая теория реальности признает критически важное различие между адаптивной сложностью и обычными диссипативными структурами, встречающимися в природе, которые спонтанно возникают, поглощая градиенты, а затем исчезают, как призраки, не оставляя следов своего существования. По мере того как жизнь рассеивает солнечный градиент, биосфера эволюционирует, учится и становится все более устойчивой. Поклонникам старых фильмов ужасов может понравиться такое объяснение: адаптивная сложность противоположна «Капле» – аморфной массе органической слизи, поглощающей и растворяющей любую жизнь вокруг себя. Вместо того чтобы убивать организмы и превращать их в бездумную материю, жизнь превращает неодушевленную планету в живую, сначала порождая биологию, а затем технологии, помогающие жизни в ее космической борьбе за существование. По мере того как разумная жизнь неизбежно возникает, эволюционирует и распространяется в космосе, заселяя планеты и наделяя неживую материю информацией и разумом, космос постепенно начинает пробуждаться и вкушать плоды своего творения.

«Богохульство!» – вскрикнет убежденный редукционист. Большинство редукционистов считают, что модель Вселенной, где жизнь играет некую значительную роль, в корне противоречит натурализму – доктрине, согласно которой все явления должны иметь естественные, механические объяснения. Мы увидим, почему это совершенно неверно, но причину такого отношения понять нетрудно.

Поскольку естественные объяснения науки часто воспринимаются как противоположные сверхъестественным объяснениям религии, обычно считается, что научный взгляд всегда должен находиться в прямой оппозиции к религиозному взгляду, независимо от рассматриваемой темы. Если религия говорит, что жизнь особенная и что у существования есть внутренняя цель, то наивно предполагается, что наука должна утверждать обратное: жизнь лишь незначительная случайность в бессмысленной и преимущественно безжизненной Вселенной. Это ошибочное предположение (что модель, придающая жизни космическое значение, неотъемлемо религиозна) мы видим в цитате физика Шона Кэрролла из его выступления 2015 года: «Мы привыкли, что с точки зрения теизма жизнь играет особую роль во Вселенной, а с точки зрения натурализма жизнь очень незначительна. Надеюсь, вы и без меня знаете, что для Вселенной жизнь очень незначительна»⁷.

В ответ на это я процитирую Дэвида Дойча – коллегу Кэрролла: «Нет ничего более обманчивого, чем очевидный факт»⁸.

В книге «Структура реальности» Дойч выдвигает предположение, что жизнь действительно играет особую роль во Вселенной: «Теория эволюции, понимаемая в узком смысле, рассматривает нас как простые «машины» для репликации наших генов или мемов и отказывается отвечать на вопрос о том, почему эволюция стремится создавать все большую адаптивную сложность, или на вопрос о роли, которую такая сложность играет в более общем порядке вещей».

Фримен Дайсон дал несколько советов редукционистам, которым трудно смириться с новым космическим нарративом, представляемым в этой книге: «Если наш анализ отдаленного будущего заставляет нас задавать вопросы, связанные с высшим смыслом и предназначением жизни, тогда давайте рассматривать эти вопросы смело и без стеснения»⁹.

Вселенная: незавершенное произведение

Когда люди думают, что имманентная цель или прогресс в природе – это религиозная идея, дело тут в том, что у них нет ясного механистического видения эволюционного процесса. Они не понимают, что дарвиновская телеология не парадокс, а преодоление парадокса. Неизбежный прогресс возможен без какой-либо сверхъестественной или сознательной космической силы, направляющей эволюционный процесс. Как вскоре будет объяснено подробнее, надежность и вычислительная способность самокорректирующейся системы нарастают потому, что она постоянно решает проблемы выживания и сохраняет решения в памяти. Эти решения являются структурными (морфологическими), функциональными (физиологическими) и вычислительными (поведенческими). Если провести грубую аналогию, мы можем представить себе адаптивную сложность как программу искусственного интеллекта, играющую в шахматы, которая снова и снова терпит поражение, но, извлекая уроки из каждой неудачи, вскоре становится непобедимой. Как бы просто это ни звучало, большинство физиков или биологов просто не рассматривали это всерьез, в основном по идеологическим причинам.

Сет Ллойд, который, как и Дойч, является пионером в области квантовых вычислений, явно не считает организованную сложность чем-то мимолетным и не стесняется об этом говорить. Все потому, что его космическая модель признает причинную силу информации и вычислительную природу нашей Вселенной:

Куда ни глянь, всюду неимоверное разнообразие и сложность. Почему? Как Вселенная стала такой? Из астрономических наблюдений мы знаем, что начальное состояние Вселенной четырнадцать миллиардов лет назад было крайне равномерным, однообразным и простым. Так же просты и законы физики: все известные нам физические законы могли бы уместиться на одной футболке. Простые законы, простое начальное состояние. Так откуда же взялась вся эта сложность? Законы физики умалчивают об этом. И напротив, вычислительная теория Вселенной предлагает простое и непосредственное объяснение того, как и почему Вселенная стала сложной. История Вселенной с точки зрения революций в области обработки информации, каждая из которых естественным образом вытекает из предыдущей, уже намекает на то, почему вычислительная Вселенная неизбежно порождает сложность. Более того, мы можем математически доказать, что Вселенная, производящая вычисления, должна с высокой вероятностью порождать поток все более сложных структур ¹⁰.

С вычислительной точки зрения рост адаптивной сложности не кажется удивительным и, конечно, не нарушает никаких священных научных принципов. Но по социологическим и идеологическим причинам люди скорее будут возражать против идеи вычислительной Вселенной, неизбежно порождающей все более сложные структуры, если эта идея выражена обычным языком. Фраза о том, что «жизни суждено распространяться по Вселенной», попросту звучит религиозно, хотя мы можем механистически показать, почему такой результат не должен вызывать удивления, если мы посмотрим на картину в целом.

Американский изобретатель и футуролог Рэй Курцвейл без стеснения использует слово «судьба», описывая будущее Вселенной: «Очевидно, что физические законы нашей Вселенной именно такие, какими они должны быть, чтобы обеспечивать эволюцию возрастающих уровней порядка и сложности… В конечном итоге вся Вселенная будет насыщена интеллектом. Такова судьба Вселенной»¹¹.

Но не только футурологи, известные некоторой сумасбродностью, пытаются убедить научное сообщество в том, что жизнь имеет значение, причем не только для нас, но и для космоса. В резонансной книге «Сознание: признания романтического редукциониста» нейробиолог Кристоф Кох, главный научный сотрудник и президент Института исследований мозга Аллена в Сиэтле, пишет, что, по его мнению, «законы физики в подавляющем большинстве благоприятствовали возникновению сознания». Однако он не считает, что рост сложности на этом заканчивается: «Возникновение разумной жизни в большом круговороте времени было неизбежным. Тейяр де Шарден прав в своем мнении, что отдельные области Вселенной – если не весь космос – развиваются в направлении все большей сложности и самопознания».

Зная, что его заявление, скорее всего, спровоцирует радикальных редукционистов, Кох делает важную оговорку, которая должна рассеять опасения скептиков-телеофобов:

Я не говорю, что Земля обязательно должна была породить жизнь или что двуногие приматы с большим мозгом обязательно должны были бродить по африканской саванне. Но я считаю, что законы физики в подавляющем большинстве благоприятствовали возникновению сознания. Вселенная – это пока не завершенное произведение. Такое убеждение вызывает бесконечные жалобы у многих биологов и философов, но доказательства из областей космологии, биологии и истории очень убедительны.

Эти цитаты вторят космической философии французского священника-иезуита и палеонтолога Пьера Тейяра де Шардена, который в 1930-х годах написал поистине пророческую книгу о прогрессивной природе биологической и технологической эволюции под названием «Феномен человека». Она была опубликована после смерти автора только в 1955 году. Большинство ученых сходятся во мнении, что в ней Тейяр де Шарден предсказал появление интернета. Хотя атеисты и ученые раскритиковали его телеологический нарратив, католическая церковь сочла его эволюционную основу ересью, чем и объяснялась задержка с публикацией. Примерно столь же важными книгами были «Творческая эволюция» французского философа Анри Бергсона (1907) и «Эмерджентная эволюция» К. Ллойда Моргана (1927). Хотя они тоже подверглись резкой критике со стороны научного сообщества сразу после публикации, формирующаяся парадигма эмерджентности вновь пробуждает интерес к этим провидческим трудам.

Демистификация эволюционного прогресса

Мы можем ослабить аллергическую реакцию на телеологический вселенский нарратив, просто назвав жизнь более техническим термином «адаптивная сложность», ведь это описание проясняет, почему неизбежное возникновение и распространение жизни являются механистическими, а не мистическими процессами. Загадочный период сохранения жизни, длящийся четыре миллиарда лет, уже не так удивителен: биологическая жизнь процветает, потому что всегда учится, адаптируется и самокорректируется. Дарвиновский механизм изменчивости и отбора – это алгоритм решения проблем, который неизменно справляется с экзистенциальной задачей выживания во Вселенной, стремящейся к хаосу. Прогресс происходит потому, что второй закон термодинамики создает проблему, которая сама же порождает ее решение. Чтобы сохраниться, упорядоченная система должна адаптироваться. Поскольку жизнь всегда копирует свою форму с небольшими изменениями, она делает это плавно, поначалу без целенаправленного усилия или осознания.

Химическая, биологическая и технологическая эволюция, наряду с человеческим обучением и научным прогрессом, включают в себя накопление адаптивной информации (знаний) с помощью обманчиво простого дарвиновского механизма, который, как было показано, математически эквивалентен процессу байесовского вывода. Эта идея представляет собой базовую концепцию трех научных философий, которые на самом деле являются взаимодополняющими ракурсами единого космического нарратива.

Универсальный дарвинизм признает существование в природе эволюционных механизмов на всех уровнях, и, таким образом, подчеркивает неразрывность связи между неживой и живой материей. Вселенная в целом эволюционирует ко все более сложному состоянию, а вместе с жизнью распространяются знания, накопившиеся в памяти в результате постоянной адаптации. Можно утверждать, что универсальный дарвинизм Докинза и Деннета, освещающий процесс генерации знаний, эквивалентен эволюционной эпистемологии Поппера и Кэмпбелла, существовавшей до него.

Эволюционная эпистемология подчеркивает, что эволюционный процесс – это процесс обучения, а жизнь – это форма познания. Согласно этой парадигме, знания создаются непрерывно по мере того, как адаптивная сложность нарастает и распространяется по космосу. Вселенная пробуждается не из-за какой-то сверхъестественной или сознательной телеологической силы, а потому, что она развивается в ходе самокорректирующегося процесса, который экспериментирует, устраняет ошибки и кодирует в памяти решения для выживания (адаптации). Главный вывод заключается в том, что адаптация – это форма обучения, а обучение – это форма адаптации.

Универсальное байесианство – это обновление двух парадигм, которые ему предшествовали. Можете считать его своего рода «эволюционной эпистемологией 3.0». Эта интерпретация эволюционного процесса подчеркивает, что адаптивные системы хранят упрощенное представление или модель мира, в котором они обитают. По мере продолжения эволюции и адаптивного обучения жизнь, в сущности, делает статистический вывод и обновляет «представления» своей модели о мире байесианским образом. Принцип свободной энергии – фундаментальный закон универсального байесианства – дает нам математику, основанную на статистической механике, которая описывает, как должна вести себя жизнь, чтобы продолжать существовать. Она должна сводить к минимуму ошибки прогнозирования своей модели мира, и эта задача влечет за собой приобретение знаний об окружающей ее Вселенной.

Хотя все эти три философии описывают разные аспекты одного и того же базового процесса, они охватывают весьма разнообразные феномены, которые часто изучаются независимо друг от друга и редко признаются проявлениями единого универсального механизма, генерирующего знания и прогресс без сбоев и ограничений. Конечно, мы видим общую картину космической эволюции, но из одних лишь этих механизмов не вполне ясно, что прогрессивная эволюция неизбежна и многовариантна. Да, они объясняют, почему возникает сложность, но сами по себе еще не гарантируют, что этот процесс будет продолжаться бесконечно.

Интегрируя эти функционально эквивалентные теории в целостный космический нарратив, концепция эволюционной эпистемологии – универсального дарвинизма – универсального байесианства (EE-UD-UB) предлагает нам путь к достижению непротиворечивости. Ученые мечтали об этом с момента зарождения кибернетики, хотя можно даже сказать, что все началось с появления научного метода и идей Фрэнсиса Бэкона. Просто потребовалось около трехсот лет, чтобы наука и математика созрели до унификации этих дисциплин.

Кибернетика была первой настоящей формальной теорией адаптивных систем, и из нее возникла более универсальная общая теория систем – благородная попытка объединить науки, которую предпринял Людвиг фон Берталанфи, кибернетик, который вдохновился трудами своего коллеги Уильяма Росса Эшби, английского психиатра и основоположника кибернетики, примерно как Кэмпбелл вдохновился Поппером.

Хотя общая теория систем страдала от проблемы чрезмерной широты, она способствовала системному мышлению и посеяла те семена, которые впоследствии проросли в современную теорию сложных систем. Сосредотачиваясь на сложных адаптивных системах, теория сложных систем стремится объединить кибернетику и общую теорию систем с математикой хаоса, статистической механикой термодинамики и теорией информации Шеннона. Последняя итерация этой единой теории систем – эволюционный потомок всех предшествовавших ей объединяющих парадигм – вырастает из концепции EE-UD-UB. Мне хотелось бы думать, что Бэкон, Байес и Берталанфи одобрили бы эту обобщающую теорию реальности.

Натурализация космической телеологии естественным отбором

Следует подчеркнуть, что эта изначально телеологическая космическая модель никоим образом не оспаривает и не опровергает теорию эволюции Дарвина. Напротив, она продолжает начатую Дарвином интеллектуальную революцию, объясняя механизмы прогрессивных изменений во Вселенной во всех масштабах и во все времена – в прошлом, настоящем и будущем – как результат слепых вариаций и естественного отбора.

Космическая телеология никогда не подразумевала какой-то таинственной нефизической силы. Скорее, это интуитивное представление, что жизнь таила в себе информацию с космической причинной силой еще до того, как у информации появилось название. Теория естественного отбора не объясняет телеологию; она натурализует ее и подчеркивает ее механистическую красоту. Дарвиновский отбор является движущей силой эволюционного прогресса, как подозревали некоторые великие натуралисты двадцатого века, такие как де Дюв, Дайсон и Моровиц. Таким образом, мы больше не можем отождествлять идею целенаправленной Вселенной со сверхъестественной или религиозной теорией возникновения жизни. Но, как мы увидим в заключительной главе, вычислительная телеология тоже по-своему религиозна. Эйнштейн часто говорил, что он «глубоко религиозный неверующий». Это не обязательно парадокс. Безграничная созидательность природы может служить источником религиозного вдохновения для любого наблюдателя, осознающего, что он тоже является ее проявлением.

Однозначным подтверждением постепенного усложнения служит та же летопись окаменелостей, которая подтвердила великую теорию Дарвина. Сначала появилась одноклеточная жизнь, затем многоклеточные организмы, за которыми последовали млекопитающие и в конечном счете люди, сумевшие четко сформулировать такой процесс. Более того, хронология этих событий говорит о том, что темпы прогресса нарастают. По мере взросления биосферы новые уровни сложности, похоже, возникают все быстрее и быстрее. Взглянув шире, мы видим эволюционный процесс, который начинается медленно, но в конечном итоге становится взрывным.

Эта неоспоримая тенденция к повышению сложности заставила многих выдающихся ученых предположить, что существуют общие законы природы, которые ведут далекие от равновесия системы ко все большей сложности, точно так же, как существуют статистические законы, по которым равновесные системы становятся все более неупорядоченными. Многие из этих ученых связаны с Институтом Санта-Фе, как, например, Стюарт Кауфман, который несколько десятилетий назад предположил, что на Земле действует нечто вроде «четвертого закона термодинамики». В книге 2000 года «Исследования» Кауфман писал:

Не исключено, что существует общий закон для биосфер и, возможно, даже для Вселенной в целом. Назовем его потенциальным четвертым законом: «Усредненная тенденция такова, что биосфера и Вселенная создают новизну и разнообразие так быстро, насколько это возможно без разрушения накопленной распространяющейся организации, которая является основой и связующим звеном и благодаря которой дальнейшая новизна обнаруживается и включается в распространяющуюся организацию».

Рэймонд Курцвейл тоже заметил такой процесс, на который красноречиво указывали все данные. «Неугомонный гений», как его окрестил Wall Street Journal, очень уверенно говорит о том, что он считает неопровержимой истиной: «Эти признаки, нарастающие в геометрической прогрессии… это порядок и сложность… Это ускорение соответствует и нашим повседневным наблюдениям»¹².

Но как насчет событий, приводивших к массовым вымираниям? Не правда ли, что разумная жизнь обречена, поскольку они тоже кажутся неизбежными? Данные показывают, что массовые вымирания никак не повлияли на общую тенденцию к увеличению разнообразия и сложности биосферы, как отмечает биолог-эволюционист Анна Дорнхаус. Более того, они, по-видимому, только увеличили темпы прогресса. Этот феномен должен заставить нас задуматься, не являются ли такие катастрофические события необходимой частью эволюционного процесса, требующего, чтобы природа ставила перед жизнью подобные вызовы. Вспомните принцип Поппера из предыдущей главы: проблемы создают прогресс.

Однако такая квазиоптимистическая космическая перспектива непосредственно не следует из этого современного синтеза. Согласно традиционному представлению, не существует конкретного механизма, управляющего прогрессивной эволюцией, и нет явных математических оснований предполагать направление или вектор развития в сторону видов с более высокой сложностью и интеллектом, кроме того, что ожидаемо от статистического шума и растущей изменчивости около среднего значения. Эволюция, как ее понимает большинство биологов, просто означает адаптивные изменения, а произвольные или ограниченные адаптивные изменения не придают жизни вселенского значения. Для этого эволюция должна быть в некотором общем смысле прогрессивной, то есть процесс должен иметь направленность, которая позволяет жизни продвигаться ко все более функциональной и каузально эффективной форме.

Чтобы эта направленность появилась, последствия жизненных адаптаций должны быть кумулятивными, а усложнение и накопление знаний никогда не должны прекращаться. Доказать существование такой направленности трудно не только из-за отсутствия ясной, не вызывающей споров меры сложности, но и из-за отсутствия четкого определения. Это, пожалуй, самая большая проблема, с которой сталкивается объединяющая теория реальности. Однако «сложно» не означает «невозможно», и, как гласит мантра Дойча, «проблемы разрешимы». Проблема количественной оценки эволюционного прогресса не является исключением. Решив ее, мы продвинемся вперед.

Конечно, тем, для кого редукционистское мировоззрение – священная догма, некоторые из этих новых концепций поначалу покажутся кощунственными. Хотя тенденция к постепенному усложнению биосферы может показаться очевидной, многие теоретики эволюции по-прежнему отвергают идею о том, что репликация посредством естественного отбора неизбежно должна приводить к постоянному появлению все более разумных форм жизни. Хотя для таких возражений есть разумные причины, которые мы сейчас рассмотрим, сопротивление новым идеям, подтверждающим прогрессивную эволюцию, часто обусловлено скрытым давлением, требующим соответствия идеологической повестке, установленной атеистами, которые стремятся во что бы то ни стало защитить науку от разлагающего влияния организованной религии.

Эти благородные, но заблуждающиеся защитники логики и разума думают, что признание эволюции кумулятивным процессом с общим направлением равносильно признанию того, что природа движется к какой-то высшей цели. И поскольку они по умолчанию ассоциируют телеологию со сверхъестественной силой, а не с естественным термодинамическим, вычислительным и эволюционным процессом, многие не желают рассматривать какие-либо адаптивные механизмы, которые могли бы указывать на более значительный прогрессивный нарратив. По этой причине атеисты и скептики часто отвергают незнакомые механизмы, ассоциируемые с эмерджентностью, и тем самым становятся отрицателями науки, мало отличающимися от идеологов религии, которых они так презирают.

Аргументы против эволюционного прогресса

Одним из самых известных критиков идеи о том, что эволюция создает лестницу прогресса, был авторитетный биолог-эволюционист двадцатого века и популярный автор Стивен Джей Гулд, утверждавший, что естественный отбор сам по себе не усложняет организмы, а просто делает жизнь в целом более разнообразной, слепо посылая биологические структуры бесчисленными эволюционными путями во все стороны – по-видимому, произвольно и без направленности к какой-либо «высшей цели». Гулд уподоблял беспорядочное исследование жизни этими путями «случайному блужданию» пьяного матроса, который, шатаясь туда-сюда, иногда отклоняется в сторону большей сложности, а иногда – прочь от нее. По словам Гулда, одноклеточные организмы, такие как бактерии, лучше всего адаптированы, поскольку потребляют наименьшее количество энергии и, следовательно, у них самые низкие вычислительные затраты, а все остальные формы жизни являются лишь отклонениями от этого среднего значения. В подтверждение этой гипотезы он привел тот довод, что большинство организмов на планете – бактерии, и в случае глобальной катастрофы мы были бы стерты с лица земли, в то время как они, вероятно, уцелели бы.

Хотя Гулд превосходно выразил, как эволюционный процесс порождает удивительное разнообразие видов, сильно отличающихся по форме и функциям, он не преминул подчеркнуть, что любая видимость имманентного стремления к увеличению сложности является всего лишь «статистической иллюзией». Докинз деконструировал этот аргумент в (преимущественно лестной) рецензии на книгу Гулда ¹³, весьма убедительно защитив реальность эволюционного прогресса при помощи двух основных аргументов, которые мы попытаемся формализовать в этой и следующей главах. В сущности, эволюция в сторону большей сложности стимулируется накоплением адаптивных решений в биологической памяти (гены, мозг, культура и т. д.), а также неизбежными крупными эволюционными переходами, такими как переход от одноклеточной жизни к многоклеточным организмам и скачок от многоклеточных организмов к обществам, или социальным организмам.

Также Гулд решительно утверждал, что интеллект человеческого уровня – интеллект, способный изобретать технологии и в конечном итоге управлять собственной эволюцией, – был просто результатом случайности и поэтому вряд ли возник бы опять, если бы мы могли перемотать ленту времени и запустить эволюцию заново. Если Жак Моно – французский биолог двадцатого века, упомянутый в первой главе, – не верил, что Вселенная изобилует жизнью, то Гулд не верил, что биосфера изобилует разумом. Сказать, что он ненавидел идею о прогрессивности эволюции, было бы преуменьшением: «Прогресс – это вредная, укоренившаяся в культуре, непроверяемая, нерабочая, неразрешимая идея, которую необходимо заменить, если мы хотим понять закономерности исторического развития»¹⁴.

В замечательной книге научного журналиста Роджера Левина «Сложность: жизнь на грани хаоса» Гулд признавал, что его недовольство идеей лестницы прогресса проистекало из страха, что эта философия будет использована в страшных целях. Нетрудно понять беспокойство Гулда, родившегося в 1941 году, во время Второй мировой войны. В самом деле, Адольф Гитлер оправдывал свою евгеническую программу геноцида моральной философией, основанной на искаженной версии социального дарвинизма и ошибочном понимании концепции выживания наиболее приспособленных.

В гитлеровской интерпретации понятия лестницы прогресса – очевидном искажении эволюционной теории – некоторые расы превосходили другие, хотя Дарвин всячески старался донести до общественности, что наиболее приспособленные в этом контексте – не самые сильные и даже не самые умные, а лучше всего умеющие адаптироваться к переменам.

Герберт Спенсер – современник Дарвина и автор доктрины социального дарвинизма – был даже более знаменит и уважаем, чем Дарвин на пике своего успеха, хотя вышел из моды среди философов еще до того, как Гитлер неуместно заимствовал его идеи. Его вера в то, что общество эволюционирует в сторону большей сложности, считалась телеологической и потому мистической, хотя модель Спенсера была чисто механистической, ведь он не был верующим человеком.

После Второй мировой войны ученые в основном сходились во мнении, что эволюционное мышление должно ограничиваться биологией. Но, как неоднократно заявлял Деннет, дарвиновская логика подобна «универсальной кислоте» в том смысле, что ее невозможно сдержать: она неизбежно распространяется, образуя и трансформируя все новые и новые области.

Можно сказать, что Спенсер первым сформулировал теорию универсального дарвинизма, а в свете новых наук о сложных адаптивных системах и неравновесной термодинамики его идеи были скорее правильными, чем ошибочными. Конечно, они требуют некоторой корректировки. Новая версия великой теории Дарвина и Спенсера, включающая как конкурентную, так и кооперативную эволюцию (филогенетическое и онтогенетическое обучение), говорит нам, что по фундаментальным причинам сила в разнообразии. По первому впечатлению это звучит совсем иначе, чем понятие выживания наиболее приспособленных, но скоро мы увидим, что эти утверждения в действительности являются двумя сторонами одной медали.

Аргументы в пользу эволюционного прогресса

Многое из того, к чему клонил Гулд, верно, но это довольно очевидно. Как известно любому, кто изучал теорию эволюции, естественный отбор не всегда делает эволюционирующий вид более сложным. Если генетическая мутация создает адаптацию, которая упрощает строение существа, и это упрощенное строение повышает его приспособленность, то эта более простая форма и будет в итоге отобрана природой. Критики идеи прогрессивной эволюции, с подозрением относящиеся к ее телеологическому подтексту, часто приводят в пример акул и крокодилов, которые за многие миллионы лет существования не претерпели существенных изменений. Известно, что рыбы, мигрировавшие в пещеры, за долгие годы эволюции утратили зрение, таким образом став проще. Этот факт ясно иллюстрирует, что не все организмы и даже не большинство из них усложняются в процессе эволюции. Казалось бы, они просто становятся лучше адаптированными к той экологической нише, в которой им довелось обитать. Некоторые ниши представляют собой большое разнообразие вызовов, к которым необходимо адаптироваться, тогда как другие практически не таят в себе проблем. В результате некоторые организмы вообще почти не эволюционируют.

Как отметил американский журналист и писатель Роберт Райт – известный критик позиции Гулда, – никто в здравом уме не утверждал, что каждый вид обязательно становится более сложным и разумным. Космические телеологи, будь то религиозные или светские, не считают, что тараканы эволюционируют, становясь более разумными или человекоподобными. Это классическая подмена тезиса. Однако людям, даже ученым, трудно оставаться объективными, когда им кажется, что на карту поставлена судьба человечества. Ирония в том, что нападки Гулда на телеологию были вдохновлены его собственной телеологией – экзистенциальной целью, побуждавшей его бороться с парадигмой, которая, по его мнению, могла угрожать прогрессу.

Резюмируя, можно сказать, что Гулд, как и Моно, был одновременно прав и неправ. Он был прав насчет многих биологических деталей, но ошибался в интерпретации более общей картины, подразумеваемой этими деталями. Хотя он справедливо отмечал, что естественный отбор не ведет каждый вид к усложнению и большинство видов остаются довольно простыми, он заблуждался, делая из этого вывод, что эволюция также не обязательно порождает более высокие уровни вычислительной сложности и интеллекта. Этот необоснованный вывод распространен среди биологов-эволюционистов, сознательно или неосознанно находящихся под влиянием риторики Гулда, и обычно он проистекает из двух основных ошибок.

Первая ошибка – игнорирование или преуменьшение того факта, что процесс, постоянно порождающий большее разнообразие видов, также систематически увеличивает сложность наиболее сложных видов. Интегрировав термодинамику и теорию информации в наше представление о дарвиновской эволюции, мы начнем понимать, почему можно ожидать, что любая биосфера, достаточно долго выводимая из равновесия потоками планетарной энергии, произведет на свет вид с общим интеллектом. Это, надо признать, смелое утверждение, однако мы покажем его логическую неизбежность. Чтобы разобраться, почему это так, мы должны понять принцип кибернетики, известный как закон необходимого разнообразия, сформулированный Эшби в 1960-х годах.

Вторая ошибка – внимание исключительно к сложности на уровне отдельного организма, а не к сложности сетей, формируемых этими организмами, или к сложности биосферы в целом. В следующей главе мы попытаемся исправить первую ошибку. Вторая ошибка, требующая обсуждения главных эволюционных переходов, будет подробно рассмотрена в девятой главе.

Усилия по расширению господствующей теории эволюции, известной как синтетическая теория эволюции (этому названию, которого она больше не заслуживает, уже восемьдесят лет), в совокупности создали то, что специалисты в этой области именуют расширенным эволюционным синтезом. Это обновление теоретической модели – своего рода «эволюционная теория 2.0» – продвигается группой уважаемых теоретиков эволюции, включая философа Массимо Пиглуччи и биолога-эволюциониста Дэвида Слоана Уилсона, сообща корректирующих ее по мере выявления новых эволюционных механизмов.

Хотя она прояснила ряд часто упускаемых из виду биологических механизмов, без которых не складывается общая картина, например ламаркианские механизмы эпигенетики, эволюционируемости (эволюция механизмов эволюции) и концепцию многоуровневого отбора, правда в том, что она заходит не достаточно далеко. Мы не смогли бы в полной мере понять, как возникла жизнь, не рассмотрев этот феномен с точки зрения термодинамики и информации, как предложил Шрёдингер, и мы не сможем по-настоящему понять, как эволюционирует жизнь, если не сделаем того же самого. Имея это в виду, мы дадим нашей объединяющей теории реальности подходящее название: интегрированный эволюционный синтез. На протяжении остальной части книги эта парадигма сведет воедино концепции из первой части книги и предыдущей главы, чтобы дать нам настоящую «теорию всего» – такую, которая объединяет, а не редуцирует.

Нанес ли Дарвин «решающий удар телеологии» (как провозгласил Маркс); показал ли он, как следовало бы эмпирически объяснить «рациональный смысл» естественных наук (как Маркс тоже провозгласил), тем самым расчищая в пространстве научной мысли место для обсуждения функции и телеологии?

Дэниел Деннет, «Опасная идея Дарвина»[9]

Какова основа нередукционистской «теории всего»? Чтобы понять природу жизни и природу реальности, мы должны начать с того, что многие ученые считают законом всех физических законов, а именно со второго закона термодинамики. Второй закон – это базис нашей дарвиновской телеологии.

Естественная тенденция к дезинтеграции и хаосу, описываемая больцмановской статистической версией второго закона (которую можно резюмировать словами «все распадается»), ставит любую мыслимую адаптивную или разумную систему перед вечным экзистенциальным вызовом. Биологи называют это выживанием, кибернетики – устойчивостью, а физики – удаленностью от термодинамического равновесия. Чтобы избегать равновесия, другими словами, продолжать существовать, система должна уметь извлекать свободную энергию (то, что Шрёдингер называл отрицательной энтропией) из шумной, неустойчивой, постоянно меняющейся среды. Это нетривиальная задача. Более того, она решительно требует, чтобы жизнь получала информацию о мире, в котором она обитает.

Эта информация имеет принципиальное значение для системы, поскольку она каузально необходима для ее продолжительного существования. Из-за ее имманентной значимости этот вид информации называют семантической информацией, телеосемантической информацией и адаптивной информацией, хотя между этими терминами существуют тонкие различия в зависимости от того, как они применяются. Поскольку адаптивная информация уменьшает неопределенность окружающей среды – или энтропию Шеннона, что является техническим термином, обозначающим неведение, – мы также называем ее знанием. По мере того как жизнь борется за поддержание своего существования, она преобразует свободную энергию в информацию, а ценой этого сокращения неведения, этого процесса обучения, является тепловая энтропия, производимая жизнью в виде рассеянного тепла.

Информация, снижающая неопределенность, является первым и последним оружием жизни в непрекращающейся войне с хаосом, и она наделяет органическую материю контролем и причинной силой. Получается, что «знание – сила» – не просто пустая модная фраза цифровой эпохи, а истина в самом что ни на есть фундаментальном смысле. Как выразился Эдвин Томпсон Джейнс, ученый, прояснивший связь между статистической механикой и теорией информации, «старый афоризм „знание – сила“… это неоспоримая истина, причем как в человеческих отношениях, так и в термодинамике»¹. Без знаний жизнь не может существовать дольше мгновения, не говоря уже о колонизации галактики и выходе за ее пределы. Это говорит о том, что вступление на путь к космическому превосходству не выбор, который разумные агенты, подобные Homo sapiens, делают после тщательного размышления, и не просто какое-то причудливое честолюбивое стремление, появившееся у нас случайно. Коллективное желание человечества преодолеть собственную бренность и распространиться в космос, столь очевидное из наших научных и технологических достижений, возникает не бессистемно, а как неизбежное следствие того факта, что постоянное приобретение знаний является фундаментальным биологическим императивом.

Сила прогнозирования

Подобно знаниям, которые мы приобретаем в результате научной практики, биологическая информация основана на фактических данных и является прогностической, потому что это информация, позволяющая жизни достаточно хорошо предвосхищать будущие события в мире, чтобы находить энергию и избегать угроз. Именно эта прогностическая способность сохраняет сложную систему вместе со знаниями, которые она воплощает, до тех пор, пока они не передаются потомству путем самовоспроизведения. Итак, эволюция не только равна обучению, эволюция и обучение равны статистическому выводу, а именно байесовскому выводу или чему-то, что приближается к нему. По мере эволюционного обучения жизнь эффективно обновляет имеющиеся у ее модели «убеждения» об окружающем мире, делая их более точными и всеобъемлющими.

В статье для Aeon Фристон объясняет: «Вывод заключений на самом деле довольно близок к «теории всего» – включая эволюцию, сознание и саму жизнь. Это абдукция до самого основания»². Вечная необходимость избегать равновесия и ради этого предвидеть или прогнозировать окружающую среду придают адаптивной сложности имманентную задачу выживания, а всем живым существам – эмерджентную цель, или телеологию.

В 2017 году когнитивный психолог Гарвардского университета Стивен Пинкер следующим образом ответил на вопрос «какой научный термин или концепция должны быть более широко известны?»:

Второй закон термодинамики определяет конечную цель жизни, разума и человеческих устремлений: использовать энергию и информацию для борьбы с энтропией и создания прибежищ благоприятного порядка. Недооценка неустранимой тенденции к хаосу и непонимание важности тех драгоценных ниш порядка, которые мы создаем, являются главной причиной человеческой глупости ³.

Победа в войне с ползучим нарастанием хаоса звучит как вызов, которому жизнь способна или не способна противостоять, но когда мы понимаем, что жизнь – это лишь расплывчатое слово для обозначения адаптивной сложности, мы видим, что она учится спонтанно, поначалу без какого-либо сознательного намерения. Адаптивная сложность начинает работать над проблемой выживания вдали от равновесия – над постоянной задачей извлечения энергии и избегания угроз – с самого момента ее возникновения. Но если это правда, то как может жизнь получать информацию, причинно необходимую для ее выживания, прежде, чем у организмов появляется мозг – орган, который мы связываем с обучением?

Филогенетическое и онтогенетическое обучение

Как было показано в шестой главе, жизнь начинает узнавать о закономерностях окружающей среды, накапливая знания в геномах организмов. В этой форме обучения от поколения к поколению, называемой филогенетическим обучением, жизнь и смерть играют одинаково важную роль в генерации знаний. Филогенетическое обучение – это коллективное обучение, однако оно носит скорее соревновательный, чем кооперативный характер; это обучение, которое происходит в результате дарвиновской динамики, описываемой популярным клише «выживание наиболее приспособленных». Это контрастирует с онтогенетическим обучением, представляющим собой индивидуальное обучение, которое мы называем адаптивным обучением, или обучением с подкреплением. Однако, если присмотреться внимательнее, то индивидуальное обучение всегда соответствует самоорганизации, поэтому индивидуальное обучение на самом деле является коллективным обучением на более высоком уровне разрешения! Увеличьте масштаб, и каждый индивидуум начнет выглядеть как сообщество.

Организм – это совокупность клеток, мозг – совокупность нейронов, город – совокупность людей, клетка – совокупность биомолекул… ну, вы поняли. Поскольку любую генерацию знаний можно трактовать в терминах филогенетического или онтогенетического обучения, что соответствует конкурентной и кооперативной эволюции, то можно многое сказать о каждом из них и еще больше о том, как они работают вместе. В этой главе мы сосредоточимся на первом виде обучения, а в следующей – на втором.

Если второй закон термодинамики бросает жизни экзистенциальный вызов, то дарвиновская эволюция описывает, как жизнь справляется с этой неизменной проблемой, которую перед ней ставит природа. Как мы подробно обсуждали в шестой главе, эволюционный механизм, действующий всякий раз, когда происходит самовоспроизведение с генетической мутацией, называется изменчивость и отбор, и это термодинамический алгоритм решения проблем, эквивалентный обучению методом проб и ошибок. Он также функционально эквивалентен механизму науки, который Поппер называл «доказательством и опровержением», а также эволюционному алгоритму порождения и проверки вариантов[10], используемому в машинном обучении. Организмы – это воплощенные теории о том, как выживать, а наука и искусственный интеллект – это расширения жизни, помогающие ей избегать энтропии.

Таким образом, дарвиновскую эволюцию можно представлять себе как адаптивную сложность, слепо исследующую пространство возможных конфигураций в поиске решения проблемы избегания равновесия ради выживания. Поскольку описываемая вторым законом тенденция к распаду представляет собой постоянную проблему для любой самовоспроизводящейся адаптивной системы, то жизнь автоматически ищет решения путем слепых и бездумных экспериментов, сохраняя в памяти то, что работает, тогда как ошибки естественным отбором отфильтровываются. В сущности, мутация изобретает, а естественный отбор подрезает. Генетическая и нейронная информация, остающаяся после того, как естественный отбор исключил часть сгенерированного биоразнообразия, отражает знания об окружающей среде, позволяющие упорядоченной системе выживать и процветать. Только агенты с наилучшим строением и самыми точными моделями мира получают шанс передать свою информацию в будущее.

Отбраковка нестабильных каналов потока энергии

Поскольку мы так привыкли думать о жизни, имея в виду организмы или их гены, то мы имеем лишь отрывочные знания об истинной природе биологии. С планетарной точки зрения естественный отбор – это фильтр, который отбраковывает нестабильные каналы потока энергии («ошибки» адаптации) и умножает «решения», чтобы функциональные, хорошо адаптированные варианты распространялись в популяции. Как видно, это напоминает шенноновские коды с исправлением ошибок. С точки зрения теории информации естественный отбор осуществляет глобальное исправление ошибок. Когда наиболее приспособленные агенты проходят фильтр отбора и самовоспроизводятся, имеющаяся у вида модель мира обновляется, уточняясь, и эта часть биосферы становится все более устойчивой.

По мере того как внешние условия меняются с течением времени, обнаруживаются новые адаптивные решения, которые записываются в генетическую память, в результате чего постоянно генерируются новые знания, а также новые режимы поведения. Эти знания можно интерпретировать как передачу информации из внешнего мира во взаимозависимую сеть сложных адаптивных систем, которую мы называем биосферой, по информационному каналу, который мы называем естественным отбором. Как только знания переносятся из окружающей среды в жизнь, размножающиеся организмы распространяют этот сигнал, передавая его следующему поколению.

Эволюционисты и философы-эпистемологи пытались количественно оценить и формализовать эволюционный процесс практически с тех самых пор, как родилась теория информации, – сначала Фред Дрецке, затем Джон Мейнард Смит, Генри Плоткин, Уильям Хармс, Терренс Дикон, а позже ученые из Института Санта-Фе, такие как Эрик Смит, Дэвид Кракауэр и Дэвид Уолперт. Но как именно понимать утверждение о том, что информация передается из окружающего мира в жизнь?

Когда в эволюционирующей популяции накапливаются адаптации, геном вида получает информацию о наилучших стратегиях размножения и избегания равновесия, то есть выживания. Какие черты окажутся адаптивными, в решающей степени зависит от конкретной среды, в которой обитает организм, поэтому, если рассматривать адаптацию как обучение, то именно ниша организует «образовательный процесс».

По мере того как вид на протяжении многих поколений адаптируется к определенной нише, строение и поведение прототипического организма становятся более статистически коррелированными с окружающей средой, и, следовательно, организм более эффективно предсказывает эту среду. Когда геном вида накапливает информацию, которая уменьшает неопределенность среднестатистического организма относительно окружающей среды, модель окружающей среды кодируется в генетической памяти. Одновременно с тем, как процесс естественного отбора закачивает информацию в механизм жизни, адаптивная сложность составляет карту Вселенной, кодируя ее структуру и моделируя ее динамику. Когда это происходит, космос оживает. Вскоре после этого появляется сознание, и Вселенная начинает понемногу пробуждаться.

Мы – это способ, которым космос познает себя

Мы оживший космос не в переносном, а в буквальном смысле. Как любит подчеркивать космолог, астрофизик и популярный автор Макс Тегмарк, разумные существа – это частицы неживой материи, преобразованные в такую конфигурацию, которая поддерживает вычисления, причинную силу и опыт. Глядя на более общую картину, мы видим, что биологическая эволюция, адаптивное обучение и научный прогресс отражают накопление информации, снижающей неопределенность и закодированной в генетической, нервной и культурной памяти. Интегрированный эволюционный синтез, основанный на эволюционной эпистемологии, универсальном дарвинизме и универсальном байесианстве, признает, что жизнь, разум, общество, культура, наука, искусство и технологии являются проявлениями одного эволюционного процесса, одного термодинамического процесса, одного вычислительного процесса, объединенных концепцией знания – тем, как адаптивная сложность решает вечную проблему неопределенности и беспорядка.

В книге 1995 года «Опасная идея Дарвина» Дэниел Деннет писал:

“Если бы я вручал награду за лучшую идею в истории, я бы отдал ее Дарвину, а не Ньютону, Эйнштейну или любому другому мыслителю. Идея эволюции посредством естественного отбора мгновенно объединяет область жизни, смысла и цели с областью пространства и времени, причины и результата, механизма и физического закона.

С дарвинистской точки зрения, преемственность между неживой материей, с одной стороны, и живыми существами и всей их деятельностью и продуктами – с другой, может быть представлена в общих чертах и исследована детально, причем это касается не только стремлений животных и эффективных строений растений, но и человеческих смыслов и целей, искусства и самой науки, и даже морали. Когда мы увидим все наши артефакты как плоды на древе жизни, то придем к единой точке зрения…

Независимо от того, стремимся мы к смене парадигмы или нет, когда мы понимаем, что главный механизм космической эволюции – это алгоритм решения проблем, накапливающий знания в биосфере в качестве непрерывной контрмеры вечной угрозе хаоса, начинает вырисовываться новый и радикальный вселенский нарратив.

Как разумные существа, мы и правда ведем великую космическую битву, история которой, как ни забавно, мало чем отличается от истории вечных войн между добром и злом, описываемых основными мировыми религиями. Но космическая борьба за существование, вызов, с которым сталкивается любой разумный вид в любой точке Вселенной, больше похожа на описание Дойча: это грандиозная и величественная война между порядком и хаосом, жизнью и энтропией, существованием и небытием. Независимо от того, являетесь ли вы верующим, атеистом или агностиком, все мы по умолчанию вовлечены в эту духовную войну. Я говорю это в самом буквальном смысле: разумность может продолжать существовать (то есть чувства, переживания, смысл и цель могут оставаться частью физической реальности) только в том случае, если жизнь сохранится вопреки второму закону термодинамики, и единственный способ для нее сделать это – приобретать знания. Это верно независимо от того, говорим ли мы о лямблиях, лютиках, лошадях или людях.

Хотя наш индивидуальный успех или успех нашей цивилизации никоим образом не гарантирован, благодаря чуду самокоррекции в этой игре вроде бы побеждает жизнь. По мере того как с течением эволюционного времени адаптивная сложность делается все более разнообразной и нетривиальной, ее становится все труднее искоренить или сдержать. В этом и заключается волшебство механизма исправления ошибок. Учась на своих ошибках, биосфера крепнет благодаря всему, что не уничтожает ее полностью. Вот уж действительно: что не убивает, то делает сильнее.

Итак, неизбежный рост знаний и распространение адаптивной сложности в космосе вызваны не какой-то сверхъестественной или мыслящей силой; это процесс обучения, который генерирует знания, удерживающие жизнь вне термодинамического равновесия, и он протекает благодаря эволюционному процессу, который эквивалентен байесовскому выводу. Эту эквивалентность продемонстрировали Джон Кэмпбелл и Карл Фристон.

Интегрированный эволюционный синтез расширяет дарвиновскую эволюцию за рамки биологической сферы и проливает свет на эволюционные механизмы, действующие на всех различных уровнях природы, которые составляют иерархию материи и иерархию жизни. Мы поговорим об этих иерархиях в следующей главе, посвященной эмерджентности. Все это, конечно, позволяет нам увидеть картину космической эволюции, но опять же, из одних лишь этих механизмов не очевидно, что эволюционный прогресс на Земле является частью неизбежного вселенского процесса. Поэтому нам нужно обратиться к принципу кибернетики, известному как закон необходимого разнообразия, который даст нам новый взгляд на второй закон термодинамики, предполагающий, что эволюция не просто прогрессивна, а неизбежно ведет к интеллекту, намного превосходящему все, что мы до сих пор себе представляли (или способны представить).

Вектор эволюции возникает из накопления знаний

Взгляд Стивена Джея Гулда на эволюцию – продукт давнего спора о том, становится ли жизнь все более сложной в результате естественного отбора или нет. Как мы уже установили, ответ на этот вопрос одновременно утвердительный и отрицательный, причем по вполне веским причинам.

Хорошо адаптированный вид представляет собой невероятно стойкое, но часто временное биологическое решение экзистенциальной термодинамической дилеммы – своего рода живую развивающуюся научную теорию о том, как наиболее эффективно извлекать свободную энергию – жизненную силу бытия – из определенной ниши. Как научные теории подчиняются принципу бритвы Оккама (изыскивая простейший способ решения проблем), так же ему подчиняются и биологические виды. Широко известна фраза Эйнштейна: «Теория должна быть настолько простой, насколько это возможно, но не проще». Это справедливо и для организма.

Естественно, сложность организма будет меняться в соответствии со сложностью ниши. Если конкретнее, то сложность организма будет соответствовать сложности вызова, предъявляемого организму средой, который начинается как чисто термодинамический вызов. Некоторые ниши содержат меняющийся набор вызовов, к которым необходимо адаптироваться, а другие почти не содержат таковых вообще. В результате некоторым видам не приходится эволюционировать. Иные, однако, занимают ниши, становящиеся со временем все более сложными.

В соответствии с термодинамическим взглядом на эволюцию мы можем считать каждую нишу на Земле своего рода «энергетическим слотом» для того или иного вида, и эволюционирующая популяция организмов, эффективно ищущая пространство решений, в конце концов просто случайно обнаруживает решение термодинамической проблемы, о существовании которой она не подозревала. Открытие нового источника энергии или технологии ее извлечения – это то, как возникают и новая ниша, и новый вид. Филогенетическое обучение естественным образом ведет к видообразованию, потому что организмы наталкиваются на способы извлечения энергии из термодинамических ниш, которые ранее были недоступны для жизни исключительно по конструктивным причинам. Оливия Джадсон, биолог-эволюционист и научный журналист, так описывает то, что она называет «энергетической экспансией эволюции», в статье 2017 года, опубликованной в онлайн-журнале Nature Ecology and Evolution:

Историю системы обитаемой Земли можно разделить на пять «энергетических» эпох, каждая из которых характеризуется эволюцией форм жизни, способных использовать новый источник энергии. Этими источниками являются: геохимическая энергия, солнечный свет, кислород, плоть и огонь. Первые два присутствовали с самого начала, но кислород, плоть и огонь – это последствия эволюционных событий. Поскольку ни одна категория источников энергии не исчезла, со временем это привело к расширению набора источников энергии, доступных живым организмам, и сопутствующему увеличению разнообразия и сложности экосистем.

Итак, по мере того как биосфера в ходе филогенетического обучения накапливает знания, исследуется не только пространство решений, соответствующее одному виду термодинамической проблемы, но и растущее пространство проблем, каждое со своим уникальным пространством решений. Это растущее пространство конструктивных вариантов существовало в платоническом смысле с самого зарождения жизни, словно будущий сад биоразнообразия, только и ждущий, чтобы его открыли. Эволюция биосферы не является абсолютно предсказуемой или детерминированной в строгом смысле слова, поскольку стохастичность (случайность) – это неотъемлемая часть эволюции, но она определяется в статистическом смысле, в терминах предсказуемого распределения далеких от равновесия аттракторов разной степени сложности, неуклонно возникающих в результате термодинамического планетарного процесса.

Первые формы жизни, которыми, как ныне считается, были автотрофы-редуценты, представляли собой решение проблемы использования свободной геохимической энергии, поступающей из гидротермальных источников. У них была узкая задача, но репликация с мутацией в конечном итоге привела к новшествам в технологии извлечения энергии, которые в свою очередь обусловили появление множества различных видов бактерий.

После того как все эти ниши были заняты, на Земле все еще оставалась уйма неиспользованной свободной энергии, поступавшей сверху. Фотосинтезирующие бактерии – одноклеточные предки растений – стали решением проблемы того, как извлекать полезную работу из всей той солнечной энергии, что проходит через планетарную систему. А гетеротрофные организмы – организмы, выживающие за счет поедания других организмов, – были решением проблемы извлечения энергии из самой жизни. Как только у жизни возникает необходимость моделировать жизнь (особенно других агентов, обладающих причинной силой и адаптивным поведением), вычислительная задача извлечения свободной энергии становится все более трудной. По мере появления все более сложных форм жизни, которые оказываются потенциальной добычей хищников, источники пищи становится все труднее прогнозировать, и требуются более продвинутые модели мира.

Из-за необходимости моделировать друг друга, сложность плотоядных видов возрастает в результате так называемой эволюционной гонки вооружений. Газели, обнаруживающие новый способ перехитрить львов, чаще размножаются, и львы, которые оказываются достаточно умны, чтобы предугадать новую хитрость газели, тоже размножаются чаще. В случае некоторых видов само выживание требует постоянного увеличения вычислительной сложности. Эта концепция отражена в гипотезе Черной Королевы, хорошо известной эволюционистам и кибернетикам.

Эта гипотеза предполагает, что виды должны постоянно адаптироваться, эволюционировать и размножаться просто для поддержания своего существования в конкурентной изменчивой среде. Название гипотезы, выдвинутой в 1973 году, биолог-эволюционист Ли ван Вален взял из «Приключений Алисы в Стране чудес» Льюиса Кэрролла. После того как Алиса жалуется Черной Королеве, что бежит уже очень долго и не может никуда попасть, та ей отвечает: «Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте»[11]. Другими словами, некоторые виды должны постоянно эволюционировать в сторону более высокой сложности, просто чтобы остаться в игре на выживание.

Интегрированный эволюционный синтез говорит нам, что общее разнообразие видов, которое мы наблюдаем в биосфере, вытекает из мутаций, открывающих решения новых термодинамических проблем. Поскольку каждая экологическая ниша обладает различными физическими характеристиками и переменными, жизнь порождает многообразие по мере необходимости. Эволюционирующий вид познает Вселенную, даже если моделирует лишь очень малую ее часть. Учитывая, что сегодня существуют миллионы различных видов, это огромное количество знаний о том, как биологическая жизнь может выживать и процветать в различных условиях реального мира.

Законы жизни

Жизнь не стремится слишком много размышлять над проблемой избегания равновесия, поскольку размышление – это вычисления, а обработка информации требует энергии, которую можно использовать на то, чтобы дольше оставаться вдали от равновесия и таким образом иметь возможность самовоспроизводиться. Биология всегда старается использовать энергию максимально эффективно, чтобы выжать побольше полезной работы из источника ресурсов. Это значит, что по мере эволюции жизнь не просто учится лучше захватывать энергию, но и становится более энергоэффективной.

Термодинамические затраты вычислений, которые выполняет жизнь, чтобы избегать равновесия, рассчитал Дэвид Вольперт, и эти затраты близки к теоретическому пределу Ландауэра, который описывает наиболее эффективные вычисления, возможные с точки зрения энергопотребления. Эволюционное стремление делать больше с меньшими затратами называется эфемерализацией – этот термин, который ввел футурист Бакминстер Фуллер, описывает не что иное, как термодинамическую оптимизацию. Фуллер писал, что эфемерализация – это способность технологического прогресса «делать все больше и больше, затрачивая все меньше и меньше, пока, в конце концов, вы не сможете делать все из ничего». Мы не всегда это осознаем, но технологический прогресс, в частности обусловливающий и закон Мура, направлен на повышение производительности вычислений за счет повышения энергоэффективности. То же самое можно сказать и об эволюции в более широком смысле.

Интегрированный эволюционный синтез упраздняет тавтологию приспособленности, когда проблема приспособленности определяется как то, что способствует выживанию, а то, что способствует выживанию, определяется как приспособленность. С термодинамической точки зрения приспособленность – это то, насколько хорошо организм способен противостоять энтропийному распаду. Если точнее, приспособленность соответствует устойчивости воплощенной программы извлечения энергии, диссипативного канала, и не коррелирует с силой, интеллектом или даже сложностью. Быть приспособленным в эволюционном смысле не значит быть самым сильным, умным или быстрым; показательный пример – ленивец, который выживает на протяжении многих миллионов лет, несмотря на свою общую медлительность. Приспособленность – это умение эффективно использовать источник энергии и избегать угроз, способных проникнуть через марковское ограждение и нарушить целостность упорядоченной системы.

Логически рассуждая, мы можем утверждать, что мутации, подавляющие способность организма удовлетворять свои энергетические потребности, будут отбраковываться, а отбираться будут мутации, улучшающие способность использовать энергию. Это можно обобщить с помощью так называемого конструктивного закона, разработанного Адрианом Бежаном, профессором Университета Дьюка, чьи труды очень помогли человечеству продвинуться в понимании термодинамики. Этот закон Бежана гласит: «Чтобы потоковая система конечного размера сохранялась во времени [для выживания. – Прим. пер.], ее конфигурация должна эволюционировать таким образом, чтобы обеспечить более легкий доступ к протекающим через нее потокам»⁴.

Если вдуматься, то этот закон – переформулировка цитаты Моровица 1968 года, которая приводилась в четвертой главе: «Энергия, протекающая через систему, организует эту систему». Энергия, протекающая по химическим сетям, приводит к возникновению сложных моделей биологического строения, как если бы Вселенная была построенной специально для этого огромной фабрикой. Этот закон был в некоторой степени формализован, хотя и абстрактно, в работе Ингленда по диссипативной адаптации, а также в собственной работе Бежана, где конструктивный закон применяется ко всем видам систем – химическим, биологическим, социальным, экономическим и даже технологическим.

За семь лет до выхода в 2012 году книги Design in Nature, соавтором которой был Бежан, схожие идеи были представлены в научно-популярной книге Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics, and Life, которую написали геолог Эрик Шнайдер и Дорион Саган – сын Карла Сагана и Линн Маргулис. Хотя Саган и Шнайдер справедливо признают роль жизни и цивилизации в открытии каналов для энергетических потоков, они, похоже, сделали неправильные философские выводы о природе термодинамического процесса. Они не поняли, в отличие от Моровица, который четко осознал и сформулировал в своей книге 2002 года «Возникновение всего», что производство энтропии – не предназначение жизни, а побочный продукт вычислений, нарастания сложности и генерации знаний. Это энергетическая цена самоорганизации космоса.

Предназначение жизни не в том, чтобы производить энтропию, как предназначение вашего компьютера не в том, чтобы производить тепло, а предназначение вашего автомобиля не в том, чтобы производить выхлопные газы. Жизнь открывает энергетические потоки, которые организуют материю в вычислительные системы, способные моделировать, ориентироваться и понимать окружающий мир, и цена этих вычислений заключается в том, что некоторая полезная энергия преобразуется в бесполезную энергию, или энтропию. Вычисления, являющиеся механической работой, имеют свою цену. Это простая идея, лежащая в основе второго закона термодинамики, сформулированного Карно и Клаузиусом, но ее было невозможно ясно увидеть до того, как у нас появилась подходящая теория информации и вычислений. Сначала Рольф Ландауэр – прославленный исследователь из IBM – должен был показать, почему информация имеет физическую природу. Биты информации должны храниться на частицах материи. Идея о том, что информация – это физическое явление, сейчас звучит не слишком удивительно, но в 1950-х и 1960-х годах она была поистине радикальной.

Переосмысление приспособленности в контексте термодинамики

Поняв, что термодинамический императив жизни требует накопления знаний, мы видим, что естественный отбор максимизирует приспособленность за счет повышения надежности канала потока энергии и оптимизации точности прогностической модели организма. На первый взгляд кажется, что это две разные функции, но на самом деле это описания одного и того же процесса. Способность организма выполнять свою диссипативную функцию определяется тем, насколько эффективно агент способен извлекать свободную энергию, а это зависит от того, насколько хорошо его внутренняя модель предсказывает окружающую среду.

Мы не должны забывать, что внутренняя модель должна воплощаться в системе с механическим строением, позволяющей агенту извлекать выгоду из точности модели. Но, опять же, модель и воплощение модели на самом деле описывают одно строение, поскольку прогностическая модель является эволюционным результатом накопления физических адаптаций, обусловивших более эффективное извлечение энергии. Иногда говорят, что эволюция – это инженер, но она еще и разработчик компьютерных моделей.

Придерживаясь терминологии прошлого, мы можем определить приспособленность чуть менее тавтологично и более точно как диссипативную приспособленность – то, насколько хорошо адаптивная система способна избегать равновесия, извлекая свободную энергию. Это энергетически ориентированное определение приспособленности не требует каких-либо изменений в плане формального представления, разработанного эволюционистами, а только изменения точки зрения, мотивированного фундаментальным переосмыслением жизни как энергозависимой, устойчивой, неравновесной системы, которая должна получать информацию для уменьшения неопределенности окружающей среды в достаточной мере для избегания термодинамического равновесия.

Чтобы понять, что мы имеем в виду, когда говорим, что жизнь выполняет вычисления максимально близко к оптимальной термодинамической эффективности (и узнать, как выглядит приближение к теоретическому пределу Ландауэра), давайте рассмотрим знакомый пример. Известно, что человеческий мозг постоянно выполняет задачи, которые пока не по зубам нашим лучшим суперкомпьютерам и автономным роботам, и при этом расходует такое количество энергии, которое требуется для питания всего одной бытовой лампочки.

Это говорит о том, что в результате естественного отбора индивидуальные агенты скорее минимизируют, а не максимизируют скорость рассеивания энергии или производства энтропии, как заметил Пригожин несколько десятилетий назад. Ваша буквальная цель в жизни состоит не в создании максимального количества хаоса (энтропии), как некоторые интерпретируют термодинамический нарратив, а в приобретении знаний, которые сохраняют и расширяют порядок, создаваемый жизнью. Однако коллективным результатом действий агентов, ведущих себя подобным образом, является биосфера, которая со временем становится все более разнообразной, сложной и мощной в вычислительном отношении, поэтому скорость производства общей энтропии максимальна в течение временного интервала, простирающегося в будущее.

Иными словами, Вселенная, производящая энтропию с максимально возможной скоростью за время своего существования, – это Вселенная, в которой жизнь возникает и распространяется с максимально возможной скоростью. Висснер-Гросс описывает эту фундаментальную связь между законами физики и увеличением сложности космоса в том же выступлении на портале TED, о котором упоминалось в предыдущей главе:

Я изучил множество обсуждений в самых разных научных дисциплинах, которые, как мне кажется, указывают на единый механизм, лежащий в основе интеллекта. Например, в космологии существует масса различных свидетельств того, что наша Вселенная, по-видимому, отлично настроена для развития разума и, в частности, для универсальных состояний, которые максимизируют разнообразие возможных вариантов будущего.

Но как следует понимать то, что Вселенная настроена на возникновение универсальных состояний, которые «максимизируют разнообразие возможных вариантов будущего»? Это, конечно, непривычная трактовка интеллекта, но мы увидим, почему это самый простой способ понять, о чем мы говорим, когда используем эти слова. Если коротко, то жизнь не любит попадать в ловушку. Разумные агенты стремятся к свободе, и эта свобода проистекает из способности адаптивно реагировать на большее разнообразие вызовов.

Эволюция способствует расширению возможностей

Теория Висснер-Гросса имеет более старый аналог в литературе по нейроинформатике и машинному обучению под названием «расширение возможностей» (empowerment), который предложили британский исследователь искусственного интеллекта Дэниел Полани и его коллеги. Обе теории интеллекта используются для создания искусственных систем с более разумным поведением. Вместо того чтобы учить роботов выполнять отдельные задачи, их программируют следовать более общему правилу, имеющему экзистенциальный и практический характер: стремиться иметь возможность выбора вариантов будущих действий.

«Расширение возможностей означает такое состояние, когда вы имеете наибольшее потенциальное влияние на воспринимаемый мир», – объяснял в пресс-релизе Кристоф Сэлдж, разработавший эту концепцию вместе с Полани: «Так, для простого робота это может означать безопасное возвращение к зарядной станции без застревания, которое ограничило бы его возможности передвижения. Для более футуристичного, человекоподобного робота это может включать не только перемещение, но и широкий ряд других параметров, которые наделяют его более человеческими стимулами»⁵.

Для людей максимальное расширение возможностей может означать владение автомобилем, богатство, власть (или просто наличие влиятельных друзей или членов семьи). Конечно, не обязательно обладать ни одним из этих качеств, чтобы иметь оптимальные возможности для достижения жизненных целей, но даже не самые амбициозные люди не хотят попасть в тюрьму или получить травму, которая затруднила бы задачу выживания или адаптации к новым обстоятельствам. Всем нам хочется в той или иной мере сохранять возможности на будущее, а это значит одновременно иметь стабильность и способность гибко реагировать на сложные ситуации. Максимизация будущей свободы действий – это часть общего стремления избегать термодинамического равновесия, поэтому термин «причинная энтропийная сила», которым Висснер-Гросс обозначил эту естественную тенденцию, кажется вполне уместным.

Если причинное энтропийное воздействие реально и связано со вторым законом термодинамики, то, возможно, нам и не нужен четвертый закон. Быть может, достаточно новой интерпретации второго закона, которая бы объясняла его связь с возникновением и эволюцией интеллекта. Висснер-Гросс публично заявлял, что активно ищет такое объяснение. Обратившись к принципам кибернетики, вдохновившим такие идеи, как расширение возможностей, мы придем к эволюционному объяснению того, почему причинная энтропийная сила неизбежно порождает интеллектуальных агентов со все большими вычислительными способностями.

Взаимосвязь между энтропией и неопределенностью

Вспомните обсуждение энтропии из второй главы и важность различия между микросостоянием и макросостоянием. Макросостояние – это что-то вроде средней температуры системы молекул газа (глобальная мера оценки), а микросостояние – это описание положения и скорости каждой молекулы в системе (измерить которые не представляется возможным). В результате хитроумных экспериментов была подтверждена интуитивная догадка Больцмана о том, что возможно множество различных микросостояний (специфических расположений частиц), соответствующих одному макросостоянию. Это связано с тем, что существует много эквивалентных способов распределения отдельных молекул, дающих одинаковое среднее суммарное количество кинетической энергии.

Больцман показал, что энтропия – это мера того, сколькими различными способами может быть устроена система без изменения ее макросостояния. Чем выше энтропия, тем больше микросостояний соответствует одному макросостоянию. Причина, по которой системы, находящиеся в равновесии или близкие к нему, естественным образом дрейфуют в сторону более высокой энтропии или беспорядка, заключается в том, что способов быть эквивалентно «перемешанными» и хаотичными гораздо больше, чем способов быть организованными и упорядоченными. Системы естественным образом дрейфуют в сторону неупорядоченности из-за крупномасштабного влияния случайности.

Но в открытых системах на этот случайный дрейф начинает влиять поток энергии, который толкает систему к аттрактору, ограничивая случайность и трансформируя ее в необходимость или неизбежность. Теперь система уже не является эргодической, то есть не исследует пространство конфигураций случайным и исчерпывающим образом; неэргодические системы, такие как адаптивные системы, эволюционируют в направлении конфигураций, удерживающих систему от распада. Неравновесный аттрактор, к которому движется система, представляет собой конфигурацию, предназначенную для извлечения энергии из окружающей среды. Самоорганизация – это то, что мы называем системой, движущейся к аттрактору, а самоорганизуется она благодаря дарвиновской динамике – слепой изменчивости и избирательному сохранению. Естественный отбор самоорганизующихся систем можно резюмировать в двух словах так: то, что работает, сохраняется.

В 1960-х годах Эдвин Томпсон Джейнс показал, что энтропия Больцмана не просто мера неупорядоченности или количество микросостояний, соответствующих определенному макросостоянию. Энтропия – это еще и мера неопределенности или незнания наблюдателя, наблюдающего за макросостоянием системы и не имеющего представления о конкретном микросостоянии. Поскольку состояния с большей неупорядоченностью имеют больше эквивалентных микросостояний, соответствующих уникальному макросостоянию, то более высокая энтропия означает больше незнания – и меньше уверенности – о конкретном микросостоянии, в котором находится система. Это также означает, что при изучении фактического микросостояния системы появляется больше неожиданностей и информации, потому что больше узнается (приобретается больше бит информации), когда есть больше вариантов, которые исключаются в результате измерения и наблюдения.

Конечно, как мы уже установили, точное измерение микросостояния невозможно из-за квантовой неопределенности и хаоса в классическом масштабе, однако этот нарратив позволяет нам рассматривать энтропию в терминах информации, и при этом мы видим, что энтропия любопытным образом связана со знаниями наблюдателя и точностью его модели наблюдаемой системы. Вот почему статистическая термодинамика и теория информации Шеннона – это, в сущности, одна и та же теория: энтропия Шеннона есть мера того, в скольких состояниях может находиться система или сколько вариантов сообщений может быть отправлено по каналу. Мы подробно обсуждали это в пятой главе. Главное, нам нужно знать, что энтропия может быть мерой количества возможных состояний системы или количества вариантов ее конфигурации. По этой причине количественные критерии энтропии могут использоваться для измерения сложности, но чтобы как следует разобраться почему, мы должны хотя бы кратко затронуть два принципа кибернетики: теорему Эшби о хорошем регуляторе и закон необходимого разнообразия.

Теорема о хорошем регуляторе и закон необходимого многообразия

Теорему о хорошем регуляторе предложили Уильям Росс Эшби и Роджер Конант в важной работе 1970 года под названием «Каждый хороший регулятор системы должен быть моделью этой системы». Шесть лет спустя эта теорема была переформулирована как принцип внутренней модели – важнейший компонент теории управления. Теорема о хорошем регуляторе применительно к эволюционной биологии гласит, что любая адаптивная система (организм) должна моделировать значимые переменные окружающей среды, чтобы продолжать существовать. Значимыми переменными являются те, что связаны с внутренней термодинамической задачей нахождения вдали от равновесия. Извлечение энергии, избегание угроз и поддержание упорядоченности, несмотря на возмущения окружающей среды, – это важнейшие усилия, позволяющие разумной системе оставаться в игре на выживание и сохраняться дольше.

Мы можем легко предположить, что бактерия, осуществляющая хемотаксис (движение в ответ на химический стимул), и растение, осуществляющее гелиотропизм (движение в направлении Солнца), смоделировали свой источник энергии в самом общем смысле этого слова, но эти теоремы математически формулируют, почему это должно быть верно. Невозможно по-настоящему понять организм, не поняв его взаимосвязи с окружающей средой, поскольку, как напоминает нам Фристон, организм сам является моделью своего окружения. Возможно, у не имеющего мозга организма нет никакого субъективного опыта, связанного с моделью мира, но у него есть своего рода абстрактная карта местности, дающая системе статистическое представление о том, с чем она может столкнуться.

Закон необходимого разнообразия Эшби – это принцип кибернетики, сообщающий нам кое-что о вычислительной сложности внутренней модели агента. Этот закон – применительно к эволюционной биологии – гласит, что для выживания организм должен иметь репертуар состояний, который как минимум равен количеству различных вызовов или возмущений, создаваемых окружающей средой, и он математически объясняет, почему этот принцип также должен быть верен. Джон Нотон, старший научный сотрудник Кембриджского университета, резюмирует этот закон следующим образом:

Если обойтись без научных терминов, то закон Эшби стал пониматься как простое утверждение: чтобы система могла успешно справляться с разнообразием вызовов среды, ей необходимо иметь репертуар ответов, который (по меньшей мере) столь же детализирован, как и проблемы, порождаемые окружающей средой. Таким образом, жизнеспособная система – это система, способная справляться с изменчивостью окружающей среды. Или, как сформулировал Эшби, только разнообразие может усвоить разнообразие ⁶.

Проиллюстрируем это парой примеров: кошка, которая ловит мышей, чтобы выжить, должна иметь по крайней мере столько же поведенческих состояний, сколько у мыши есть способов уклониться от нее. И наоборот, у мыши должно быть достаточно поведенческих состояний, чтобы спастись. Аналогично у фехтовальщика должно быть столько же блоков, сколько атакующих приемов есть у его противника. Каждая система обладает моделью другой системы. И поскольку все поведенческие реакции соотносятся с уникальными внутренними состояниями, то, как гласит закон, организм должен иметь столько когнитивных состояний, сколько требует сложность ниши, определяемая количеством различных термодинамических проблем, которые окружающая среда ставит перед организмом.

Итак, закон необходимого разнообразия предполагает, что интеллектуальное развитие вида соответствует количеству доступных состояний в его поведенческом или умственном репертуаре, которые не совсем одинаковы по размеру, но давайте будем считать это полезным упрощением. Чтобы квантифицировать этот показатель, можно описать его в терминах энтропии: чем больше число возможных состояний когнитивной системы, тем выше энтропия и тем, предположительно, выше интеллект. В этом контексте энтропия не мера беспорядка, а мера когнитивной пропускной способности. Это также мера нашего незнания точного умственного состояния организма в тот момент времени, когда мы не можем наблюдать его непосредственно. Аналогично в статистической механике Джейнса энтропия является мерой незнания в случае, когда неизвестно точное состояние наблюдаемой системы, которое в этом примере было бы конкретным нейронным состоянием, а не микросостоянием.

Нейробиолог Робин Кархарт-Харрис из Имперского колледжа Лондона, чья энтропийная гипотеза мозга стремится объяснить влияние психоделиков на состояния сознания, использует параметр фи (phi) из теории интегрированной информации (мы вернемся к этому термину позже) как показатель информационной энтропии для мозга, хотя эту же теорию можно применить и к не имеющим мозга организмам: «Выраженная здесь точка зрения заключается в том, что человеческий мозг проявляет больше энтропии, чем другие представители животного царства, а это эквивалентно утверждению, что человеческий разум обладает большим репертуаром потенциальных ментальных состояний, чем разум низших животных»⁷.

Кристоф Кох – возможно, самый известный сторонник теории интегрированной информации – заметил: «Чем сложнее система, тем больший репертуар состояний сознания она может испытывать»⁸. Если квантифицировать когнитивные состояния, к которым потенциально способен получить доступ организм, то меры энтропии можно использовать для оценки вычислительной сложности любой разумной системы.

Появление ниш стимулирует усложнение

Итак, почему же данные об эволюции свидетельствуют о тенденции ко все более сложным формам с точки зрения количества возможных состояний системы, если виды эволюционируют лишь до такой степени, чтобы стать настолько сложными, насколько это требуется в той или иной нише с конечной сложностью? Почему этот процесс обязательно ведет к появлению все более умных агентов?

Два слова: появление ниш. Каждый появляющийся новый вид создает новую нишу и служит потенциальным источником пищи для нового вида. Постоянное возникновение ниш обусловливает усложнение видов, потому что самым сложным видам приходится моделировать все более сложный источник энергии и все более сложный внешний мир. Кстати, люди в современном обществе, в информационную эпоху вынуждены моделировать других моделирующих, иногда в деталях. Подумайте о работе психолога или спортсмена, например боксера. Итак, в данный исторический момент адаптивные системы в действительности моделируют нечто большее, чем просто внешнюю среду: они моделируют другие сознания.

Как объяснил Эдвард Осборн Уилсон в книге 1992 года «Разнообразие жизни», экосистемам присуща самоподкрепляющаяся тенденция к постоянному созданию новых ниш и новых видов. Поскольку по мере продолжения этого процесса количество биологически значимых переменных неуклонно растет, то в соответствии с законом необходимого разнообразия модель мира самого сложного вида также должна неуклонно усложняться. Если интеллект коррелирует с количеством доступных организму внутренних состояний (показатель фи), то неудивительно, что в результате эволюции со временем появляются все более разумные виды. По мере роста числа проблем, создаваемых окружающей средой, растет и широта ментального репертуара, необходимого для их решения.

Как будет показано в следующей главе, экосистема функционально эквивалентна химическому автокаталитическому набору, активно воспроизводящему элементы этого набора. Он также расширяет набор за счет включения новых элементов, постоянно адаптируясь к энергетическому ландшафту благодаря петле положительной обратной связи, которую мы называем самоусилением. Конечно, вид не может моделировать бесконечное число переменных, поэтому оптимальной прогностической моделью будет такая модель, которая в какой-то момент использует стратегию общего интеллекта. В этом случае мозгу не нужно подробно моделировать каждую отдельную новую переменную, которая может являться или не являться пищей или угрозой.

Франсис Хейлиген – бельгийский кибернетик, уже несколько десятилетий пишущий о связи между законом необходимого разнообразия и вторым законом термодинамики, считает, что закон Эшби должен представлять интерес для любого общества, которое надеется избежать экзистенциальных угроз, таких как природные и техногенные катастрофы: «Этот принцип важен для всего человечества в практических ситуациях: поскольку разнообразие возмущений, с которыми потенциально может столкнуться система, неограниченно, мы всегда должны стараться максимизировать внутреннее разнообразие системы, чтобы быть оптимально подготовленными к любым прогнозируемым или непрогнозируемым обстоятельствам»⁹.

Хотя нетрудно увидеть, как требования эволюционного отбора в конечном итоге приводят к появлению разумного вида, Гулд прав в том, что существует предел разумности, которого может достичь вид в результате одной лишь биологической эволюции. Однако интегрированный эволюционный синтез показывает, что наша естественная эволюция включает и слияние с нашими технологиями. Следовательно, если наша цель – измерить разумность жизни, то мы должны также измерить вычислительную мощность биосферы в целом, включая ее технологическую надстройку.

Удлиняющаяся лестница все более сложных ниш создает распределение взаимодействующих видов, которые различаются по форме и размеру, но в сочетании друг с другом образуют крупное функциональное целое – распределенный разум, охватывающий всю планету. Эта глобальная кибернетическая система получила название «Гея» (по причинам, которые мы рассмотрим в следующей главе), и она также «пытается» максимизировать количество состояний среды, на которые она может реагировать, за счет увеличения внутреннего разнообразия или количества доступных вычислительных состояний. Будучи сложной адаптивной системой, биосфера ведет себя как автопоэтический агент, и наш технологический прогресс является проявлением стремления Геи бесконечно избегать равновесия. Без технологий жизнь не сможет вырваться за пределы планеты, что ей необходимо сделать прежде, чем взорвется Солнце. Чтобы жизнь выполнила свой долг и распространилась дальше в космос, разум должен сохраняться.

Теперь мы видим связь между вторым законом термодинамики и законом необходимого разнообразия. Адаптивная сложность должна постоянно расширять репертуар когнитивных состояний, чтобы справляться с растущим числом термодинамических вызовов, с которыми она сталкивается (вызовов, угрожающих ее далекому от равновесия существованию). Становясь более разумной, биосфера – взаимосвязанная, взаимозависимая, интегрированная вычислительная сеть – более эффективно рассеивает обусловленный Солнцем градиент, производя тепловую энтропию с максимальной скоростью в рамках законов физики. Но сейчас нам уже не следует думать о Вселенной как о стремящейся производить энтропию с максимально возможной скоростью; Вселенная самоорганизуется с максимально возможной скоростью, а увеличение энтропии лишь энергетическая цена работы, необходимой для построения космического порядка.

Поток энергии как мера сложности

В книге 2001 года «Космическая эволюция: рост сложности в природе» астрофизик Гарвардского университета Эрик Чейсон предложил количественную меру сложности – плотность потока энергии, то есть количество энергии в секунду на единицу массы. Идея заключается в том, что более сложная система требует большего расхода энергии и производит больше тепловой энтропии. Соответственно, планеты сложнее звезд, но не так сложны, как растения, которые не так сложны, как животные. Более высокую, чем у животных, сложность имеют общества и технологически развитые цивилизации. Предполагается, что источником потребления энергии в этих системах является обработка информации.

Чейсон также приписывает неизбежное нарастание сложности дарвиновской эволюции, но с термодинамическим уклоном, подтверждая нарратив, развиваемый в этой части книги: «Естественный отбор использует потоки энергии, определяя, какие из них благоприятны для системы, тем самым, по всей видимости, оптимизируя их»¹⁰. Хотя термин «плотность потока энергии» звучит как многообещающий количественный показатель сложности, он, похоже, мало что говорит нам о природе интеллекта, помимо того, что интеллект поглощает свободную энергию. Производство энтропии должно каким-то образом жестко коррелировать со способностью обрабатывать информацию.

В книге 1992 года «Сложность: жизнь на грани хаоса» британский популяризатор науки Роджер Левин цитирует американского специалиста по сложным системам и теории хаоса Нормана Паккарда: «Биологическая сложность связана со способностью обрабатывать информацию… Вычислительные возможности – вот что мы видим в наших моделях клеточных автоматов и в других сложных адаптивных системах, а движущей силой их эволюции является возросшая способность к вычислениям».

Астробиолог Сара Уокер высказала такую же точку зрения в отмеченной наградой статье «Био из бита»: «Сегодня в биосфере гораздо больше информации, чем было во времена последнего универсального общего предка около 3,5 миллиардов лет назад. По-видимому, эта тенденция обусловлена эволюцией, с течением времени посредством отбора кодирующей все больше информации в биологических сетях».

Причинная энтропийная сила Висснер-Гросса обусловливает бесконечное дарвиновское исследование пространства параметров жизни – того, что Стюарт Кауфман назвал смежным возможным. Жизнь развивается, чтобы максимизировать расширение возможностей и сохранять свободу действий в будущем. При этом кибернетические системы прокладывают такую космическую траекторию, которая была недоступна неодушевленным формам материи. Жизнь никоим образом не нарушает законов физики, но создает новые – эмерджентные законы и динамику, требующие вычислительного и статистического описания. Ученые, однако, обычно игнорируют то, что не могут измерить. Э. О. Уилсон однажды сказал: «Распознать сложность не проблема… Проблема заключается в том, как ее измерить»¹¹.

Теперь мы располагаем понятиями, необходимыми для определения и измерения уровня сложности, который соответствует интеллекту.

Новая мера сложности

Когда имеешь дело с чем-то сложным, чему трудно дать точное объяснение, часто полезно говорить простым языком. Следуя логике, которую сделал популярной эволюционный биолог Джон Мейнард Смит, системы с бόльшим разнообразием деталей и бόльшим количеством связей между этими частями, как правило, следует считать более сложными. Наличие большего количества соединений означает, что система более интегрирована, а большее разнообразие или отличие между частями означает, что система более дифференцирована.

Итак, сложность соответствует числу, которое выражает степень дифференциации и интеграции сложной системы, и, предположительно, величину репертуара доступных внутренних состояний. Мы уже знаем, что у нас есть такая мера, и это показатель φ (фи) из теории интегрированной информации, которая расширяет информационную теорию Шеннона применительно к адаптивным системам благодаря формализации на основе причинного анализа американского и израильского философа и ученого в области информатики Джуды Перла.

Фи – это информационный показатель, который отражает как дифференциацию, так и интеграцию в одном параметре, и предполагается, что он коррелирует с интеллектом системы, а некоторые считают его «степенью сознательности». Хотя разговор о сознании может быть скользкой темой, фи служит точной математической мерой вычислительной сложности, которая соответствует: 1) причинно-следственной власти системы над самой собой и над средой и 2) количеству когнитивных состояний, к которым она потенциально способна получать доступ. Очевидно, что измерение столь огромного числа – нетривиальная задача, но это не хуже той практической трудности, с которой столкнулась грандиозная теория статистической механики Больцмана, поскольку при исследовании микросостояний системы мы имеем дело с не менее огромными числами. Чтобы упростить эту задачу, мы изобретаем способы приблизительной или косвенной оценки фи, что нейроученые уже делают с высокой клинической эффективностью, как мы увидим в третьей части.

Далее Кох описывает фи как меру синергии – степень, в которой система является «чем-то бо`льшим, чем сумма ее частей». Это говорит о том, что фи можно использовать для выявления примеров эмерджентности в природе. Как отмечают Кох и Кархарт-Харрис, фи коррелирует с размером репертуара доступных ментальных состояний: системы с более высоким показателем фи обладают более разнообразным набором реакций и, таким образом, способны существовать в более сложной среде. Если угодно, фи – это мера необходимого разнообразия системы. Итак, мы выдвинули механистический аргумент, объединяющий второй закон термодинамики с законом необходимого разнообразия и дающий нам принцип возрастающей космической сложности, неизбежно порождающей адаптивных агентов со все более широкими возможностями.

Если эта новая модель космической эволюции кажется вам неприемлемой из-за главной роли, которую жизнь играет в будущем развитии Вселенной, то имейте в виду, что она абсолютно механистична. Мы не можем игнорировать прогрессивный характер эволюции только потому, что это противоречит нашим редукционистским предположениям. Мы должны признать вселенское значение жизни – и все те духовные последствия, которые вытекают из этого факта. Одним из таких последствий является то, что мы действительно «особенные», даже хотя мы являемся продуктом дарвиновской эволюции (а не сверхъестественной силы), как заверяет нас Джон Кэмпбелл в книге «Универсальный дарвинизм: путь познания»: «Этот взгляд на универсальный дарвинизм дает нам единый и интегрированный взгляд на эволюцию информационных процессов и субъектов знания. Хотя этот взгляд является научным, он признает, что люди занимают особое место – как растущие новые побеги на этом вечном ветвистом древе познания».

Мы познакомились с филогенетическим обучением и основами онтогенетического обучения – самоорганизацией. В следующей главе мы увидим, как оба этих механизма сообща образуют иерархические системы управления с возрастающей вычислительной сложностью и причинной силой в результате процесса рекурсивной эмерджентности.

Есть вещи, о которых Дарвин не мог знать. Одна из них – самоорганизация в сложных динамических системах. Если новая наука о поведении сложных систем достигнет успеха, она соединит прочными узами самоорганизацию и отбор. Это будет физика биологии.

Стюарт Кауфман

Многие считают, что жизнь незначительна в масштабе космоса, ведь она занимает такую маленькую область Вселенной – Вселенной, которая кажется враждебной и неприветливой по отношению к жизни. Однако оба этих эпитета – признаки близорукости. Если объединяющая теория реальности, представленная в этой книге, верна, то она предполагает, что жизнь неизбежно распространится по всему космосу и будет господствовать во Вселенной примерно так же, как жизнь господствует сегодня на планете Земля. В этой главе мы будем исходить из идеи о том, что жизнь продолжается не вопреки экзистенциальным вызовам, которые ставит перед ней Вселенная, а благодаря им. Принцип Поппера «проблемы порождают прогресс» объясняет, почему жизнь естественным образом становится более сложной и сильной в результате эволюции. Проще говоря, экзистенциальные вызовы вынуждают жизнь постоянно искать решения для выживания. Эти решения, которые мы называем адаптациями, представляют собой постепенные улучшения в строении живых организмов.

Перед жизнью стоит вечная проблема – оставаться вдали от термодинамического равновесия, и она достигает этой цели, получая информацию о том, как выживать в окружающей среде. Как приобретается эта адаптивная информация? В результате слепой изменчивости и естественного отбора, которые служат формой обучения методом проб и ошибок, как ясно показывают эволюционная эпистемология и универсальный дарвинизм. Таким образом, рост знаний является одновременно дарвиновским и термодинамическим процессом. Давайте проясним эту связь, кратко изложив физическую историю в том виде, в каком она рассказывалась до сих пор. Это приведет нас к новой натурфилософии, объясняющей существование жизни в терминах эволюции и эмерджентности.

Новый взгляд на второй закон термодинамики

С термодинамической точки зрения, изложенной в первой части книги, функция биологической жизни заключается в обеспечении каналов потока энергии для планеты, находящейся в состоянии химического напряжения, поскольку таким образом жизнь способствует производству энтропии. Мы называем эти каналы потока энергии организмами, и они бывают самых разных типов или видов. Поскольку приток солнечной энергии постоянно выводит планету из равновесия, максимизация энтропии требует, чтобы эти каналы потока энергии сохранялись и в будущем. С этой точки зрения биологическая эволюция – это процесс, который создает и поддерживает каналы потока энергии, облегчающие рассеивание свободной энергии планеты. Чтобы выполнять свою термодинамическую функцию, жизнь должна получать информацию, уменьшающую неопределенность среды, поэтому адаптация – это процесс статистического моделирования, эквивалентный байесовскому выводу. По мере того как жизнь развивается, учится и обновляет «убеждения» своей модели о среде, делая их все более точными, она сводит к минимуму свое незнание относительно всех возможных способов, которыми окружающий мир может ее удивить. Наука – это лишь продолжение нашей имманентной потребности прогнозировать Вселенную с целью не выбыть из игры существования.

По мере того как эволюция протекает таким образом, природа создает множество разнообразных адаптивных систем, моделирующих окружающий мир в попытке избежать равновесия. Поскольку возникновение все более сложной среды неизбежно, так же неизбежно и появление все более разумных видов. Это подводит нас к космическому выводу, во многом противоположному первоначальной интерпретации второго закона термодинамики. Чтобы избежать путаницы, нам, пожалуй, стоит последовать совету Стюарта Кауфмана и просто назвать это четвертым законом термодинамики. Если говорить простыми словами, четвертый закон означает следующее: Вселенная, которая максимизирует энтропию или минимизирует свободную энергию с максимально возможной скоростью, будет эволюционировать в направлении все более сложного, организованного, живого и разумного состояния. Почему? Потому что вычисления, которые приходится выполнять жизни, чтобы продолжать существовать, рассеивают свободную энергию эффективнее, чем любой другой естественный процесс. Висснер-Гросс называет движущую силу этого организующего процесса причинной энтропийной силой, и она связывает воедино эволюцию и второй закон термодинамики.

Суть этой идеи довольно легко подытожить. Становясь более разнообразной и сложной в процессе эволюции, жизнь максимизирует количество ниш, которые она может использовать, что оптимизирует ее способность извлекать энергию и избегать энтропийного распада. Стремясь сохранить будущую свободу действий, адаптивная сложность приобретает все больше возможностей, а значит, может реагировать на более широкое разнообразие вызовов. В результате жизнь становится все более искусной в манипулировании материей и энергией такими способами, которые в конечном счете позволят ей стать космической силой с беспрецедентным причинным влиянием. Новый космический нарратив, возникающий из этих открытий, раскрывает перед нами Вселенную, которая становится все более разумной благодаря расширению жизни без каких-либо признаков замедления.

Многие полагают, что этот процесс неустойчив, что его бесконечное продолжение противоречило бы всемогущему второму закону, нарушая предположение о тепловой смерти, но мы увидим, что оно и является не более чем предположением. Теория тепловой смерти, также известная как Большое замерзание, понемногу оспаривается все большим числом ведущих физиков. Как объясняет Пол Дэвис – физик, ставший исследователем происхождения жизни: «Теперь мы видим, Как Вселенная способна увеличивать организацию и энтропию одновременно. Оптимистическая и пессимистическая стрелы времени могут сосуществовать – Вселенная может демонстрировать созидательный однонаправленный прогресс, даже несмотря на действие второго закона»¹.

Но это утверждение недостаточно убедительно. Казалось бы, неограниченный рост организованной сложности может происходить только спонтанно во Вселенной, которая в общем и целом становится все более неупорядоченной. Это одно из фундаментальных открытий интегрированного эволюционного синтеза, и такую истину не удалось бы установить без размышлений об эволюции с термодинамической и информационной точек зрения, как предположил Шрёдингер. В этой главе станет ясно, почему тенденция к неупорядоченности является фактором отбора для самоорганизующихся систем. На первый взгляд это может показаться сложным, но история и здесь на удивление проста: второй закон делает самоорганизующиеся системы все более стабильными за счет отбора наиболее синергетических структурных состояний.

Одна связная космическая история

Догматичный редукционист, который, подобно религиозному идеологу, боится перемен и стремится сохранить статус-кво, может утешиться тем фактом, что это радикальное расширение эволюционной теории на самом деле не такое уж новое и радикальное. Прошлые попытки достичь этой цели за многие десятилетия породили солидный объем эмпирических и теоретических данных, и именно этот корпус рецензированных исследований лег в основу нынешнего подхода. Более того, мы можем считать прогрессивные попытки создания единой теории систем – кибернетики, общей теории систем, эволюционной эпистемологии, универсального дарвинизма и науки о поведении сложных систем – поразительной демонстрацией того эволюционного процесса, который все они пытаются объяснить. Парадигмы возникают и эволюционируют точно так же, как организмы и культуры. Таким образом, интегрированный эволюционный синтез – объединяющая теория реальности, развиваемая на протяжении всей этой книги, – предсказывает свое собственное появление. В механистическом смысле космической эволюции было суждено породить теорию космической эволюции. Хотя она восходит как минимум к знаменитому современнику Дарвина Герберту Спенсеру, эволюционное мировоззрение стало серьезной философской позицией благодаря Карлу Попперу.

Поппер понимал, что этот научный метод – просто новый взгляд на то, чем природа занимается уже миллиарды лет: проверка гипотез – это реализация алгоритма, впервые открытого эволюцией, хотя позже он был кооптирован разумными существами, порожденными этим механизмом. Его по-разному называют в зависимости от области применения: метод предположения и опровержения (наука), метод проб и ошибок (обучение), изменчивость и отбор (адаптация), метод перебора (искусственный интеллект), но все они связаны с одним и тем же общим алгоритмом, который, применяясь итеративно [т. е. многократно. – Прим. пер.], осуществляет байесовский вывод.

Определить алгоритм, управляющий космической эволюцией и генерацией знаний, – это только полдела. Смысл подлинной «теории всего» не в том, чтобы заявить: «Мы обнаружили главный механизм – тайна жизни разгадана!» Помните, что наша цель – не редуцировать, но разъяснить, а изменчивость и отбор – это лишь процедура преодоления проблем, с помощью которой адаптивная сложность находит решения задач выживания и записывает их в память. Хотя это общий алгоритм, действующий в случае любой функциональной структуры в природе, это все же только процедура. Мы столько говорим о нем только потому, что это механизм, генерирующий знание. Но почему мы столько говорим о знании?

Знание интересно нам, потому что именно оно позволяет физическим системам воспринимать мир и генерировать модели деятельности, которым присущи смысл и ощущения, тем самым преобразуя неживые составляющие Вселенной в целеустремленные единицы. Это не просто метафора: когда неодушевленная материя приобретает способность ощущать реальность, организуясь в адаптивную сложность, материя становится «живой» – ее одушевляет обработка информации, управляющая поведением, которое мы называем агентностью.

Но если мы сосредоточимся исключительно на отдельных организмах или лучше всего известной нам сложной адаптивной системе, то есть на самих себе, не думая о более масштабном космическом процессе, то мы останемся слепы к общей картине. Непрерывный рост знаний беспредельно завораживает, потому что он, по-видимому, неизбежно ведет к образованию Вселенной, которая самоорганизуется во все более интеллектуального вычислительного агента, и конца этому не видно. Является ли конечным результатом этого процесса космический разум, который со временем становится все более могущественным? Космос создал головоломку, которую самосознающим системам предстоит решить. Этот вопрос, на который мы пытаемся найти ответ прямо сейчас, о том, как долго может длиться жизнь во Вселенной, подчиняющейся второму закону термодинамики, является одновременно и проблемой, и решением. Иными словами, именно наше осознание надвигающейся гибели побуждает нас избегать такого исхода. Таким образом, проблемы толкают прогресс вперед.

Поэтический метанатурализм

Наша объединяющая теория реальности, интегрированный эволюционный синтез, вдохновляет на новое научное мировоззрение и экзистенциальную философию, которые мы можем назвать поэтическим метанатурализмом. Это витиеватое название выбрано не ради поэтичности; для него есть технические причины, которые станут проясняться по мере того, как эта книга будет приближаться к завершению.

Поклонники физика-теоретика и популярного автора Шона Кэрролла, называющего себя «поэтическим натуралистом», возможно, знакомы с его философской позицией поэтического натурализма, которая прекрасно сформулирована в его грандиозной книге 2016 года «Вселенная. Происхождение жизни, смысл нашего существования и огромный космос». Хотя между поэтическим натурализмом и поэтическим метанатурализмом есть сходство, в некотором смысле они едва ли не противоположны. Как и взгляды Брайана Грина, позиция Кэрролла является поэтичной, но все же чрезмерно редукционистской. Очевидно, он не верит, что Вселенная имеет какую-либо неотъемлемую цель или что жизни присуще какое-либо космическое значение:

Поэтический натуралист склонен отрицать, что такие понятия, как «добро» и «зло», «предназначение» и «долг» или «красота» и «уродство», являются частью фундаментальной структуры мира. Мир – это просто мир, развивающийся в соответствии с закономерностями природы, свободный от оценочных признаков. Но эти морально-этические и эстетические термины могут быть исключительно полезными при обсуждении мира.

Поэтический метанатурализм, с другой стороны, утверждает, что у природы есть имманентная цель – пробудиться и познать плоды собственного творения. Чтобы сделать это, она должна породить жизнь, знание и разум. Вселенная по своей сути созидательна, и эмерджентные явления, которые она порождает, являются ее поэтическими выражениями. В большой картине космической эволюции важны не частицы, а паттерны, возникающие в результате взаимодействия частиц. Некоторые из этих паттернов, обладающие наибольшей причинной властью над природой, ощущают, каково это – быть паттерном. Вы – такой паттерн. Паттерны (в том числе и, собственно, поэзия) не менее «реальны», чем частицы. Стихотворение, вдохновляющее на действие, так же реально, как камень.

Поэтический метанатурализм предполагает, что мы способны лучше понять истинную сущность природы, если будем мыслить об эволюционном процессе в терминах петель и уровней. Без этих концепций было бы невозможно понять ключевые свойства биологических систем, такие как контроль и сознание. Мы должны благодарить родоначальников кибернетики за то, что они сделали их неотъемлемой частью науки. Вооружившись логикой петель, мы можем начать развивать науку о себе.

Мы – петли

В эссе для цифрового журнала Aeon под названием «Сознание – не вещь, а процесс построения выводов» нейроученый Карл Фристон объясняет нашу петлеобразную природу и ее связь со вторым законом термодинамики:

В такого рода повторяющемся, самоорганизующемся поведении примечательно то, что оно противоречит обычному поведению Вселенной. Вообще-то с течением времени все должно становиться более случайным, рассеянным и хаотичным. Это второй закон термодинамики – все стремится к хаосу, и энтропия обычно нарастает. Так в чем же тут дело?

Сложные системы самоорганизуются, потому что обладают аттракторами. Это петли взаимоусиливающих состояний, которые позволяют процессам достигать точки стабильности не за счет потери энергии вплоть до остановки, а за счет так называемого динамического равновесия.

Обратите внимание, что в этом контексте динамическое равновесие противоположно термодинамическому равновесию и является своего рода неравновесным равновесием! Казалось бы, звучит парадоксально, но это всего лишь каламбур. Тогда как термодинамическое равновесие – это сбалансированное состояние полной разупорядоченности и рассредоточения энергии внутри системы, динамическое равновесие обозначает сбалансированное состояние между открытой системой и средой, постоянно привносящей в нее свободную энергию. Оба эти состояния являются типами аттракторов, однако одно представляет собой смерть, а другое ассоциируется с жизнью. Динамическое равновесие – далекое от равновесия устойчивое состояние – было математически описано Эшби в 1947 году, когда он ввел принцип самоорганизации, который гласит, что «любая детерминированная динамическая система автоматически эволюционирует к состоянию равновесия, которое можно описать в терминах аттрактора в бассейне окружающих состояний»². Как только адаптивная система попадает в аттрактор, она будет оставаться там до тех пор, пока она извлекает энергию, необходимую ей для поддержания упорядоченного состояния, и до тех пор, пока внешние условия не изменятся слишком сильно.

Черпая вдохновение у Эшби, Карл Фристон объяснил, что аттракторы – это самая суть того, что значит быть живым:

Интуитивный пример – гомеостаз. Если вы испугаетесь хищника, ваше сердцебиение и дыхание ускорятся, но вы автоматически предпримете нечто, чтобы привести свою сердечно-сосудистую систему в более спокойное состояние (следуя так называемой реакции «дерись или беги»). Всякий раз, когда происходит отклонение от аттрактора, это запускает потоки мыслей, чувств и движений, которые в конечном итоге возвращают вас к циклу притягивающих знакомых состояний. У людей все возбуждения тела и мозга можно описать как движение к нашим аттракторам, то есть к нашим наиболее вероятным состояниям.

Продолжая, Фристон характеризует состояние жизни как петлю, ссылаясь на когнитивного философа и лауреата Пулитцеровской премии Дугласа Хофштадтера, с идеями которого мы познакомимся ближе в третьей части книги:

Согласному этому взгляду, люди не более чем «странные петли», как выразился философ Дуглас Хофштадтер. Мы все плывем через огромное многомерное пространство состояний с множеством возможностей, но наши аттракторы заставляют нас двигаться по замкнутым кругам. Мы подобны осеннему листу: намечая бесконечную траекторию в бурных водоворотах потока, мы думаем, что наш маленький путь – это весь мир… Это описание нас самих как игривых петель может показаться телеологически бесплодным, однако оно имеет глубокие последствия для природы любой сложной системы с набором притягивающих состояний, такой как вы или я.

Нет, оно вовсе не телеологически бесплодно! Эта история показывает, что мы, как сложные адаптивные системы, без сомнения, являемся петлями, и не только в каком-то одном смысле. Как диссипативные системы, постоянно осуществляющие круговорот энергии посредством метаболизма, мы являемся своего рода термодинамической петлей, и поскольку мы обновляем свои представления о мире байесовским способом, мы являемся еще и информационной петлей. Кроме того, мы кибернетические машины, использующие петли положительной обратной связи для самовосстановления и самоусиления, а петли отрицательной обратной связи – для возвращения к гомеостазу и защиты системы от сильных возмущений, угрожающих ее физической целостности. Петли определяют саму нашу природу. Даже то, как мы живем, наши модели поведения, ежедневные действия – завтрак, обед, ужин, сон, секс, – наши привычки являются аттракторами, нравится вам это или нет. По своей сути мы существа рекурсивного типа.

Но петлеобразная сущность природы вовсе не означает, что мы вечно ходим по кругу, ведь петля – это обновление байесовской модели и метод производства знания. Будь то наука, адаптивное обучение или биологическая эволюция, жизнь учится на своих ошибках и записывает решения в память – в геном, мозг, культуру, научные журналы или интернет, – чтобы они не забылись. Благодаря постоянной обратной связи, которую мы получаем в результате всех своих успехов и неудач, петля обучения толкает процесс в направлении прогресса.

Теперь в нашей истории настал момент рассказать о важном феномене, который возникает вместе с циклами и называется самореференцией.

Самореференция

Запомните полезное эмпирическое правило: всякий раз, когда в научном термине встречается слово «само»[12], есть большая вероятность, что где-то в этом понятии скрывается самореференция. Самоорганизация (эмерджентность), самоподдержание (аутопоэз), самоусиление (рост), самовоспроизведение (размножение) и даже самосознание (осознание собственной сознательности) – все это предполагает рекурсивный процесс, в котором так или иначе используются петли, что позволяет системе соотноситься с самой собой.

Все организмы, включая человека, используют петли обратной связи ради причинной силы и контроля. Те же нелинейные, экспоненциально растущие петли обратной связи, лежащие в основе знаменитого эффекта бабочки, используются жизнью для совершения действий, на которые неживая материя не способна, например, чтобы двигаться против силы тяжести – скажем, бежать в гору или прыгать вверх. Если бы вы увидели, что неживой объект, например камень или мусорный бак, движется таким же образом, вы бы предположили, что кто-то вас разыгрывает. Адаптивные системы способны на то, что с классической редукционистской точки зрения может показаться «каузальной магией». Конечно, эта магия всего лишь причинная сила информации, однако от этого она не становится менее волшебной, не так ли?

Возможно, самое интересное в нашей объединяющей теории реальности то, что, когда вы видите в ней теорию адаптивных систем, она внезапно включает и вас, втягивая в петлю! Вы – петля внутри петли.

«Эмерджентность организованно прошла путь от протонов к философам, – писал биохимик Гарольд Моровиц из Йельского университета, редактор и основатель журнала Complexity. – На этом уровне наблюдается своего рода замыкание петли, потому что философы думают о Большом взрыве, протонах и всех других иерархиях, связанных эмергенциями. Возникающий мир обращается вовнутрь и думает о самом себе»³.

Гарвардский астробиолог Эрик Чейссон, автор книги «Космическая эволюция: рост сложности в природе» и давний сторонник идеи о самоорганизации космоса, говорит: «Космическая эволюция породила нас и теперь, сделав это, позволяет нам изучать тот самый сценарий космической эволюции».

Примерно в таком же духе писал Пол Дэвис: «Законы Вселенной сами организуют их постижение»⁴. Нужно немного поразмыслить, чтобы это понять, но это правда, и достигается это с помощью таких существ, как вы.

Как уже упоминалось ранее, теория космической эволюции одновременно является теорией об эволюции парадигм, а значит, она будет соотноситься с самой собой. Этот пример самореференции может на первый взгляд показаться странным, но Хофштадтер в своих необычных и замечательных бестселлерах «Гёдель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда» и проникновенном «Я – странная петля» не раз повторял, что «теория способна говорить о себе самой».

Наша объединяющая теория реальности, основанная на байесовской эпистемологии, предсказывает, что в ее модели мира будут ошибки, и дает инструкции о том, как она должна самообновляться при поступлении новых доказательств (если использовать теорему Байеса). Поскольку эта теория по своей природе самокорректирующаяся, вы могли бы назвать ее «самосознающей». Кроме того, она по определению неполная, так как признает, что в будущем неизбежно возникнут новые явления с новыми свойствами, а это потребует расширения рамок. Эмерджентные явления всегда будут демонстрировать новые виды динамического поведения, для описания которых потребуются новые математические законы – как показал каузальный анализ израильско-американского ученого-компьютерщика Джуды Перла, использованный для формализации появления причинной силы в живых системах.

Утверждая, что реальность «открыта» (под этим имеется в виду постоянное возникновение новых паттернов и опытов), поэтический метанатурализм показывает, что неполноту модели не следует считать слабостью. Теория, предсказывающая, что реальность неполна, в некотором смысле является полной, ведь она способна предсказать, что ей не удастся предсказать идеально. Мы можем ожидать все более грандиозные эмерджентные явления, но они всегда будут таить в себе сюрпризы.

Как мы понимаем, погружаясь в нашу петляющую историю, эта универсальная теория кибернетических систем предполагает, что сама Вселенная является самоорганизующейся кибернетической системой, а не просто некой произвольной физической системой в прежнем понимании, как ее характеризовали Лаплас и Моно. Появление объединяющей теории означает, что мы находимся в критической точке человеческой истории, поскольку впервые начинаем осознавать свою, возможно, главную роль в разворачивающейся на наших глазах великой космической драме, которую наша цивилизация сыграет, если мы решим исправить свои ошибки прежде, чем сами окажемся устраненными ошибками. Вселенная самоорганизуется, космическая сложность нарастает, а разумная жизнь является основной движущей силой этого процесса. Как именно Вселенная пробуждается? Теперь мы знаем: с помощью петель, но одних петель для разума недостаточно. Разумные существа могут быть поняты только как продукт самореференции и многоуровневой информационной петли – «странной петли», по выражению Дугласа Хофштадтера, то есть не просто петли, а особой петли, пересекающей уровни. В новом космическом повествовании уровни так же важны, как и петли.

У нас есть уровни

Как сложные адаптивные системы, мы имеем уровни. Другими словами, все адаптивные системы являются вложенными системами, то есть состоят из множества взаимодействующих подсистем, которые сами состоят из множества взаимодействующих подсистем. Клетки состоят из биомолекул, многоклеточные организмы – из клеток, а сообщества, такие как колония муравьев или человеческая цивилизация, – из многоклеточных организмов. Хотя мы привыкли думать о себе только как об индивидуумах, мы тоже являемся сообществами агентов, как сказал бы вам любой клеточный биолог (человеческое тело – это интегрированная сеть из примерно тридцати семи триллионов клеток).

Такая вложенная многокомпонентная конструкция называется иерархической модульной архитектурой: слово «модульная» означает, что система состоит из множества взаимодействующих блоков, а слово «иерархическая» – что компоненты организованы в отдельные слои или уровни. В общем, блоки, состоящие из блоков, и так до самого основания. Такая модульная многоуровневая архитектура признается наиболее надежной конструкцией, какую может иметь адаптивная система, и тому есть целый ряд причин. Во-первых, поскольку вычислительная нагрузка распределяется между многими компонентами и на многих уровнях, то на каждом уровне наблюдается своего рода специализация. Но помимо увеличения вычислительной способности важно еще и то, что иерархическая модульная конструкция помогает легко защитить систему от сбоя или разрушения.

Рассмотрим сообщество людей, которое также является адаптивной системой, и кибернетическую систему с иерархической модульной архитектурой. Из-за функционального сходства между организмами и обществами ряд уважаемых ученых, таких как авторитетный биолог Э. О. Уилсон и Линн Маргулис, называли интегрированный коллектив социальным организмом. Даже великий биолог-эволюционист Эрнст Майр, ярый критик идеи космической телеологии, был убежден, что «социальная группа также является объектом отбора»⁵. Устойчивость социальных организмов позволяет легко увидеть преимущества вложенной многоуровневой системной организации.

Например, если система высокого уровня распадается (из-за голода, стихийного бедствия, войны или другого катастрофического сбоя), то составлявшие ее подсистемы могут просто собраться заново. В случае погибших цивилизаций, будь то цивилизации людей или насекомых, автономные агенты исследуют новые коллективные конфигурации до тех пор, пока не будет обнаружена и сохранена более стабильная и синергетическая организационная структура. Иерархическая модульная система – это аттрактор, построенный из аттракторов.

Эта вложенная архитектура объясняет устойчивость биосферы и то, почему она способна выполнять свою термодинамическую функцию, даже несмотря на стихийные бедствия и массовые вымирания. Первым ученым, тщательно изучившим важность иерархической модульной структуры, был Герберт Саймон – американский экономист, политолог и когнитивный психолог, получивший Нобелевскую премию по экономике в 1978 году. Его труды оказали влияние на многие сферы, в особенности на зарождавшуюся область искусственного интеллекта. Идеи Саймона о важности иерархического модульного строения помогли сформировать дисциплину, известную как теория управления или теория оптимального управления, которая в настоящее время входит в обязательный курс обучения инженеров, собирающихся разрабатывать надежные системы любых видов. Эта концепция также стала важнейшей частью машинного обучения, особенно при проектировании нейронных сетей.

Приведенная ниже схема отображает иерархию материи, которая продолжается как иерархия жизни.

Из этого описания мы видим, что жизнь, возникнув, становится движущей силой космической эволюции, а также, что история космической эволюции – это история иерархической эмерджентности в результате рекурсивной самоорганизации. Мы знаем, что самоорганизация – это то, как выстраиваются уровни иерархии, но особенно сильно нас интересует, будет ли этот процесс продолжаться. Является ли эволюционный прогресс таким же неизбежным, как возникновение жизни? Определенно, складывается впечатление, что это так, и мы опишем этот неограниченный процесс с помощью закона, вдохновленного принципом самоорганизации Эшби и называемого принципом рекурсивной самоорганизации. Этот принцип объяснит, как в процессе эволюции к постоянно расширяющейся иерархии материи добавляются новые уровни. Эти уровни перенесут нас от материи к разуму и за его пределы.

Сага космической эволюции – это рекурсивный процесс спонтанной самоорганизации, происходящий поэтапно, а каждый ее этап – это важный эволюционный переход, представляющий собой возникновение нового уровня структурной и функциональной сложности во Вселенной. Новые уровни в иерархии соответствуют более высокому уровню контроля и причинной силы (после их полного развития), и с каждым важным эволюционным переходом появляется некое совершенно новое свойство, которого не было в системах более низкого уровня, когда они существовали изолированно. Впервые эти переходы подробно описали Джон Мейнард Смит и Эрш Сатмари в книге 1995 года «Основные переходы в эволюции».

Как правило, важный эволюционный переход сопровождается созданием хранилища знаний нового типа, представляющего собой систему памяти, в которой хранится адаптивная информация. Первым хранилищем знаний была отдельная клетка, затем появились многоклеточные организмы, затем мозг, затем культуры, затем компьютеры, и теперь, похоже, благодаря интернету появляется глобальный мозг. Некоторые из этих важных эволюционных переходов соответствуют тому, что философы называют сильной эмерджентностью.

Более консервативный тип эмерджентности – слабая эмерджентность – наблюдается в природе повсюду, где есть паттерн, и именно такой тип эмерджентности мы наблюдаем, когда формируются лишенные агентности диссипативные структуры, например торнадо и водовороты. Сильная эмерджентность – это особый вид эмерджентности, при котором в природе возникает нечто онтологически новое. Происхождение жизни считается сильной эмерджентностью, потому что в результате такого события информация обретает причинную силу во Вселенной, и происхождение разума также относится к этой категории, поскольку оно представляет собой возникновение субъективного опыта, являющегося чем-то совершенно новым.

Всякая эмерджентность в процессе космической самоорганизации вызывается фазовым переходом, который все дальше отодвигает жизнь от состояния термодинамического равновесия и полной неупорядоченности. Благодаря многоуровневой серии таких фазовых переходов (когда функциональные элементы объединяются, образуя более крупные функциональные элементы, которые объединяются, образуя еще более крупные элементы, и так далее) адаптивная сложность начинает лучше соответствовать задаче доминирования в космосе. То есть жизнь обретает организацию, которая становится все более иерархичной и интегрированной, а следовательно, более устойчивой и мощной в вычислительном отношении. Хотя можно сказать, что жизнь доминирует во Вселенной, завоевывая господствующее положение в ней благодаря техническому прогрессу, столь же верно и то, что в ходе этого процесса пробуждается сама Вселенная. Это одно и то же явление, но описываемое с разных точек зрения, соответствующих разным уровням описания. Вспомните фразу Сагана: «Мы – это способ, которым космос познает себя».

Теперь мы прольем свет на природу этого процесса, описав конкретные механизмы, делающие неизбежными важные эволюционные переходы. Подобно первому важному переходу в космической эволюции, который характеризовался возникновением живого организма в результате скоординированной коллективной деятельности многих взаимодействующих молекул, приближающийся важный эволюционный переход, вызванный скоординированной коллективной деятельностью триллионов взаимодействующих особей разных видов, представляет собой созревание биосферы в настоящий «суперорганизм». Эта сложная адаптивная система планетарного масштаба обладает мозгом, телом и потенциально способностью к воспроизводству.

Эволюция за пределы Земли

Космическая эволюция, конечно, началась не на Земле; она началась, когда зародилась сама Вселенная. Мы знаем, что образование неравновесных структур, которые мы называем звездами и планетами, произошло с неизбежностью в результате действия фундаментальных законов физики, и нас вполне устраивает обязательность этой части истории. Но идея о том, что жизнь – такая же закономерность, в настоящее время не является превалирующей позицией мейнстримной физической науки, хотя эта точка зрения явно импонирует специалистам по сложным системам, сотрудникам НАСА и все большему числу скучающих физиков, стремящихся объяснить происхождение жизни, а для тех, кто глубоко изучал статистическую термодинамику, это новый святой Грааль. Ни удостоенные Нобелевской премии биологи, такие как Кристиан де Дюв, ни наши самые уважаемые популяризаторы науки, такие как Карл Саган, больше не считают идею о том, что возникновение жизни было «вплетено в саму ткань Вселенной», как выразился де Дюв, шокирующей.

Хотя идея о том, что жизнь и агентность возникают как неизбежный результат закона природы, должна приносить нам духовное удовлетворение, она заставляет нас задаваться вопросом, где заканчивается неизбежность. Пусть даже она подразумевает, что жизнь в космосе широко распространена и легко зарождается на миллиардах или триллионах планет с условиями, достаточно похожими на земные, было бы весьма печально, если бы речь шла только о жизни, не способной покинуть планету, на которой она возникла.

Чтобы биологическая жизнь могла выйти за пределы своей родной планеты, она должна развить интеллект, а интеллект – это свойство, проявляющееся в достаточно сложных системах обработки информации. Итак, если эта космическая траектория действительно неизбежна в силу действия законов природы, то должны существовать механизмы, систематически побуждающие биосферу эволюционировать к состояниям более высокой сложности и интеграции информации. В предыдущей главе мы многое узнали о процессе появления знаний, но мы мало говорили о том, как модернизируется материальная составляющая, кодирующая растущую гору накопленных знаний. Основные эволюционные переходы – это революции в механизмах обработки и хранения информации. Потребность во все более крупных хранилищах знаний (системах памяти) показывает, что история космической эволюции – это не просто процесс генерации знаний, а процесс рекурсивной самоорганизации.

Чтобы понять принцип рекурсивной самоорганизации, мы должны подумать о том, как два выявленных нами типа эволюции, соответствующие двум типам обучения, сообща создают кибернетические системы с неуклонно возрастающей производительностью вычислений. Теперь мы довольно хорошо знакомы с филогенетическим обучением и основами онтогенетического обучения – самоорганизации. Традиционно термин «онтогенетическое обучение» означал исключительно индивидуальное обучение, но по мере развития научных дисциплин становилось очевидно, что все, называемое индивидами, на самом деле является самоорганизующимися коллективами меньших единиц, которые действуют вместе. Поэтому мы будем использовать термин «онтогенетическое обучение» для описания любого примера самоорганизации, поскольку именно «само» в каждом конкретном случае превращает коллективное обучение в индивидуальное обучение на более высоком уровне!

Хотя современный синтез подчеркивает, что эволюция происходит в результате конкуренции между организмами, борющимися за выживание (таков источник филогенетического обучения), он очень мало говорит о коэволюции видов и взаимозависимости и взаимосвязанности, которые мы наблюдаем в биосфере, обладающей устойчивостью и стабильностью, которые необходимо объяснить. Филогенетическое обучение – это метод байесовского обновления, который оптимизирует геном эволюционирующей популяции организмов, однако настоящая звезда шоу – самоорганизация, менее известный из двух эволюционных процессов, ведь она распространена повсеместно и потому является основным механизмом, стимулирующим непрерывную эмерджентность.

Несмотря на свою очевидную актуальность, самоорганизация в основном игнорировалась ведущими биологами как по практическим, так и по культурным причинам. Биологи склонны избегать концепций, для описания которых требуются экзотические математические и физические методы, а кроме того, они также обычно предпочитают сохранять здоровую дистанцию от всего, что звучит слишком телеологично, поскольку они все еще связывают телеологию или целенаправленность с некой мистической или «нефизической» силой, которая может приоткрыть богу или магии заднюю дверь в научный мир. Что ж, эти заботливые стражи эволюционной теории – этакий «Ночной дозор» науки – могут расслабиться и даже возрадоваться, ибо, хотя самоорганизация – это процесс, загадочным образом вызывающий «целевое состояние», сама цель является аттрактором с термодинамической функцией и точным математическим описанием. А еще натуралистам будет приятно узнать, что этот аттрактор порождается и поддерживается честной дарвиновской динамикой, поскольку развивается в результате изменчивости и отбора.

Слепая изменчивость и избирательное сохранение

Если говорить более конкретно, то эволюционная эпистемология показывает нам, что самоорганизация происходит посредством механизма изменчивости и отбора, известного как слепая изменчивость и избирательное сохранение. Мы можем рассматривать эту версию дарвиновской динамики как проявление идеи Докинза о том, что «дарвиновское „выживание наиболее приспособленных“ на самом деле является частным случаем более общего закона выживания устойчивых». Когда система взаимодействующих частей исследует различные конфигурации, устойчивые конфигурации сохраняются или отбираются, а неустойчивые забываются.

Впервые механизм слепой изменчивости и избирательного сохранения очевидно проявляется в момент возникновении жизни в форме того, что Джереми Ингленд назвал диссипативной адаптацией. Мы узнали все необходимое об этом процессе в третьей главе, но из нее не было вполне очевидно, что диссипативная адаптация посредством самоорганизации является многократно реализуемым явлением. Это означает, что, поскольку функционально эквивалентные сложные адаптивные системы могут существовать на разного рода материальной части или «субстратах», то один и тот же тип явления или процесса может быть «реализован» в природе в разных масштабах.

Множественная реализуемость также известна как независимость от носителя. Из-за независимости от субстрата изучение сложной адаптивной системы на одном уровне может помочь нам лучше понять аналогичные адаптивные системы на других уровнях. В 2017 году физик Макс Тегмарк сказал, что концепция, о которой, по его мнению, общество должно знать больше, – это независимость от субстрата, а затем он объяснил, как ученый может понять природу волны независимо от той среды, в которой она распространяется. Волны ведут себя примерно одинаково вне зависимости от среды, поскольку интересующее ученых явление следует искать в динамике, а не в материале. Сложные адаптивные системы – это кибернетические системы, которые теоретически могут существовать в бесконечном разнообразии масштабов.

Смысл кроется в метафоре

Поэтический метанатурализм подчеркивает важность метафоры при объяснении природных явлений – не ради художественности или эмоционального отклика, а в силу того, что метафора становится необходимым инструментом объяснения в многоуровневой реальности. Когда мы пытаемся понять природу многократно реализуемого явления, «истинное» описание этого явления нельзя найти на каком-то одном уровне: наиболее глубокое понимание требует признания общей абстракции, которую можно вывести из нескольких разных уровней. Например, если нейробиолог и специалист по теории информации Эрик Хоэль прав в своем убеждении, что «агентность, видимо, является многократно реализуемым свойством»⁶, то агентность следует определять как свойство, присущее агентам на уровнях любого масштаба.

В математике существует понятие самоподобия, а самоподобный объект – это объект, который по структуре похож на одну или несколько (или все) своих составных частей. Самоподобие связано с фрактальными паттернами, возникающими в результате рекурсивно применяемых правил построения, и они существуют в природе повсюду, часто в форме знаменитой последовательности Фибоначчи, которую мы видим в расположении семян подсолнухов, спиралях галактик и социальной организации колоний медоносных пчел. Системы, демонстрирующие самоподобие, такие как кибернетические системы с иерархической модульной архитектурой, в теории можно переосмыслить с помощью новых высокоуровневых принципов, таких как принцип отражения, как его называют математики.

Принцип отражения доказывает, что уровни во вложенной системе могут информировать друг друга, проявляя динамику, которую по той или иной причине было бы трудно наблюдать на каком-либо другом уровне. Если обратиться к примеру, который мы вскоре рассмотрим подробнее, динамика экосистем может пролить свет на динамику автокаталитических систем, и наоборот. Можно также предположить, что изучение динамики сложной адаптивной системы на высшем уровне растущей иерархии жизни может рассказать нам что-то о тех уровнях, которые еще не возникли, но которых следует ожидать. Например, изучение того, как в человеческом мозге возникает сознание, способно рассказать нам о том, каким образом может произойти формирование сознания в глобальном мозге, который формируется людьми, подключенными к своим беспроводным устройствам. Итак, поэтический метанатурализм обладает предсказательной силой, которой не отличается ни одна редукционистская теория. Он не игнорирует возникающие явления, а использует их для прогнозирования поведения изоморфных паттернов на более высоких уровнях.

Лучший способ проиллюстрировать концепцию множественной реализуемости – привести пример. В шестой главе мы увидели, что, изучая науку, мы также узнаем об эволюции, а изучая эволюцию, мы узнаем что-то новое о происхождении жизни. Теперь происхождение жизни научит нас чему-то, чего мы не знали о будущем жизни. Благодаря истине множественной реализуемости диссипативная адаптационная модель абиогенеза также является моделью эволюционного развития биосферы.

Биосфера – это автокаталитический набор

Как мы обсуждали в первой части, новое понимание возникновения сложных адаптивных систем, основанное на новой области физики, известной как неравновесная термодинамика, говорит нам, что жизнь возникает естественным образом и предсказуемо при определенных геохимических условиях, которые нередки во Вселенной. Благодаря адаптации, обусловленной диссипацией, система органических молекул, подталкиваемая постоянным потоком энергии, самопроизвольно изменяет конфигурацию на такую, при которой возникает самообновляющаяся, самоусиливающаяся сеть химических реакций – автокаталитический набор. Это пример эмерджентности, которая происходит, когда система претерпевает фазовый переход к состоянию более высокого порядка, сложности и стабильности.

В книге 2006 года «Программирование Вселенной» физик Сет Ллойд описывает автокаталитический набор как нечто вроде фабрики, работающей за счет энергии, протекающей через примитивную метаболическую систему: «Автокаталитические наборы реакций – это мощные системы. В дополнение к вычислениям они способны производить широкий спектр химических соединений. В сущности, автокаталитический набор подобен крошечной управляемой компьютером фабрике по производству химических веществ. Некоторые из этих химических веществ являются важнейшими компонентами жизни».

Обычно мы читаем о химических автокаталитических наборах, но экосистема тоже осуществляет коллективный автокатализ. Стюарт Кауфман, определенно больше всех сделавший для признания теории происхождения жизни на основе автокаталитических наборов, подчеркивает, что формирование новых видов и новых ниш в механистическом смысле не отличается от коллективного автокатализа, который мы наблюдаем в относительно простых химических сетях. В статье 2018 года «Возникновение ниши как автокаталитический процесс в эволюции экосистем», опубликованной в Journal of Theoretical Biology, Кауфман и его коллеги объясняют, почему экосистемы представляют собой «автокаталитически замкнутые самоподдерживающиеся сети реакций (или взаимодействий)», которые гарантированно повышают биоразнообразие и сложность по мере их самоусиления и эволюции.

Если процитировать кибернетика Фрэнсиса Хейлигена, который цитировал Э. О. Уилсона (назовем это «метацитатой»), мы видим, что автокатализ на уровне экосистемы непрерывен и, кажется, бесконечен. В статье 1999 года «Рост структурной и функциональной сложности в процессе эволюции» Хейлиген писал: «Как подробно объяснил Э. О. Уилсон (1992), типичные экосистемы не только содержат множество ниш, которые в конечном итоге заполняются новыми видами, но и демонстрируют самоподкрепляющуюся тенденцию к созданию новых ниш». Звучит знакомо? Конечно, ведь мы узнали об этом в предыдущей главе.

Если вдуматься, то почти все интегрированные сети адаптивных систем функционируют как автокаталитические наборы, включая социальные организмы, которые мы называем обществами или цивилизациями. Такие сети широко распространены, поскольку возникают спонтанно, когда большое количество организмов многократно взаимодействуют друг с другом и находят синергетические коллективные конфигурации, к чему их часто принуждает природа.

Почему взаимодействующие агенты регулярно соединяются, образуя стабильное целое? По той же причине, по которой молекулы с подходящим химическим разнообразием образуют устойчивые наборы автокаталитических реакций под воздействием потока энергии: совместная работа позволяет всей системе извлекать больше свободной энергии с меньшими затратами. В этом суть принципа рекурсивной самоорганизации. Природа поощряет сотрудничество, взаимодействие и синергию, так как это термодинамически выгодно для всех сторон, и по этой причине синергетические коллективные конфигурации в конечном итоге обнаруживаются любой многокомпонентной системой, исследующей различные состояния или конфигурации с помощью механизма слепой изменчивости и избирательного сохранения. Организмы конкурируют лишь до тех пор, пока не приходят к выводу, что совместная работа облегчает задачу каждого, и это касается в том числе и людей.

По мере того как биосфера создает растущее разнообразие сложных адаптивных систем, некоторые из этих систем взаимодействуют, образуя сложные адаптивные системы более высокого уровня, которые объединяются, формируя еще более крупные комплексы, и этот процесс с течением времени продолжается на более высоких и развитых в вычислительном отношении уровнях. Где заканчивается цепь эмергенций, и заканчивается ли она вообще, никто не знает, но мы немного порассуждаем об этом в заключительной главе.

Знакомые примеры так называемых суперорганизмов – это колонии муравьев, термитники, человеческие общества и экосистемы, составляющие биосферу. Все эти распределенные сети обрабатывают информацию и борются за поддержание своей организации, причем на удивление схожими способами с теми организмами, из которых они состоят. Хотя название «суперорганизм» является провокационным, важно понимать, что общество или цивилизация – это всего лишь следующий эмерджентный уровень структуры и функции в иерархии жизни, создаваемой путем рекурсивной самоорганизации. Каждый организм является суперорганизмом с позиции более низкого уровня, а каждый суперорганизм – это просто организм с позиции более высокого уровня. Например, если бы одноклеточное существо, такое как бактерия, могло рассуждать, оно считало бы многоклеточные организмы, например людей, суперорганизмами.

Суперорганизмы также называют метаорганизмами, метасистемами и суперсистемами, но в основе всех этих суперклевых названий лежит одна общая идея: это сложные адаптивные системы, состоящие из множества сложных адаптивных систем. Части объединяются, образуя большее целое в результате фазового перехода – процесса, который математически подробно описали Эрик Смит и Гарольд Моровиц в книге 2016 года «Происхождение и природа жизни на Земле», выдвинув теорию фазовых переходов жизни. Она напоминает теорию метасистемных переходов Валентина Турчина. Турчин – советский и американский кибернетик двадцатого века – в 1970-х годах описал, как процесс рекурсивной эмерджентности неумолимо создает все более сложные кибернетические системы. Эта теория была изложена в его недооцененной кибернетической эпопее «Феномен науки», название которой очевидно отсылает к книге Пьера Тейяра де Шардена «Феномен человека». В этой картине космической эволюции Вселенная собирается в иерархическую (многоуровневую) кибернетическую машину, обладающую богоподобными способностями.

Синергетические коллективные конфигурации

Напомним, что фазовые переходы случаются, когда взаимодействия между составными частями, будь то молекулы или агенты, становятся достаточно скоординированными для того, чтобы создавать кооперативные эффекты, также известные как взаимоусиливающие эффекты, которые подталкивают систему к преодолению критического порога. Как именно происходит этот волшебный метасистемный переход? Все начинается с потока энергии, ведущего многокомпонентную систему к аттрактору в ее конфигурационном пространстве. Когда один компонент взаимодействует со своим соседом, он производит эффект в этом соседе, который распространяется на окружающих его соседей, а те передают эффект первоначального воздействия дальше, тем самым создавая закольцованную цепную реакцию. Поскольку вся сеть динамически взаимодействует, то причинные цепи, создаваемые глобальным распространением, в итоге возвращаются к исходным точкам. Фактически этот процесс порождает повторяющуюся серию причинных петель, которые связывают части вновь сформированного целого, гармонизируя коллективные паттерны движения, что обеспечивает более эффективное рассеивание градиента энергии.

В соответствии с конструктивным законом, описанным в предыдущей главе, это позволяет еще большему количеству энергии проходить через систему, организуя ее быстрее, из-за чего петля положительной обратной связи увеличивает размер и сложность сети. Молекулярный или поведенческий хаос спонтанно превращается в динамический порядок, когда из весьма завораживающей энтропийной силы кристаллизуется новая функциональная структура. Отдельные компоненты становятся частью системы более высокого уровня с новыми глобальными свойствами, которые ограничивают поведение элементов, составляющих систему.

В то время как часть индивидуальной свободы молекулы или агента теряется по мере их интеграции в коллектив, синергия, обусловленная присоединением к группе, дает индивиду новые, немыслимые ранее возможности. Люди, являющиеся частью общества с определенными правилами, могут быть менее свободны, чем человек, живущий в дикой природе, но у них есть доступ к плодам цивилизации, таким как технологии, способным расширять человеческий опыт. Без культуры люди не смогли бы узнать, каково это – лететь в самолете или слушать симфонию. Без технологий жизнь не способна покинуть планету или избежать гибели звезды.

Хотя спонтанная самоорганизация – это процесс, который по своей сути телеологичен или целенаправлен, когда динамическая система неизбежно попадает в аттрактор, который она должна активно поддерживать, она в равной степени является дарвиновской. Поскольку энергия, проходящая через систему, заставляет ее постоянно исследовать новые конфигурации, то состояния, наилучшим образом улавливающие и рассеивающие энергию, оказываются именно теми состояниями, в которых система снова и снова застревает. Это форма естественного отбора.

Помните, что в приспособленности главное стабильность, поэтому самые стабильные состояния выбираются в соответствии со вторым законом термодинамики – или тенденцией к беспорядку. По мере того как эволюционирующая система движется к своему аттрактору и становится все более стабильной, в ее конфигурационном паттерне накапливается адаптивная информация. В результате самоорганизации, или онтогенетического обучения посредством слепой изменчивости и выборочного сохранения, способы уклонения от равновесия кодируются в памяти, носителем которой выступает динамическая организация адаптирующейся системы. Вспомните высказывание Сюзанны Стилл из статьи, цитируемой в конце шестой главы: «Система, реагирующая на стохастический управляющий сигнал, может быть интерпретирована как вычисляющая имплицитную модель переменных окружающей среды посредством своего динамического развития. Состояние системы сохраняет информацию о прошлых флуктуациях среды, и часть этой информации позволяет прогнозировать будущие»⁷.

Это относится к самоорганизующимся системам на всех уровнях, будь то клетки, мозги или города. Карл Фристон и Максвелл Рамстед из Университета Макгилла совместно с коллегами опубликовали несколько статей, в которых математически обосновывается, как должен применяться принцип свободной энергии на всех этих уровнях. Для нас важный урок звучит так: когда взаимодействующие агенты самоорганизуются в синергетическую коллективную конфигурацию, этот процесс всегда является формой диссипативной адаптации, поскольку эмерджентная система способна потреблять больше энергии из окружающей среды. Но диссипативная адаптация – это еще и процесс байесовского вывода, а неравновесные аттракторы – это наборы состояний, которые минимизируют свободную энергию системы и ошибку прогнозирования.

Что все это значит? Похоже, это указывает на то, что биосфера движется по той же эволюционной траектории, что и автокаталитический набор, приведший к возникновению жизни, только в большем масштабе. Сначала это всего лишь простая кибернетическая система, но миллиарды лет спустя она становится организмом с глобальным мозгом и способностью к самовоспроизведению. Как воспроизводится биосфера? Когда мы начнем терраформировать другие планеты, такие как Марс, это и будет воспроизводством биосферы! Но мы пока еще не подошли к этой части истории.

Все виды важны

Оглядываясь на жаркие дебаты о телеологии, мы видим, что Стивен Джей Гулд и его нерелигиозные, но одухотворенные критики, такие как Роберт Райт, могут быть правы одновременно – эволюция в результате естественного отбора постоянно усложняет биосферу именно потому, что она непрерывно создает большее разнообразие на уровне видов. Биосфера в принципе не может усложняться, если она одновременно не становится более разнообразной, поскольку разнообразие видов – это именно то, что создает большее разнообразие специализированных частей, и именно разнообразие или различие частей обусловливает разделение труда между коллективным целым. Таким образом, растущая лестница ниш возрастающей сложности создает распределение взаимодействующих видов, которые функционируют как множество взаимодействующих частей – примерно так же, как элементы, необходимые для возникновения жизни.

Большее количество видов в экосистеме или биосфере функционально аналогично большему количеству биомолекул в клетке или большему количеству типов клеток в многоклеточном организме. Это очень логично, если подумать о том, как структурированы другие сложные системы. Ни машина, ни человек не смогли бы нормально функционировать, если бы каждая их часть была максимально сложной или если бы каждая их часть эволюционировала в сторону одинаковой сложности. Помните, что сила в разнообразии, и это касается всех типов систем, будь то биологические, социальные или технологические. Автомобиль, состоящий только из двигателей, был бы бесполезной кучей хлама, и человек, состоящий только из мозгов, был бы столь же безнадежен. Наиболее функциональные системы состоят из широкого ряда компонентов, от простых до сложных. По мере того как дарвиновская эволюция трансформирует жизнь из отдельной клетки в неуклонно растущее разнообразие взаимодействующих видов и экосистем, биосфера развивается из эмбриональной стадии в зрелый суперорганизм с тканями и органами, а также нервной системой, которая наделяет ее интеллектом. Мы называем эту нервную систему «интернет», и она включает в себя все человеческие умы, которые соединяет.

В вычислительном смысле люди являются «превосходящим» видом, но мыслить в этих терминах в каком-либо моральном смысле нелогично, потому что мы отнюдь не независимы от биосферы – мы сильно зависим от нее, причем от всех существующих видов. Это все равно как считать, что нейрон превосходит гораздо более простую клетку крови или что мозг является органом, превосходящим печень, что бы это ни значило. Логично ли считать, что двигатель автомобиля превосходит его колесо? Все они нужны, чтобы большое целое функционировало должным образом. Итак, хотя Гулд опасался идеи лестницы прогресса, она больше не должна нас беспокоить, потому что на самом деле эта лестница – сеть.

Биосфера – это сеть взаимодействующих адаптивных систем, которые в совокупности создают взаимозависимое, взаимосвязанное целое. Нет высших и низших видов, нет высших и низших людей. «Я не приписываю вычислительному превосходству оценочное суждение», – говорил специалист по теории хаоса Норман Паккард ⁸, придумавший выражение «грань хаоса», на которой происходят фазовые переходы к более высокому порядку. И нам здесь тоже следует отказаться от оценочных суждений.

Ценность индивида заключается не в физических способностях или интеллекте, а в том, как человек вносит свой вклад в сохранение устойчивости социального организма, который мы называем обществом. Будучи уникальным или обладая уникальной точкой зрения, которой вы делитесь с другими посредством устной и письменной речи или искусства, вы вносите свой вклад в разнообразие идей, которые коллективно создают модель мира этого суперорганизма. В случае социальных организмов мы называем такую модель мира культурным мировоззрением, которым может быть религия, национальная идентичность, политическая идеология или космическая философия. Мы можем вновь подобрать метафору и сказать, что мировоззрение – это марковское ограждение для социального организма, поскольку именно оно связывает воедино независимых агентов, образуя коллективное целое с внутренними состояниями, отличными от внешних состояний среды, даже несмотря на отсутствие материального физического барьера, такого как мембрана клетки или кожный покров. Откуда нам известно, что это обоснованная аналогия? Ответ кроется в Гёбекли-тепе.

Ступени космической лестницы

Гёбекли-тепе – это археологический памятник в Турции с древними руинами, напоминающими Стоунхендж, но гораздо более старыми и с некоторыми важными отличиями. Здешние мегалиты – не просто огромные каменные глыбы; они украшены резьбой в виде существ – людей, животных и богов. Считается, что комплекс Гёбекли-тепе построен в соответствии с неким мировоззрением и символизировал единение людей ради общей цели, будь то служение богу или более абстрактное чувство служения космосу, который их породил. В книге «Sapiens: краткая история человечества» Юваль Ной Харари пишет:

В 1995 году археологи начали раскапывать участок на юго-востоке Турции, в Гёбекли-тепе. В древнейшем слое не обнаружилось следов поселения, домов и предметов быта, но там нашлись монументальные конструкции, украшенные причудливой резьбой, – стелы весом под 7 тонн и высотой в 5 метров, а в каменоломне неподалеку откопали еще не законченную стелу весом в 50 тонн. Всего археологи нашли свыше десятка таких конструкций, ширина самой крупной из которых превышала 30 метров.

Археологи делали подобные открытия и в других регионах: самый знаменитый пример – Стоунхендж в Англии. Но Гёбекли-тепе разительно отличается от всех известных прежде монументальных построек: Стоунхендж датируется серединой III тысячелетия до н. э., он был построен членами развитого земледельческого общества. А сооружения Гёбекли-тепе гораздо древнее и, судя по ряду признаков, были возведены охотниками-собирателями… Зачем кочевники обтесывали эти стелы и накрывали их каменной крышей? Никакой материальной пользы у подобных сооружений не было и быть не могло – это не бойня для мамонтов, не убежище от дождя или львов. Остается лишь одна правдоподобная теория: это культовые сооружения, над загадкой которых археологам предстоит биться еще долго. Назначение их неизвестно, однако древние собиратели-охотники не жалели на них времени и труда. Построить Гёбекли-тепе могли бы лишь тысячи кочевников из разных групп и племен, если бы объединились для сотрудничества, причем на долгие дни. К такому координированному коллективному усилию подвигнуть людей способна лишь развитая религия или идеологическая система[13].

Тот факт, что Гёбекли-тепе был построен всего за несколько тысяч лет до появления первой известной нам цивилизации, шумеров Месопотамии, видимо, говорит о том, что фазовый переход от небольших и разобщенных сообществ охотников-собирателей к настоящей цивилизации требует мировоззрения, поскольку именно мировоззрение позволяет согласовать интересы эгоистично действующих индивидуумов. Какова биологическая функция культурного мировоззрения? Мировоззрение, как и модели мира, возникавшие до него, – это стратегия выживания, но в данном масштабе это стратегия коллективного выживания ради продолжения существования суперорганизма.

Итак, вот общая картина. Биосфера неизбежно становится все более сложной и функциональной, если действуют эволюционные механизмы, удовлетворяющие двум основным условиям рекурсивной эмерджентности: эволюционный процесс должен порождать все большее разнообразие надежных частей, и некоторые из этих частей должны взаимодействовать, образуя стабильные целостности. Похоже, жизни повезло, ведь именно это и обеспечивает принципы дарвиновской эволюции и самоорганизации. С небольшой помощью неразумного конструктора, который мы называем естественным отбором, а также создающей порядок силы фазового перехода, биосфера волшебным образом создает все более сложные формы, порождая питательную среду для интеллекта как на индивидуальном, так и на коллективном уровне.

Как только мы расширяем определение биологической организации, включая в него иерархические структуры (многоуровневые сложные адаптивные системы), которые существуют выше уровня организма, например социальные организмы, становится невозможно отрицать тенденцию к постепенному увеличению сложности биосферы. Петли создают уровни, а эти уровни создают космическую лестницу, каждая новая ступень которой представляет собой увеличение объема памяти и вычислительной способности. Признание этой тенденции к повышению сложности и контроля было бы самым настоящим переворотом, поскольку это означало бы, что будущее отчасти предсказуемо. Однако для ученого, все еще придерживающегося старой редукционистской модели Вселенной без учета причинной силы информации, признание этой тенденции было бы равносильно признанию некоего свойства, а именно телеологии, которое ученые считают фундаментально противоположным натурализму, а это страшное табу. Кто бы мог подумать, что идеология и культурные факторы будут играть решающую роль в специфике эволюционной теории?

В книге 2002 года «Эволюция жизни» Кристиан де Дюв попытался разоблачить и исправить эту ригидную идеологию:

Главная цель этой книги заключалась в том, чтобы разоблачить ошибочность «евангелия случайности», проповедуемого от имени науки. Заявляемые научные предпосылки этой доктрины, как я пытался показать, неверны. Не потому, что, как считают некоторые, существует «что-то еще», определяющее направление эволюции, а потому, что естественные ограничения, в рамках которых действует случай, делают эволюцию в направлении возрастающей сложности практически неизбежной при наличии соответствующей возможности. Случайность не исключает неизбежности.

Гипотеза Геи

Распространенное и вполне понятное возражение против телеологического космического нарратива состоит в том, что он вроде бы приписывает сознательное намерение биологическим сущностям и процессам, которые вообще не обладают субъективным осознанием, например биосфере в целом и самому эволюционному процессу. Однако это не проблема для изложенного в этой книге современного понятия телеологии, которое является дарвиновским и вычислительным по своей природе. Вселенная или биосфера не стремятся сознательно достичь уровней более высокой сложности, представляющих собой основные «цели» космической эволюции, по крайней мере, до тех пор, пока не появляются разумные агенты, наделенные сознанием. Эти уровни – просто аттракторы, и они спонтанно возникают в результате динамики, порождаемой многими взаимодействующими компонентами или агентами, которые развиваются как коллективное целое.

Эти неравновесные аттракторы представляют собой устойчивые состояния, которые должны поддерживаться адаптивной сложностью, чтобы произошел переход к более высокой форме, но сами индивидуальные агенты обычно не осознают своего участия в коллективном целом, а коллективное целое обычно не осознает своей роли в ограничении и регулировании поведения своих компонентов. Следовательно, мы должны рассматривать телеологические цели как термодинамические целевые состояния, использующие глобальные механизмы обратной связи для ограничения и связывания динамически взаимодействующих компонентов в сложные адаптивные системы более высокого порядка.

Хотя это, конечно, создает видимость действия некой сверхъестественной силы, единственное необходимое здесь волшебство – это магия спонтанной самоорганизации и отбора. По мере того как жизнь слепо исследует возможности и выборочно сохраняет решения, способствующие ее развитию, живая сеть коллективно накапливает информацию о том, как процветать в окружающей среде на протяжении многих поколений, и даже «изучает» новые эволюционные пути. При этом адаптивная сложность неосознанно взбирается по извилистой телеологической лестнице прогресса, становясь все более устойчивой с каждой неудачей и тупиком, возникающими на ее пути. Что не убивает жизнь, не только делает ее сильнее, но и расширяет ее способность прокладывать путь космической эволюции. В постоянной борьбе с термодинамическим равновесием адаптивная сложность не может не распространять динамический порядок во Вселенной.

Мало того, что жизнь потрясающе вынослива, судя по всему, биосфера в целом функционирует как саморегулирующаяся система, активно поддерживающая условия, необходимые для ее собственного существования. Эта концепция – что вся биологическая жизнь в совокупности функционирует как саморегулирующаяся система, меняющая планету в своих интересах, – называется гипотеза Геи. Ее сформулировал в 1970-х годах британский химик Джеймс Лавлок, который, безусловно, мыслил нестандартно, чему, возможно, способствовали популярные в то время психоделические вещества. Гея – имя родившей все живое древнегреческой богини, олицетворяющей Землю, поэтому вы можете думать о ней как о «матери-земле». Сначала большинство биологов отвергали эту теорию, в основном (если не исключительно) по идеологическим причинам, связанным с ее мистическим названием. Но ситуация изменилась благодаря теории сложных систем и вычислительной нейроинформатике, вновь сделавших кибернетику популярной.

Как бы то ни было, гипотеза Геи никогда не подразумевала, что биосфера или планета обладают сознанием или являются неким аутопоэтическим божеством. Лавлок просто говорил о том, что это самоподдерживающаяся кибернетическая система и аутопоэтическая сущность. Кстати, название гипотезы придумал не он сам, а его сосед, и этим соседом оказался не кто иной, как Уильям Голдинг – лауреат Нобелевской премии и автор романа «Повелитель мух», поэтому без поэтичности и романтики, конечно, не обошлось. Кто-то скажет, что более нейтральное название позволило бы избежать путаницы и споров, что пожалуй, справедливо, но разве не из-за споров об этой идее сейчас так много говорят? Маркетинг очень важен, и, нравится вам это или нет, название «Гея» привлекает внимание людей – наверное, примерно по тем же причинам, что и слово «бог», и это нормально.

Биолог-эволюционист Дэвид Слоан Уилсон, автор книги «Этот взгляд на жизнь: завершение дарвиновской революции», часто сравнивает биосферу с богом, и ему это сходит с рук, потому что, если осознать вычислительный интеллект Геи, становится ясно, что эта метафора вполне уместна; нам необходимо понять, какими богоподобными силами потенциально может обладать кибернетический организм планетарного масштаба. Без аналогий и метафор у нас не было бы системы отсчета для понимания явлений, поскольку понимание невозможно без контекста.

Простое, но убедительное подтверждение гипотезы Геи вытекает из идеи о том, что более ранние формы жизни на Земле сделали планету пригодной для обитания более сложных форм жизни, появившихся позже, таких как многоклеточные. Миллиарды лет назад ранняя атмосфера была крайне токсична для жизни в привычном нам виде. В ней было мало кислорода и много ядовитых газов, в частности метана и монооксида углерода, поэтому никакие известные нам животные не смогли бы тогда существовать. К счастью для нас, фотосинтезирующие организмы на Земле превратили эту ядовитую атмосферу в ту, которая позволяет дышать существам вроде нас, и Гея поддерживает стабильный состав этой особой газовой смеси для своих сложных углеродных форм жизни. Кроме того, хорошо известно, что биосфера играет роль своего рода естественного термостата, который активно поддерживает общую температуру Земли в благоприятном для жизни диапазоне.

Итак, теперь мы можем, наконец, прекратить споры о том, является ли биосфера или общество организмом, потому что у нас есть возможность дать формальное математическое и функциональное описание общей сложной адаптивной системы, и мы видим, как все примеры адаптивных систем в природе одновременно различны и схожи. Признавая общие абстракции, мы также осознаем, что делает каждый новый уровень в иерархии жизни уникальным. Мозг в некотором роде подобен организму, а общества в некотором роде подобны мозгу и организмам, но у них разные эмерджентные свойства и разная динамика. Как только мы определим их основные сходства и различия, термины и метафоры отойдут на задний план, поскольку станет ясно, почему и как используется определенный язык.

Биосфера становится организмом

В настоящий момент биосфера не обладает всеми свойствами традиционного биологического организма, потому что она не может размножаться, а, по мнению многих биологов-эволюционистов, изменчивость и отбор могут происходить только в результате самовоспроизведения с генетическими мутациями. Однако, как мы узнали, слепая изменчивость и избирательное сохранение – это дарвиновская динамика, лежащая в основе самоорганизации, которая является процессом, обеспечивающим рост организма от эмбриона до зрелой особи и развитие мозга, процессом онтогенетического обучения, который лауреат Нобелевской премии Джеральд Эдельман – биолог, ставший нейробиологом, – называл нейронным дарвинизмом. Все эти механизмы являются многократно реализуемыми. Итак, наша биосфера – еще не организм, но адаптивная система и автокаталитический набор, который находится на пути становления единым целым.

Можно сказать, что биосфера технически становится организмом в тот момент, когда мы заселяем другую планету адаптивными системами, которые превращают ее поверхность в биосферу, способную поддерживать жизнь, и работа в этом направлении уже ведется в рамках проекта по терраформированию Марса. Как только это произойдет, нам, возможно, потребуется обновить определение организма, включив в него многократную реализацию. Определение организма будет меняться по мере появления новых итераций этого явления.

Кто-то возразит, что успешные общества самовоспроизводятся всякий раз, когда культурное мировоззрение распространяется на другую часть мира и создает функционально схожий социальный организм, например когда распространяется идея демократии. Книга физика Джеффри Уэста «Масштаб: универсальные законы жизни, роста и смерти в организмах, городах и компаниях» рассказывает о том, как адаптивные системы на всех уровнях, от клетки до города, демонстрируют общие законы масштабирования и сходные термодинамические и вычислительные взаимосвязи. Итак, концепция социального организма – это уже не просто философия или поэзия, а научный термин, выражающий истину о независимости носителя.

Мы много говорили о глобальном суперорганизме, но обладает ли этот суперорганизм разумом? Хотя ответ на этот вопрос не очевиден, нет никаких сомнений в том, что сообща люди и их технологии создают нервную систему планетарного масштаба – супермозг для суперорганизма.

Метаэволюция

Мы можем рассматривать эволюцию организации в биосфере и обществе как своего рода метаэволюцию: эволюцию метасистем, состоящих из многих подсистем, но также и эволюцию механизмов эволюции. На более высоких уровнях естественный отбор воздействует не только на генетическую изменчивость, но и на изменчивость крупномасштабной структуры и процессов. Человеческие конструкции, создающие или улучшающие стабильность социального организма (например, хорошие архитектурные проекты, жизнеспособные идеологии и просвещающие философии), отбираются, а прочие отсеиваются человеческой цивилизацией в результате коллективного обучения, методом проб и ошибок. Это еще один эволюционный фактор, задающий общее направление фундаментальным изменениям. Благодаря этим процессам жизнь лучше приспосабливается не только к определенным нишам, но и к вызовам природы в более широком смысле, а также к тому, чтобы справляться с условиями Вселенной за пределами биосферы. Именно благодаря этим эволюционным механизмам жизнь в конечном итоге может стать межпланетной, а когда-нибудь и межгалактической. Но для того чтобы жизнь распространилась по космосу, чтобы биосфера могла самовоспроизводиться и заселять другие планеты, она, по-видимому, должна иметь достаточно развитый мозг. Будучи самым сложным видом, освоившим беспроводную связь, мы, несомненно, являемся нейронами этого глобального мозга.

Благодаря интернету, социальным сетям, а теперь и экосистемам блокчейна, интеллектуальные агенты – органические и синтетические – обмениваются данными и интегрируют информацию посредством общения в цифровом и реальном мире, что похоже на импульсы в нервной системе организмов, только эта нервная система охватывает всю планету. В дополнение к четырем или более миллиардам людей с доступом к сети Интернет, существуют также миллиарды искусственных интеллектов и физических систем и устройств, которые общаются друг с другом, собирают данные и обмениваются ими через сеть, называемую интернетом вещей.

В результате этого подстегиваемого технологиями процесса самоорганизации появляется глобально распределенный сверхразум, который позволит человечеству достичь новых высот. Этот коллективный разум неотделим от нас, поскольку мы являемся узлами в нейронной сети, выполняющими основную часть вычислений. Но для полной реализации этой трансформации общество должно осознать более масштабные последствия своих действий и острую необходимость их координации, чтобы мы могли способствовать глобальной устойчивости и прогрессу человечества в целом. В результате работа глобального мозга сделает биосферу еще более устойчивой и динамичной благодаря новым способам саморегуляции, увеличивающим ее причинную силу.

Большинство людей знакомы с технологией блокчейна благодаря биткоину, однако мы должны признать, что эта форма распределенных вычислений является не просто средством, обеспечивающим обращение криптовалют, но также эволюционной силой, подобной интернету, хотя, возможно, более подрывной и преобразующей. Блокчейны и их адаптации, например ориентированный ациклический граф, могут соединять людей разными новыми способами, порождая новые типы социальных, политических и экономических сетей.

Эти эмерджентные системы увеличивают вычислительный потенциал жизни и, ввиду своего децентрализованного характера, оптимизируют системный поток ресурсов и информации по всему суперорганизму. По мере усиления взаимосвязанности узлов человеческой сети, паутина жизни становится более устойчивой к суровым вызовам природы и во многих отношениях лучше приспособленной к предотвращению экзистенциальной катастрофы. Если вы считаете, что люди причиняют больше вреда, чем пользы органической жизни на этой планете, то подумайте вот о чем: интеллект человеческого уровня – единственное, что может спасти биосферу с сознательными существами от космической катастрофы, такой как столкновение Земли с кометой.

Глобальный мозг можно рассматривать как формирование «инфосферы» поверх органической биосферы – то, что Тейяр де Шарден назвал ноосферой («ноо» в переводе с греческого означает «разум»), но может ли глобальный мозг обладать подлинным сознанием? Евангелие множественной реализуемости предполагает, что для возникновения глобального разума из глобального мозга, его причинная динамика должна была бы дублировать специфическую сигнальную динамику сознательных состояний мозга, поскольку это не просто некое старое состояние мозга, поддерживающее субъективный опыт – свойство, определяющее разум. Помните, что сознание может исчезнуть, пока мозг еще продолжает работать. Итак, чтобы выяснить, может ли суперорганизм планетарного масштаба обладать сознанием, мы должны сначала понять, как сознания и ментальные модели возникают в обычном мозге.

Когда-нибудь мы, несомненно, увидим, что принцип, лежащий в основе существования, так прост, так прекрасен, так убедителен, и скажем друг другу: «Как мы могли оставаться такими глупыми все это время?» Я не знаю, произойдет ли это за год или за десятилетие, но, полагаю, мы сможем это понять. Это главное, что я хотел бы отстаивать. Мы можем это понять и поймем.

Джон Арчибальд Уилер

Джон Уилер лучше всего известен в поп-культуре благодаря введенному им в обиход термину «черная дыра», но я полагаю, время покажет, что самым значительным вкладом этого физика в науку и общество было то, что он дал толчок важной доктрине «всё из бита» (it from bit[14]). В ходе этой тихой революции, катализатором которой послужила статья Уилера 1990 года «Информация, физика, квант – поиск связей», была выдвинута радикальная гипотеза о том, что Вселенная – это гигантская вычислительная машина.

Что именно вычисляет эта космическая вычислительная машина? Свою будущую эволюцию. Согласно этой точке зрения, подкрепленной математическим доказательством Рольфа Ландауэра о том, что «информация физична», «вещи» физической реальности возникают из битов информации. Эти биты закодированы в состояниях частиц, и когда частицы взаимодействуют друг с другом и становятся коррелированными, природа осуществляет вычисления. По мере того, как космос производит вычисления, реальность разворачивается, и простота трансформируется в сложность.

Цель этой книги – показать, что вычислительная Вселенная, идею которой придумал Уилер, а популяризировал Сет Ллойд, одновременно является дарвиновской Вселенной и описывается универсальным дарвинизмом и эволюционной эпистемологией. Когда эти парадигмы объединяются концепциями энергии и информации, возникает радикально новый космический нарратив, имеющий важные последствия практически для всех научных дисциплин, от биологии и психологии до квантовой механики и космологии.

Помните, мы не стремимся свести высшие науки к физике элементарных частиц: это не только невыполнимо, но и теоретически ошибочно. Наша задача – создать парадигму, которая бы объединила науки с помощью ряда общих принципов, предоставляя при этом каждой из них пространство для более-менее самостоятельного изучения своих новых явлений. Обнаружение высокой корреляции между областями науки, которые когда-то считались несвязанными, указывало бы на то, что они информируют и усиливают друг друга, а не конфликтуют, как это вопиюще происходит в редукционистской концепции реальности. Достижение такого объединения стало бы единством знаний, которое предсказывал Э. О. Уилсон, и единством наук, за которое выступал Людвиг Берталанфи, первооснователь общей теории систем – первой формальной нередуктивной теории сущего. В честь этих людей давайте назовем такое объединение «Великой непротиворечивостью» и будем надеяться, что наша объединяющая теория реальности справится с этой задачей. Итак, чему такому может научить нас «Великая непротиворечивость», чего мы еще не знали?

Пробуждение самоорганизующейся Вселенной

Как мы теперь знаем, редукционистская парадигма (господствующая философия в физике) вполне однозначно утверждает, что жизнь крайне незначительна в космическом порядке вещей. Согласно этому мировоззрению, которого придерживаются, например, известные физики Нил Деграсс Тайсон и Брайан Грин, Вселенной в целом суждено становиться все более неупорядоченной и лишенной структуры и смысла. Но эта пессимистическая модель реальности подвергается сомнению по мере того, как парадигма эмерджентности становится все более популярной среди физиков, исследователей сложных систем и нейроученых, изучающих самоорганизующиеся системы в самых разных масштабах. Все эти исследования в совокупности показывают, что Вселенная, похоже, эволюционирует в соответствии с планом развития, который неким образом закодирован в законах и физических постоянных, подобно тому, как предполагаемое развитие организма закодировано в ДНК. (Эта концепция рассматривается в тринадцатой главе.)

Оказывается, тенденция к нарастанию энтропии, описываемая вторым законом термодинамики, является той же самой силой, которая обусловливает непрерывное возникновение организации и информации в природе. Эта тенденция к упорядочиванию была названа причинной энтропийной силой, и она создает все более мощные и сложные адаптивные системы, используя энергию из окружающей среды. По мере того как биосферы возникают и эволюционируют, чтобы лучше способствовать потоку планетарной энергии, адаптивная сложность все дальше отклоняется от термодинамического равновесия солнечным градиентом. При наличии достаточного времени рекурсивная самоорганизация неизбежно породит всевозможные замечательные эмерджентные явления с удивительными новыми свойствами, такими как агентность и разум. Эти эмерджентные свойства помогают дальнейшему распространению жизни во Вселенной, чтобы свободная энергия непрерывно расходовалась (производя энтропию) с максимальной физически возможной скоростью.

Физик Пол Дэвис описывал этот грандиозный и величественный процесс самоорганизации как следование «космическому сценарию», а преподаватель Гарвардского университета и астрофизик Рой Гулд называл его «генеральным планом»[15]. О «космическом коде» говорил квантовый физик Хайнц Пейджелс – мыслитель-провидец и наставник Сета Ллойда. Фримен Дайсон, Гарольд Моровиц и Кристиан де Дюв придерживались схожих убеждений. Эти ученые и все те, кого мы упоминали на протяжении нашей истории, являются натуралистами во всех отношениях и, разумеется, ярыми критиками лженауки и суеверий. Если сегодняшние радикальные редукционисты воспринимают их как мистиков из-за таких телеологически окрашенных заявлений, то это объясняется непониманием критиками того, что природа может быть имманентно созидательной и целенаправленной, не тая в себе никаких сверхъестественных или мистических сил. Однако здесь кроется языковой подвох, ведь что может быть более «мистическим», чем космос, естественным образом организующий себя во все более разумное состояние? По мере развития нашего понимания природы должен развиваться и наш язык.

Можете, если вам угодно, считать сторонников естественной телеологии «механистическими мистиками», хотя так можно назвать большинство великих ученых умов нашего времени и прошлого, в том числе, но отнюдь не только, таких, как (не стеснявшийся этого) сэр Артур Эддингтон, лорд Кельвин, Джеймс Максвелл, Вернер Гейзенберг, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Вольфганг Паули, Эрвин Шрёдингер и, наконец, Курт Гёдель, хотя вы бы никогда не догадались об этом по тому, как избирательно цитируются эти люди. В заключительной главе мы вернемся к тому, как заметалась под ковер история духовной науки, но пока скажем лишь, что это происходило по вполне понятным причинам, одна из которых заключается в том, что наука, особенно теория эволюции, всегда подвергалась нападкам со стороны религии. Из-за войны между наукой и религией нередукционистским концепциям, таким как эмерджентность, было трудно завоевать доверие, хотя насущная необходимость объяснения сложных эмерджентных явлений, в частности жизни и сознания, стирает границы, которых вообще никогда не должно было существовать.

В следующих главах наша объединяющая теория реальности наведет мост через пропасть между физическим и ментальным, объяснив, как сфера опыта возникает из материи и материальных процессов. Это позволит раскрыть глубинную связь между разумом и космосом. Но прежде чем мы рассмотрим механизмы, лежащие в основе сознания и свободной воли, мы должны сперва ознакомиться с философской историей этих концепций.

Что такое сознание?

В знаменитой статье 1974 года «Что значит быть летучей мышью?» философ Томас Нагель предложил неформальное, но практичное определение сознания, которое было принято многими современными нейроучеными, поскольку оно их вполне устраивает. Сознание – это просто «каково быть чем-то». Если быть системой что-то значит, если есть точка зрения, позволяющая наблюдателю воспринимать мир субъективно, то у этой системы есть сознание. Мы все знаем, что есть ощущение в том, чтобы быть человеком, и кажется вполне вероятным, что может быть некое ощущение от того, чтобы быть летучей мышью, но, вероятно, нет никакого ощущения в том, чтобы быть камнем, рекой или песчинкой (хотя философия панпсихизма, как известно, оспаривает это предположение).

Субъективный опыт начинается, когда мы просыпаемся утром, и заканчивается, когда мы засыпаем, и возобновляется снова, когда мы погружаемся в сон. Мы точно знаем, что не все состояния мозга являются сознательными, ведь сознание затухает и затем вновь проясняется, а когда оно «выключено», мы даже не знаем, прошло ли какое-то время, пока сознание не вернется и мы не посмотрим на часы. Опыт не является чем-то, что ассоциируется с каким-то объектом; даже мозг должен выполнять особый вид обработки информации, чтобы появился разум.

Первая четкая попытка определить сознание как феномен, достойный интеллектуального исследования, была предпринята около четырехсот лет назад, и мы все еще спорим о ней сегодня. В одну судьбоносную ночь во Франции легендарный философ, математик и ученый Рене Декарт поставил эпистемологический мысленный эксперимент, подобный тому, который описан в шестой главе, в ходе которого он начал систематически подвергать сомнению все, что знал о бытии, и начал двигаться по нисходящей спирали глубоко беспокоивших его сомнений. Этот метод затем даже получил название «метод сомнения», как назовет его Декарт, хотя это упражнение в равной степени направлено на обнаружение истины, а не только на сомнение в ней. При помощи аргумента от лица Демона он сформулировал проблему эпистемологии, проведя остроумный и странный мысленный эксперимент, вдохновивший с тех пор многих фантастов.

Что реально?

Предложив нам рассмотреть возможность того, что воспринимаемая нами реальность является искусственным творением некоего Демона с богоподобными способностями, одержимого желанием обмануть нас, Декарт логически доказал, что мы никогда не сможем знать наверняка, является ли воспринимаемая нами реальность настоящей или иллюзорной. В конце концов, сны часто кажутся совершенно реальными и логически последовательными, когда мы погружены в них. То же самое касается галлюцинаций. Напрашивается вывод, что мы никогда не сможем быть уверены, бодрствуем ли мы наяву или находимся во сне, сконструированном нашим разумом. Это трудная проблема для философов, поэтому давайте назовем ее трудной проблемой реальности. Похоже, какого-либо систематического способа определить, что реально, а что иллюзия, попросту не существует.

Современная версия мысленного эксперимента Декарта могла бы гласить, что мы не можем знать наверняка, находимся ли мы в истинной реальности, называемой базовой реальностью, или же внутри некой компьютерной симуляции, разработанной для имитации реальности. Эта возможность легла в основу сюжета блокбастера «Матрица». В нем декартов Демон принимает форму машинного интеллекта, который программирует виртуальную реальность настолько убедительно, что вводит людей в заблуждение, заставляя их верить, что симуляция – это реальность. Этот фильм через два года после премьеры в 1999 году вдохновил оксфордского философа Ника Бострома выдвинуть гипотезу симуляции в провокационной статье под названием «Живете ли вы в компьютерной симуляции?», убедившей некоторых видных деятелей, например Илона Маска, в том, что мы, весьма вероятно, являемся цифровыми снами какого-то суперкомпьютера.

Сегодня такой ход мыслей – сомнение в природе или подлинности реальности – звучит как легкомысленная болтовня наркомана, но правда в том, что Декарт осознал очень глубокий и трудноуловимый аспект природы разума и космоса: наш ментальный опыт – всего лишь проекция, своего рода виртуальное представление о реальном мире «где-то там», и эта ментальная карта или модель не застрахована от ошибок. Размышляя о природе реальности, Декарт узнал кое-что о природе разума.

Я мыслю, следовательно, я существую

Несмотря на скептицизм и солипсизм его эпистемологического эксперимента, окончательный вывод Декарта заключается в том, что независимо от того, верно или нет наше восприятие мира, сам акт восприятия означает, что наблюдатель реален, даже если наблюдаемое им или ей таковым не является. Именно самореферентный акт размышления о мышлении привел Декарта к осознанию того, что «я не могу сомневаться в том, что я сомневаюсь». Как по волшебству, самореференция вывела его из нигилистического кошмара, в который он сам себя загнал. Метод сомнения привел его к истине его собственного существования.

Осознание того, что лишь сознательная сущность обладает способностью сомневаться, вдохновило Декарта на простое, но сильное утверждение «сogito, ergo sum», что приблизительно переводится как «я мыслю, следовательно, я существую». Другими словами, тот факт, что я переживаю некий опыт прямо сейчас, означает, что я, как сознательный наблюдатель, действительно должен существовать. В противном случае, кто или что задает вопрос «существую ли я?». Какой урок можно извлечь из мысленного эксперимента Декарта? Вы можете сомневаться почти во всем, что касается существования, но только не в существовании самого себя. Сознание нельзя отрицать, от него нельзя отмахнуться. Редукционистское мировоззрение никогда не могло объяснить существование субъективного опыта, и по этой причине оно терпит фиаско как модель всей реальности.

Декарту принадлежит заслуга определения сознания как явления, достойного философского и научного исследования, но в то же время он виноват в той путанице, которая это явление окружает. Хотя он считал, что разум как-то связан с физическим мозгом (он ошибочно приписывал эпифизу роль источника сознания), он также утверждал, что сознание – «нефизическая» сущность, функционирующая независимо от законов физики или, по крайней мере, тех законов, которые были известны в его время.

И в этом смысле нельзя сказать, что он был совсем неправ (понимание проблемы сознания требует вычислительной базы, выходящей за рамки классической механики), но он ошибался, придерживаясь непроверенных, ничем не подкрепленных убеждений. Будучи набожным католиком, Декарт приравнивал разум к христианской концепции души, которая эфемерна и вечна. Это побудило его изобрести философскую позицию, известную как дуализм, согласно которой реальность состоит из двух видов несхожих субстанций: физической и ментальной, материи и духа, тела и души, мозга и разума.

Поскольку Декарт считал, что разум – это душа, он пришел к выводу, что люди – единственные животные, действительно обладающие сознанием. Нет души – значит нет разума. Другие существа, даже если они кажутся сознательными и ведут себя так, будто испытывают радость и боль, являются просто автоматами: машинами из плоти без внутренних ощущений, неспособными чувствовать или страдать. Он, конечно, знал, что у таких животных, как собаки, есть эпифиз – предполагаемый источник сознания, – но, видимо, из-за религиозных догм он не решился применить свою теорию к другим видам. В результате бесчисленное множество собак подверглось пыткам, когда он экспериментировал на них в попытке лучше понять анатомию и физиологию человека. Это яркий пример того, как ошибочная философия и ненаучное понимание сознания могут привести к серьезным этическим и моральным преступлениям.

К счастью, упорные эмпирики последующих столетий признали, что концепция Декарта о разуме, действующем независимо от мозга, не согласуется с современной наукой. Как может нечто «нефизическое» оказывать влияние на физический мир? Этот парадокс известен как психофизическая проблема (или проблема разума и тела). Мы живем в механистической Вселенной, где физические эффекты имеют физические причины, а нематериальный разум, управляющий вещами, уж очень похож на дух. После того как британский философ двадцатого века Гилберт Райл назвал модель разума Декарта подобием «духа в машине», дуализм разума и тела был признан сверхъестественной идеей, неуместной в науке.

Может показаться, что тем самым был достигнут некоторый интеллектуальный прогресс. Однако ученые и философы, отвергшие дуализм Декарта, предложили столь же непродуманное решение, скорее усугубившее путаницу, нежели устранившее ее. Поскольку Декарт определил разум как нечто изначально нефизическое, решение редукционистов заключалось в том, чтобы полностью исключить разум из картины мира.

Редукционистская альтернатива субстанциальному дуализму Декарта была названа материализмом, хотя позже ее переименовали в физикализм, чтобы включить в нее более абстрактные физические концепции, в частности энергию. Материализм помог избавить науку от сверхъестественных концепций (например, души), но ценой полного игнорирования феномена сознательного опыта – единственного аспекта реальности, в котором мы можем не сомневаться, следуя девизу «cogito, ergo sum». С этой позиции сознание рассматривается как иллюзия, не влияющая ни на что в реальном мире. Если мы принимаем материалистическую картину реальности, то мы должны признать, что наше ощущение свободы воли также является иллюзией. Это приводит ко всевозможным логическим нелепостям, что, впрочем, не смущает радикальных редукционистов, таких как немецкая ученая-физик и популярная видеоблогерша Сабина Хоссенфельдер, которая с полной уверенностью вновь и вновь повторяет, что у нас нет свободы воли, закрепляя эту идею в коллективной психике. В 2016 году в блоге под названием «Свобода воли мертва, давайте ее похороним»[16] Хоссенфельдер написала: «Людям пора перестать утверждать, что у них есть свобода воли. Это ужасно раздражает. Настаивать на существовании свободы воли псевдонаучно, все равно как утверждать, будто гороскопы предсказывают будущее – это противоречит нашим знаниям о природе».

Не все физики согласны с этим. «Я уверен, что у нас есть свобода воли», – сказал Дэвид Дойч научному журналисту Джону Хоргану в видеоинтервью в 2018 году ¹, и ему вторят одни из самых уважаемых в мире нейробиологов, например Джулио Тонони и Кристоф Кох, также отстаивающие реальность свободного выбора на механистической основе.

Считающие, что наша агентность – иллюзия, противоречат себе практически в каждый момент бодрствования. В конечном счете им приходится признать, что выбор, который они делают в повседневной жизни, на каком-то уровне реален, ведь в противном случае каждое мгновение было бы наполнено когнитивным диссонансом. Как видно, материалистическое мировоззрение по своей сути непоследовательно, поскольку исходная посылка в корне противоречит истине опыта. Материалистов можно назвать дуалистами в стадии отрицания, которые признают свою свободу действий в частной беседе, но отрицают ее в научных высказываниях; они живут, сознательно контролируя свои действия, хотя и утверждают, что все их поступки предопределены физикой.

Например, в одном эпизоде подкаста 2019 года можно услышать, как популярный публицист и нейробиолог Сэм Харрис, сделавший карьеру на отрицании свободы воли, и его жена Аннака Харрис, автор книги «Сознание: краткое руководство к фундаментальной тайне разума» (в которой также отрицается свобода воли), обсуждают, должны ли они сообщать своему ребенку о том, что у них нет свободы воли. Но сам факт, что они ведут эту дискуссию, говорит о том, что в глубине души они оба верят в возможность выбора в этом вопросе!

Наши суды основаны на идее, что мы являемся агентами, которые хотя бы отчасти несут ответственность за свои действия (при условии когнитивного здоровья). Если это ошибочно, тогда систему правосудия пришлось бы признать совершенно нечестной и несправедливой. Я не говорю, что она полностью честная и справедливая, но дело не в этом. Если верно, что ни у кого из нас нет свободы воли, мы не только должны быть освобождены от всякого наказания, но и любая награда оказывается тогда в равной степени незаслуженной. То есть спортивные трофеи, премии «Оскар» и «Грэмми», Пулитцеровская и Нобелевская премии – ни одна из них не была бы заслуженной, поскольку не было никаких заслуг. Когда все вокруг – просто частицы, сталкивающиеся друг с другом, и на этом все, агентность и выбор лишь иллюзии.

В упомянутой ранее статье «Био из бита» астробиолог и физик-теоретик Сара Уокер объяснила, почему многие представители общепринятой физики вынуждены занимать эту бессмысленную позицию: «Часто утверждается, что идея информации, обладающей причинной силой, противоречит современному пониманию физической реальности, которая описывается в терминах неизменных законов движения и начальных условий. Если детерминированные законы описывают всю реальность, то для макросистем (таких как живые организмы) просто не остается „места внизу“ для выполнения каузальных действий».

Эта предпосылка основана на космическом мировоззрении, которое популяризировал французский полимат восемнадцатого века Пьер-Симон Лаплас, вдохновившийся законами движения Ньютона и решивший применить их ко всему во Вселенной, включая отдельные атомы.

Логика Лапласа

В модели Лапласа развертывание реальности не что иное, как частицы материи, подчиняющиеся неизменным законам движения, так что их траектории в пространстве и времени полностью определены в момент рождения Вселенной. Итак, если бы вы могли каким-то образом узнать точное состояние Вселенной в тот или иной момент времени – измерить положение и скорость каждого атома в космосе, – тогда вы смогли бы узнать все о состоянии Вселенной в любой другой момент времени. Все, что касается будущего, было бы абсолютно предсказуемо при простом расчете, включая всякое человеческое поведение, например то, что вы сделаете через сорок два дня или сорок два года. Эта модель предполагает, что мы никак не контролируем то, что происходит в мире или в нашей жизни, не принимаем решений, поскольку во вселенной Лапласа нет выбора.

Демон Лапласа – осуществленный Лапласом мысленный эксперимент – это богоподобное существо, обладающее способностью измерять состояние всей Вселенной и вычислять ее будущее, но в современной версии ту же роль мог бы играть невообразимо мощный искусственный интеллект. Если бы такая задача была выполнима, это привело бы ко всевозможным парадоксальным результатам. Например, если бы этот искусственный интеллект мог предсказать ваши действия в какой-то момент времени в будущем, то разве не могли бы вы просто сделать что-то другое и пренебречь предсказанием? Этот парадокс подсказывает нам, что с этой концепцией что-то не так.

Несмотря на ее недостатки, эта философия превратилась в евангелие редукционистов, а модель Лапласа стала известна как причинный детерминизм, или просто детерминизм, или, более смело, научный детерминизм, причем последнее название призвано представить все, противоречащее этой доктрине, как фундаментально ненаучное. Интересно, что ее также называют метафизическим детерминизмом, поскольку некоторые философы признают, что это метафизическая позиция и утверждение о том, какой может быть и не может быть реальность. Как мы увидим, существуют альтернативы детерминизму, представляющие собой не менее строгие модели причинно-следственных отношений.

Согласно модели Лапласа, причинная зависимость направлена «снизу вверх», то есть частицы, из которых состоят все объекты и организмы, в основе своей являются физическими сущностями, ответственными за все процессы. Несмотря на ощущение, что мы все время сознательно принимаем решения, умственная деятельность – это лишь частицы, следующие по заранее определенным траекториям. Не вы сами поднимаете руку, в основе движения руки лежит цепочка событий на молекулярном уровне. Итак, если мы встаем на эту позицию, которую философы сейчас называют жестким детерминизмом, мы должны также признать, что свобода воли – иллюзия, и притом очень странная: это иллюзия, в соответствии с которой мы должны жить! Некоторые назвали бы такую иллюзию бредом. Если жесткий детерминизм верен, то мы все бредим.

Американский философ Джерри Фодор, один из основоположников когнитивной науки, высказался против этой точки зрения цитатой, выражающей то, что мы все в глубине души чувствуем по отношению к редукционистской реальности, если всерьез отнестись к ее последствиям: «Если не истинно в буквальном смысле слова, что мое желание – причина моих действий, мой зуд – причина моего почесывания… если ничто из сказанного не является истинным, тогда практически все мои убеждения являются ложными, а это означает конец мира»².

Несмотря на огромное влияние, которое концепция Лапласа оказала на науку и философию, когда около столетия назад на научную сцену вышла квантовая механика, произошел сдвиг от классического детерминизма к фундаментально вероятностной модели реальности, возрождавшей идею индетерминизма, согласно которой будущее не определено в строгом смысле этого слова.

Медленная смерть детерминизма

Ученым, возродившим индетерминизм, был Вернер Гейзенберг – немецкий физик, удостоенный Нобелевской премии в 1932 году за новаторские исследования в области квантовой механики. Его принцип неопределенности показал, что Демон Лапласа невозможен не только на практике, но и в теории, поскольку нельзя измерить точное состояние отдельной частицы, не говоря уже о состоянии каждой частицы во Вселенной. Поскольку измерение положения атома в пространстве влияет на его скорость, а измерение его скорости влияет на его положение в пространстве, то измерить систему такого размера, не изменив значение, которое вы намереваетесь измерить, попросту невозможно. Мы никогда не сможем узнать положение и скорость частицы с той уверенностью, на которую надеялся Лаплас, и более того: экспериментальные данные убедили ученых, что, пока квантовая система не измерена (обычным ее примером является электрон), ее положение в пространстве всегда является в той или иной степени неопределенным. Она потенциально может оказаться в том или ином месте с некоторой вероятностью. Итак, мы не только не можем знать, где электрон окажется в следующий момент, этого, похоже, не знает и сама природа.

Примерно тогда же, когда одни физики приходили к выводу, что природа имеет квантовую основу, другие описывали не менее любопытное явление, известное как детерминированный хаос. В начале 1900-х годов физик Эдвард Лоренц показал, что поведение хаотических систем (а областью знаний метеоролога Лоренца были погодные системы) невозможно предсказать с абсолютной точностью. Это связано с тем, что, когда вы измеряете начальное состояние системы и вводите полученное значение в компьютер, вам приходится вводить конечное число цифр, и крошечной ошибки при округлении знаков после запятой достаточно, чтобы резко снизить точность вычисления. Поскольку хаотические системы могут быстро самоусиливаться в петлях положительной обратной связи (вспомните эффект бабочки), любая погрешность измерений приведет к чрезвычайно неточным предсказаниям будущих состояний. Чем дальше в будущее человек пытается заглянуть, тем больше становится ошибка прогнозирования. Точный будущий путь урагана или организма просто не может быть вычислен никаким гипотетическим компьютером.

Уже ослабленный странными открытиями квантовой механики, Демон Лапласа получил смертельный удар от детерминированного хаоса. Если Демон не способен хранить в памяти бесконечно длинные параметры измерений, он не может предсказывать будущее. Даже бог не смог бы безошибочно предсказать будущее. Это также свидетельствует о том, что будущее на самом деле создается (вычисляется) в реальном времени, и каким именно оно окажется, никому неизвестно. Хотя это явное подтверждение непредсказуемости и индетерминизма в природе вызвало новую дискуссию вокруг тем свободы воли и агентности, большинство ученых и философов в конечном счете пришли к выводу, что индетерминизм не спасает свободу воли, поскольку реальность, которая развивается случайным образом, в равной мере неподвластна нашему контролю.

Действительно, квантовая неопределенность еще не дает нам механизм для свободы воли. Однако, как утверждал Карл Поппер, она дает «пространство для маневра» в причинной цепи, необходимое для вмешательства агентности или свободной воли. Небольшая неопределенность в природе создает «причинную слабину», объясняет физик Джордж Эллис – выдающийся специалист по сложным системам, профессор Университета Кейптауна в Южной Африке и видный космолог. Если в космической причинной цепи есть некоторая слабина из-за внутренней случайности, то адаптивный агент с кибернетическим контролем может действовать с истинной свободой, инициируя причинно-следственные связи, влияющие на траекторию космической эволюции. Фундаментальная нечеткость квантового мира может показаться странной, но без некоторой степени неопределенности у нас не было бы свободы, так что, возможно, структура реальности является странной ровно настолько, насколько это необходимо для того, чтобы у сознательных агентов был выбор, придающий жизни цель и смысл.

Несмотря на то что нигилистическая детерминистская концепция Лапласа была опровергнута, она по-прежнему безраздельно господствует в науке, и это должно заботить всех нас, потому что это влияет на всех нас.

Демон Лапласа действительно злой

Философия, призывающая нас отрицать собственную агентность, может показаться забавной, но на самом деле в ней нет ничего смешного. Как показали исследования, если убедить людей в том, что у них нет свободы воли, это может подтолкнуть их к аморальному поведению. В одном довольно хорошо известном эксперименте участники, переставшие верить в свободу воли после прочтения убедительного отрывка из статьи Фрэнсиса Крика, с большей вероятностью жульничали при последующем тестировании, поскольку больше не ощущали личной ответственности за свои действия. Другие исследования показали, что люди, убежденные в отсутствии у себя свободы воли, чаще испытывают чувство подавленности или тревоги. И наоборот, вера в свободу воли коррелирует с лучшей производительностью труда, большим удовлетворением от жизни и большей стабильностью общества. Итак, Демон Лапласа – мысленный эксперимент, породивший детерминизм, – это и вправду демон, ибо эта идея крадет у вас свободу воли, убеждая вас в том, что у вас ее никогда не было.

Если вы все еще убеждены в безобидности такой философской позиции (считать, что разум и субъективные состояния не существуют или иллюзорны), то попробую изменить ваше мнение.

В первой половине двадцатого века материалистическая позиция вторглась в область психологии, которая до тех пор стояла на позиции реальности психических состояний. Результатом стал бихевиоризм – подход к пониманию человеческой природы, как правило, игнорирующий всякий внутренний опыт, в том числе мысли и чувства. Он, без сомнения, являлся реакцией на фрейдистскую психологию, которая по своей природе была в высшей степени субъективной. Для бихевиористов имело значение только то, как ведет себя живой организм в ответ на стимул (модель «ввод-вывод»), а не то, что происходит в его сознании. Не забывайте, что, будучи редукционистами и материалистами, бихевиористы не верят в разум. В соответствии с этим подходом нет никакой разницы между одним психическим состоянием и другим, если только нет заметной разницы в поведении, связанном с каждым из этих состояний. А если нет поведения, можно предположить, что нет и активного психического состояния.

Мы можем сразу же увидеть серьезный недостаток такого подхода, рассмотрев пример пациентов с синдромом «запертого человека». Люди, страдающие крайней формой этого заболевания, находятся в сознании, но полностью парализованы и неспособны общаться. Не проявляя внешних признаков осознания из-за поражения мозга, они, однако, переживают все, что происходит вокруг них, точно так же, как любой здоровый человек, но полностью лишены возможности сообщить об этом кому-либо. Звучит как кошмар, но это кошмар, в котором живут реальные люди. Согласно философии бихевиоризма, у пациента с синдромом «запертого человека» вообще нет внутреннего мира переживаний. Поскольку они поведенчески эквивалентны пациентам в бессознательных вегетативных состояниях, предполагается, что они также эквивалентны им и ментально. Если бы это было справедливо, нам не стоило бы беспокоиться о людях с синдромом «запертого человека» и их неспособности общаться. Однако благодаря технологии нейровизуализации и хитроумным экспериментам мы теперь можем доказать, что это не так.

Итак, это очередной пример того, как ошибочная философия сознания приводит к серьезным этическим проблемам, которые мы решительно не можем игнорировать. К счастью, бихевиоризм просуществовал недолго и был опровергнут когнитивной революцией 1950-х и 1960-х годов, которая и сегодня продолжает раскрывать истинную природу мозга и психики.

Когнитивная наука спасает положение

Бихевиоризм многое сделал для развития психологии, привнеся объективные измерения в область, опиравшуюся почти исключительно на субъективные сведения, которые часто бывают предвзятыми и неточными, но его политика игнорирования психических состояний в конечном счете была признана неприемлемой. Вдохновленные изобретением цифрового компьютера (машины, способной решать сложные математические задачи, манипулируя символами), новое поколение ученых решило, что мозг – это система обработки информации.

Благодаря этому прозрению родилась область когнитивной психологии. В рамках этой парадигмы разум реален, но в сущности представляет собой операционную систему – программное обеспечение, работающее на аппаратном обеспечении мозга. Хотя уже первые ученые-когнитивисты знали, что общее устройство мозга в корне отличаются от компьютера, они признавали, что обе системы используют для вычислений бинарную логику. Записи с электродов, имплантированных в мозг животных, показали, что нейроны общаются друг с другом посредством электрических сигналов, возбуждаясь или не возбуждаясь, то есть регистрируя 1 или 0. Исходя из этого, они пришли к выводу, что психические состояния порождаются паттернами электрической активности в мозге, поэтому изменение психического состояния всегда связано с соответствующим изменением электрического состояния мозга. Мозг – это действительно машина, как считали бихевиористы, но помимо механического реагирования он еще и внутренне обрабатывает и интегрирует информацию. Прогресс в понимании связи между мозгом и психикой шел медленно, главным образом потому, что методы регистрации клеточной активности не могли многого показать и были инвазивны, обычно требуя хирургического вмешательства.

Все изменилось в 1990-х годах, когда технология визуализации мозга, известная как фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография), позволила ученым-когнитивистам неинвазивно заглянуть внутрь мозга и в точности увидеть работу разума в режиме реального времени. Этот новый инструмент, дополненный методами статистического анализа, которые разработал Карл Фристон, вскоре активизировал исследования сознания и вывел их за пределы академических кругов. Нейронная активность, лежащая в основе состояний сознательного опыта, впервые могла быть картирована, причем во впечатляющих подробностях.

Фрэнсис Крик в сотрудничестве с многообещающим молодым нейробиологом Кристофом Кохом определил повестку дня. Прогресса в понимании разума можно было добиться, определяя, какие части мозга активны только во время состояний сознания. Эти области мозга – нейронные корреляты сознания – были более-менее идентифицированы в течение следующих трех десятилетий. Хотя это сильно расширило наше понимание осознанности, тайна сознания во многом осталась неразгаданной. Как именно активизация конкретных нейронов создает таинственные субъективные состояния сознательного опыта? И почему обработка информации в мозге должна ощущаться как некий опыт? В конце концов, бездумные машины, такие как калькуляторы и термостаты, тоже обрабатывают информацию.

После того как Крик и Кох, казалось, зашли в тупик, на авансцену вышла новая теория сознания под названием теория интегрированной информации, которую в 2004 году предложил американский психиатр итальянского происхождения Джулио Тонони, чья гениальная идея придала новый импульс исследованиям сознания и взбудоражила научный мир надеждой на то, что трудная проблема сознания наконец-то будет решена.

Сознание как интегрированная информация

Почему, как гласит теория Тонони, глобальное синхронное срабатывание определенных сетей нейронов создает субъективное поле опыта? Дело в том, что мозг не только обрабатывает информацию, но и интегрирует ее в единое целое. Подобно компьютеру, мозг хранит и обрабатывает информацию, но наш богатый и яркий сознательный опыт возникает именно благодаря тому, как эта информация передается или распределяется по нейронной сети мозга.

Давайте представим акт наблюдения заката. Благодаря функциональной визуализации мы знаем, что во время такого события активизируется сразу несколько разных участков мозга. Каждый участок обрабатывает информацию о тех или иных аспектах события отдельно. В зрительной коре головного мозга есть область, которая обрабатывает форму и цвет желтых и оранжевых солнечных лучей на фоне облаков. Слуховые зоны в височной доле получают информацию о звуке ветра, который проносится мимо вас, когда вы смотрите на горизонт. Обдувая вашу кожу, ветер также вызывает электрические импульсы в соматосенсорной коре головного мозга, которые ответственны за чувство осязания. В более глубоких отделах мозга также происходит много разных вещей. Тем не менее мы воспринимаем все это как единый сознательный опыт. Благодаря теории интегрированной информации мы теперь начинаем понимать, как с математической точки зрения устанавливаются перцептивные связи между независимо обработанными объектами.

Каждый возможный опыт, какой вы только можете получить, соответствует конкретной математической структуре с уникальными информационными характеристиками. Эта структура отражает форму и характер субъективного переживания, а интенсивности или богатству этого сознательного переживания соответствует величина, называемая фи (φ). В восьмой главе мы узнали, что фи – удобный показатель вычислительной сложности, позволяющий квантифицировать интеграцию и дифференциацию когнитивной системы. Фи также измеряет, если использовать термин Тонони, «причинно-следственную силу», поэтому он также квантифицирует меру агентности, которой обладает агент, – этот тип причинной силы немного отличается от того, который мы обсуждали, больше касающегося величины влияния агента на окружение, где фи измеряет причинную власть системы над самой собой.

Обсуждение того, в какой степени система влияет на саму себя, может показаться хождением по кругу, но это просто означает, что фи – мера того, насколько текущее состояние системы физически влияет на ее будущее состояние. Даже являясь системой, состоящей в основе своей из компонентов (молекул), поведение которых носит случайный или вероятностный характер, каждый из нас, как функциональное целое, – это детерминированная машина, движущаяся точно и целенаправленно. Подобное целенаправленное или телеологическое поведение возможно лишь в том случае, если система ограничивает себя таким образом, чтобы сохранить закодированную информацию и передать ее в будущее. В терминах теории информации Шеннона фи – это мера взаимной информации или общей информации между текущим и будущим (или прошлым и текущим) состоянием системы. Хотя между двумя концепциями причинной силы существуют важные различия, эта мера внутренней информации, похоже, коррелирует с тем, насколько сильное влияние адаптивная система способна оказывать на окружающий мир. Аналогичный параметр предложил президент Института Санта-Фе Дэвид Кракауэр в рамках концепции под названием «информационная теория индивидуальности».

Кох, самый известный коллега Тонони, объясняет, что фи – это показатель синергии или того, в какой мере система является «чем-то большим, чем сумма ее частей». Кох также описывает фи как показатель снижения неопределенности, поэтому фи должен каким-то образом отражать объем знаний системы о своей среде. Как мы обсуждали в восьмой главе, фи можно рассматривать как меру энтропии или меру количества ментальных состояний, потенциально доступных агенту. Так, у человека мозг имеет гораздо более высокий показатель фи, чем у кошки, а у кошки он выше, чем у крысы, и можно предположить, что у крысы он немного выше, чем у летучей мыши.

Вполне логично, что мера сознательного опыта в тот или иной момент времени – то, насколько он богат с точки зрения восприятия, – должна соответствовать количеству состояний, в которых может находиться система, то есть информационной энтропии. Подумайте об этом следующим образом: система с двумя состояниями может знать только черное и белое, единицу или ноль, хорошее или плохое и т. д., поэтому сознательное наблюдение дает ей лишь один бит информации. Если разумная система способна воспринимать только бинарный мир, то в воспринимаемой ею реальности нет сложности и богатства. Именно спектр возможных ощущений, которые мы могли бы испытывать, но не испытываем в данный момент, делает текущий опыт таковым, какой он есть.

Позволю себе такую метафору: если бы шестигранный кубик был разумным, его восприятие мира было бы богаче, чем у монеты, поскольку он был бы способен испытывать втрое больше состояний. Невозможно познать высшую красоту или удовольствие, не зная или, по крайней мере, не будучи способным представить их полной противоположности. Помимо этой своеобразной эстетики дзен-буддизма, способствующей обретению духовного спокойствия, концепция фи может стать основой нашей моральной философии. Эта теория означает, что простая система, вроде креветки, а тем более мидии, не способна страдать так же сильно, как млекопитающее. А когда вы ведете машину и о лобовое стекло разбивается насекомое, вам не обязательно корить себя за такого рода убийство. И наоборот, животные, обладающие развитым интеллектом, например собака или осьминог, сильно страдают, если их мучают или убивают без анестезии. Более того, они, судя по всему, страдают почти так же, как маленький ребенок. Если говорить о чем-то более приятном, это также означает, что по мере эволюции и приспособления к растущему числу экзистенциальных вызовов, с которыми сталкивается человечество, наша модель мира все полнее отражает реальность, и с расширением спектра наших возможных переживаний должна увеличиваться и острота, с которой мы их ощущаем. Будущее станет по-настоящему прекрасным местом для тех, кто его застанет.

Может показаться, что теория интегрированной информации – это ответ на проблему психофизики, но прежде чем вы подумаете, что мы ее решили, вы должны знать, что эта теория (по крайней мере, в нынешней форме, ведь она постоянно развивается) ведет к философскому выводу, который потенциально не менее проблематичен, чем материалистическая или дуалистическая картина мира.

Панпсихическая проблема теории интегрированной информации

Из теории интегрированной информации логически следует, что любая система, обладающая хоть каким-то количеством фи, должна иметь некоторую меру сознательного опыта и некоторую меру причинной силы. Этот аспект теории напоминает древнюю восточную философию панпсихизма, которая гласит, что всякая материя пронизана разумом, независимо от того, является ли эта материя частью живого существа или нет. Конечно, песчаные дюны или камни нельзя считать сознательными в рамках теории интегрированной информации (в отличие от традиционного панпсихизма), поскольку такая макроскопическая система не интегрирует никакой информации. Однако ее самые базовые компоненты, атомы, являются «минимально сознающими» согласно фундаменталистским версиям теории интегрированной информации.

Главный сторонник теории Кох непреклонен в этом убеждении: «Любая система, обладающая некоторым ненулевым количеством интегрированной информации, что-то испытывает. Позвольте мне повторить: любая система, имеющая хотя бы один бит интегрированной информации, обладает очень незначительным сознательным опытом». Очевидно, что это подразумевает некоторые весьма странные философские последствия, но Кох их принимает: «Даже в простой материи есть толика φ [интегрированной информации. – Прим. пер.]. Протоны и нейтроны состоят из триады кварков, которые никогда не наблюдаются изолированно. Они представляют собой бесконечно малую интегрированную систему»³.

Панпсихизм таит в себе противоречие: те, кто в него верят, признают, что они утрачивают сознание между состоянием бодрствования и состоянием сновидения, когда мозг все-таки обрабатывает информацию, и, однако же, они готовы приписать сознание атому или термостату. Это неправильно не потому, что звучит абсурдно (природу не заботит соответствие нашему здравому смыслу), а потому, что эквивалентно магическому объяснению. Разум – это ментальная симуляция мира, воспринимаемого наблюдателем, а целостная симуляция требует сложных вычислительных средств. Люди, воображающие, что элементарная частица обладает сознанием, предполагают, что материи довольно легко произвести субъективный опыт.

Хотя поэтический метанатурализм утверждает, что Вселенная может быть описана исключительно в алгоритмических терминах (это означает, что в природе существует «разум» в форме обработки информации), из этого не следует, что во всех физических системах присутствует сознательный наблюдатель, даже при некоторой интеграции информации. Чтобы возникло сознание, которое необходимо для свободной воли, система должна моделировать не только свое окружение, но и саму себя.

Объединяющая теория реальности ответит на, казалось бы, неразрешимые вопросы, которые задает нам проблема психофизики, и тем самым прольет свет не только на природу разума, но и на природу реальности. Справившись с трудной проблемой сознания австралийского философа Дэвида Чалмерса – проблемой того, как определенные материальные системы обретают кажущееся нематериальным свойство опыта, – мы одновременно решим трудную проблему реальности и ответим на вопрос, является ли реальность полностью физической, полностью ментальной, некоторым сочетанием того и другого или чем-то совершенно иным. Она «трудна», потому что ее понимание предполагает постижение самой природы реальности, и большинство философов сочли бы это невыполнимой задачей. Однако при смене парадигмы невозможное часто становится возможным. Вселенную и жизнь проще понять, если рассматривать их не как вещь, а как процесс.

По мере того как мы переходим от субатомных частиц к атомам, молекулам, жизни и разуму, Вселенная, похоже, становится все более и более сложной, и кажется очевидным, что с увеличением сложности появляются совершенно новые свойства. Для нас особенно интересен вопрос, могут ли сами эти эмерджентные свойства иметь причинные последствия, позволяющие агентам активно участвовать в достижении своих целей.

Сара Уокер

Мы приближаемся к тому моменту в нашей истории, когда мы уже можем оценить некоторые из странных и красивых философских последствий нового космического нарратива, и вскоре мы увидим, почему он действительно «романтичен», как гласит название этой книги. Читатель, надеющийся понять реальность в самом честном и чистом смысле, может возразить против романтизации Вселенной на том основании, что подобные интерпретации излишне очеловечивают природу и искажают механистическую картину. Это похвальное, но, как мы уже имели возможность убедиться, напрасное опасение.

Надлежащее использование телеологического языка и метафор не просто полезно – это единственный способ точно выразить причинную структуру Вселенной, организующей себя при помощи петель и уровней. Когда мы глубже понимаем, как абстрактные слова, изобретенные для описания малоизученных эмерджентных явлений, соотносятся с недавно открытыми механизмами и математическими аспектами, самые большие неразгаданные тайны науки начинают исчезать одна за другой.

В этой главе мы увидим, что проблема тела и разума (проблема психофизики) больше не является проблемой, если точно определить такие термины, как разум, агентность и свобода воли, и сформулировать механизмы, благодаря которым выделяется каждое из этих явлений. Это покажет, что сознательные существа действительно могут управлять своей судьбой, выбирая из спектра возможных вариантов то будущее, которое соответствует их долгосрочным целям. Специалисты по вычислительной нейробиологии и философы называют эти потенциальные варианты будущего контрфактуальностями, и, осознав, что они существуют, мы должны выбрать конкретный путь из пространства возможностей. Именно этот акт привносит свободу в «свободу воли», которой люди, безусловно, обладают, хотя и не всегда и хотя она не столь полная, как нам бы хотелось!

Многочисленные значения слова «разум»

Слово «разум» часто используется в узком смысле для описания физической системы, обладающей сознанием или субъективным опытом, хотя в других случаях оно используется шире – для описания любого биологического или когнитивного вычислительного процесса, независимо от того, действительно ли система обработки информации воспринимает мир качественно, от первого лица. «Разум» также используется в таких словосочетаниях, как «коллективный разум», когда речь идет об обществах или человечестве в целом, когда, опять же, неизвестно, существует ли субъективный опыт, связанный с описываемой адаптивной системой.

Если все это еще не кажется вам слишком запутанным, то у нас есть концепция сознательного разума, а также концепция бессознательного разума. Людям, имеющим в виду под понятием «разум» сознание, термин «бессознательный разум» может показаться оксюмороном, ведь эти два слова как будто бы противоречат друг другу. Конечно, как только мы поймем, что некоторые люди используют слово «разум» для обозначения всех форм познания, тогда мы убедимся, что «бессознательный разум» не истинное противоречие, а нюанс, позволяющий провести разграничение между бессознательным и сознательным познанием, хотя эти термины действительно могут сбивать с толку.

Дело не в том, что какое-либо из этих употреблений слова «разум» в корне неверно – все примеры относятся к обработке информации адаптивной системой, на которой строятся все ментальные явления. Проблема в том, что важное различие между сознательной и бессознательной когнитивной обработкой теряется или затушевывается, когда мы употребляем слова «разум» или «сознание» как попало. Столь подробное обсуждение семантики может показаться излишним педантизмом, но именно это различие позволяет осмыслить свободу воли.

Мы не должны путать базовую свободу воли (быть живым) с сознанием (быть сознающим), поскольку агентностью можно обладать и без сознания. Свобода воли, с другой стороны, требует сознания, хотя можно быть сознательным и не обладать свободной волей. Наша объединяющая теория реальности покажет, где и почему каждое из этих свойств появляется в результате космической эволюции и как возникновение новых уровней агентности встроено в общий процесс пробуждения космоса.

Теперь мы начинаем понимать, почему «мета» в поэтическом метанатурализме является необходимым уточнением поэтического натурализма Шона Кэрролла. Термин Кэрролла изображает природу всего лишь механической вещью, косвенно отрицая онтологическую реальность опыта и причинную силу сознания, которые, как мы увидим, вполне реальны. У нас есть логическое основание считать их реальными причинными явлениями, поскольку без прямого указания на них невозможно понять динамику космической эволюции.

«Мета» означает, что причинная структура реальности имеет уровни, причем новые уровни всегда возникают в результате фазовых переходов более высокого порядка, известных как метасистемные переходы. Эволюционный процесс поэтичен, ибо созидателен по своей сути, и каждый новый функциональный паттерн, возникающий на более высоком уровне, «рифмуется» с предшествующим ему уровнем. В модели реальности поэтического метанатурализма разум является многоуровневым регулятором, а свободная воля – это более высокий уровень регуляции, чем базовая биологическая агентность. Поняв иерархическую структуру жизни, разума и космоса, мы увидим, что индивидуальная свобода и космическая судьба не являются несовместимыми понятиями.

Понятие об уровнях агентности может показаться абстрактным, но скоро мы убедимся, что оно имеет важные практические последствия – от этики до психического здоровья.

Уровни агентной причинности

Несмотря на то что с точки зрения редукционистской модели это казалось невозможным, способность биологической системы действовать в качестве причинной силы в физическом мире давно предполагалась философами и подразумевалась здравым смыслом. Даже такой простой сознательный опыт, как поднятие руки, явно говорит нам о том, что временами мы являемся агентами, наделенными способностью добровольно контролировать свои действия – то есть волей. Агентность, свобода действий, волеизъявление, намерение – все эти термины, похоже, сводятся к одному общему понятию. Это понятие – целенаправленное действие, то есть не случайное поведение, а движение, которое направляется намерением, то есть телеология. Теперь мы знаем, что эта телеология не результат воздействия некой мистической силы, а естественный продукт адаптивной информации, закодированной в самой механике жизни. Но все ли целенаправленные движения эквивалентны?

Мы не задумываемся, когда поднимаем руку, чтобы почесать ею голову, но во многих других случаях задумываемся. Когда вы решаете поднять руку в качестве намеренного проявления свободной воли, тогда это действие является сознательным, а не чисто рефлекторным или инстинктивным. Похоже, что в одном случае вы в гораздо большей степени являетесь автором своего действия, чем в другом.

Когда рука поднимается без осознанной мысли, это происходит потому, что такое поведение запрограммировано заранее и не требует того, что когнитивные психологи называют произвольным контролем. Произвольный контроль, также известный как когнитивный контроль или исполнительный контроль, означает способность регулировать эмоции, поведение и когнитивную деятельность. Этот тип высокоуровневого контроля, по-видимому, требует осознанности, по крайней мере, обычно. Сознательное представление противоречивой информации может также позволить агенту принимать высокоуровневые решения в ответ на проблемы, для которых нет заранее запрограммированного решения, поскольку агент, возможно, никогда раньше с ними не сталкивался. Моделируя различные сценарии «мысленным взором», мы можем выбрать оптимальное решение и поведенческую реакцию для новой ситуации.

Итак, мы, по-видимому, должны провести важное разграничение. Иногда целенаправленное поведение осуществляется без сознательных усилий. Оно просто происходит. Вы чувствуете зуд и чешетесь. Для этого не требуется сосредоточенных мыслей. Мы видим, что, судя по всему, существуют уровни агентности. Не всякая агентная причинность изначально одинакова, поскольку возникают более высокие уровни контроля, предоставляющие агенту новые степени свободы. Агент с когнитивными способностями человеческого уровня может использовать свое сознание, чтобы представлять себе варианты нового будущего и воплощать это воображаемое будущее в жизнь, например когда у кого-то появляется идея для нового фильма, бизнеса или научной теории, меняющей мир.

В двадцатом веке философы и когнитивисты давали механизму агентной причинности разные названия, такие как нисходящая причинность, причинность, направленная сверху вниз или (при рассмотрении организмов с нервной системой) ментальная причинность. Мы уже видим, что различные уровни естественным образом отражаются в терминологии, потому что ментальная причинность, надо полагать, неприменима к существу без мозга, такому как бактерия.

Однако, поскольку общее понятие об агентах, обладающих причинной силой, не согласовывалось с детерминистской моделью, ставшей знаменитой благодаря Лапласу, то научное сообщество по большей части отвергало идею нисходящей причинности в какой-либо форме. Вспомните из предыдущей главы, что во вселенной Лапласа всякая причинность направлена «снизу вверх», то есть движения частиц, из которых состоит система на нижнем уровне, полностью определяют поведение системы высокого уровня – агента. Нисходящая причинность, напротив, означает, что система более высокого уровня оказывает физическое влияние на поведение своих низкоуровневых компонентов.

Даже Дэниел Деннет, посвятивший свою карьеру объяснению того, как естественный отбор генерирует биологическую информацию, наделяющую адаптивные системы причинной силой, отверг агентную причинность как «нечеткую философскую концепцию» без прочной механистической основы. Это утверждение он сделал в 2014 году в беседе о свободе воли с философом и нейроученым Сэмом Харрисом, который отрицает свободу воли, несмотря на то, что сам Деннет убежден в реальности свободы воли! Но как может агент обладать свободой воли, не имея причинной силы?

Такая противоречивая позиция называется компатибилизмом, а поскольку она пытается примирить жесткий детерминизм со свободой воли, ее проще всего описать поговоркой «и рыбку съесть, и косточкой не подавиться». Но любая незрелая идея, именуемая компатибилизмом, хотя бы отчасти верна, тогда как вера в жесткий детерминизм в сочетании со свободой воли – это иллюзия, ошибка по всем фронтам. За последовательность в неправоте премий не дают, если не считать «премии Вольфганга Паули» за ошибочность, который часто комментировал работы своих коллег словами: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!» Деннет, тоже никогда не отличающийся робостью или мягкостью выражений, однажды сказал:

Некоторые даже постулируют не упоминаемый в большинстве источников (и почти не поддающийся анализу) феномен под названием «агентная причинность», при котором свободный выбор каким-то образом обусловлен агентом, а не событием в истории агента. Один из сторонников этой позиции, Родерик Чизем, откровенно признает, что с этой точки зрения всякий свободный выбор есть «маленькое чудо» – неудивительно, что эту школу мысли поддерживают в первую очередь глубоко религиозные философы, а почти все остальные избегают ¹.

Сегодня это уже далеко от истины, и теоретические труды по нисходящей причинности физиков Сары Уокер и Джорджа Эллиса, а также нейроученых Джулио Тонони и Эрика Хоэля привлекают «тяжелую артиллерию» – новые отрасли математики, такие как причинный анализ и байесовская статистика, чтобы демистифицировать агентную и ментальную причинность.

Идеи об агентности и причинности восходят к Аристотелю, хотя модернизировать эти квазимистические представления ученые начали в девятнадцатом веке. Среди этих ученых – великий психолог Уильям Джеймс, а также британские представители эмерджентизма, такие как Конви Ллойд Морган, выделявшие различные уровни агентной причинности. Но термин «нисходящая причинность» появился лишь примерно в 1960-х годах, сначала у Нобелевского лауреата Роджера Сперри – нейропсихолога, известного исследованиями с рассечением полушарий мозга, которые он проводил вместе с работавшим под его началом нейробиологом Майклом Газзанигой. Дональд Кэмпбелл, разработавший концепцию эволюционной эпистемологии, последовал его примеру, а также вдохновил Поппера принять эту идею. Сперри подробно описал то, что он называл эмерджентным нисходящим каузальным контролем, который Кэмпбелл переименовал в нисходящую причинность, а каузация сверху-вниз – это просто другой способ сказать то же самое. Причинная эмерджентность – модный термин двадцать первого века, используемый для описания возникновения агентной причинности и вновь вызывающий ажиотаж вокруг очень старой проблемы.

Ближе к концу своей карьеры, вопреки материализму, Сперри начал называть себя сторонником ментализма, однако не следует понимать это так, будто он стал дуалистом в традиции Декарта. Скорее наоборот: Сперри предлагал форму многоуровневого монизма – точнее, расширение физикализма, – рассматривая разум как нечто онтологически новое и реальное во Вселенной, но в равной степени физическое. Вопрос о том, считать ли эту философию Сперри более мягкой формой дуализма, называемой дуализмом свойств, или расширенным физикализмом под названием «многоуровневый монизм», – это своего рода семантическая игра. В отличие от субстанциального дуализма Декарта, постулирующего существование двух фундаментальных субстанций – материи и духа, – дуализм свойств утверждает, что существует только одна физическая субстанция, но способная обладать двойственными свойствами – физическими и ментальными, – которые каузально взаимодействуют. Модели, предлагаемые этими двумя, казалось бы, противоположными философскими концепциями – дуализмом свойств и многоуровневым монизмом, – кажутся в основе своей идентичными. Однако многоуровневый монизм – более гибкая философия, допускающая возможность возникновения новых явлений, обладающих причинной силой. Как можно заметить из следующей цитаты Сперри, есть много нюансов, из-за которых непросто разобраться в вопросах разума, но как только мы поймем многоуровневую природу агентной причинности, многие парадоксы разрешатся сами собой. В статье «Взаимодействие разума и мозга: ментализм – да; дуализм – нет», опубликованной журналом Neuroscience в 1980 году, он пишет:

Согласно нашей нынешней психофизической теории, монизм должен включать субъективные ментальные свойства как каузальные реальности. Это не относится к физикализму или материализму, которые понимаются как антитезы ментализма и традиционно отвергают ментальные явления как каузальные конструкты. Называя себя «менталистом», я утверждаю, что субъективные ментальные феномены являются первичными, каузально мощными реальностями, которые переживаются субъективно, отличаются от своих физико-химических элементов, превосходят их и не сводимы к ним. В то же время я определяю эту позицию и теорию разума и мозга, на которую она опирается, как монистическую, и считаю ее главным препятствием на пути дуализма.

Термин «нисходящая причинность» часто используется в широком смысле для обозначения общего типа поведения, которое живые агенты демонстрируют всякий раз, когда оказывают влияние на физический мир, независимо от того, делают ли они это сознательно или нет. Нисходящая причинность даже использовалась для описания того, как паттерны динамического потока в обычных диссипативных структурах ограничивают хаотическое движение отдельных молекул, составляющих динамическую систему, направляя их по пути наименьшего сопротивления. К сожалению, это обобщение затушевывает то различие, которое пытался сформулировать Морган, а именно – что существуют уровни причинности и контроля, образующие иерархию, когда ментальный уровень, связанный с сознательным контролем, находится выше биологического уровня, связанного с автоматическими поведенческими реакциями. Базовая агентность формируется, когда возникает жизнь, до появления сознания, поэтому существует как бессознательная, так и сознательная каузация «сверху вниз». Смешение двух типов причинности, которые мы можем соответственно назвать агентной причинностью и ментальной причинностью, вызывало много путаницы в спорах о свободе воли. Чтобы понять значение свободы воли, мы должны сначала разобраться со всеми двусмысленностями, вызванными упрощенным пониманием исходных механизмов причинности.

В последнее десятилетие, а особенно в последние несколько лет, взгляды Сперри, Кэмпбелла и Поппера были эмпирически подтверждены передовыми исследованиями нейроученых, занимающихся теорией информации, вычислительным моделированием и статистической механикой. Стараясь понять адаптивные системы как иерархические единицы управления с имманентными термодинамическими целями выживания, мы демистифицируем и математически формализуем многочисленные механизмы каузации «сверху вниз». Хотя этот тип причинности исторически ассоциировался с сознательными существами, такими как люди, ее базовый механизм предшествует появлению мозга и, как можно предположить, разума.

Бессознательная агентность: первый уровень контроля

Как утверждают Пол Дэвис и Сара Уокер, возможность каузации «сверху вниз» возникает, когда информация, хранящаяся в молекулах, начинает указывать молекулам, что делать. Мы называем это событие происхождением жизни. На этом этапе химическая система, которая теперь технически является адаптивной или биологической системой, может начать «командовать материей». Они называют эту способность информационным контролем, и именно это свойство способно объяснить такие важные качества живой материи, как автономия, саморегуляция и целенаправленное поведение. По словам Дэвиса, каузация «сверху вниз» посредством информационного контроля дает жизни «возможность использовать химические реакции для выполнения заранее запрограммированного плана, вместо того чтобы быть рабом этих реакций»².

Формирование каузации «сверху вниз» является примером того, что философы называют сильной эмерджентностью, поскольку оно обусловливает фундаментальное изменение вида причинности, который мы наблюдаем в мире.

С фазовым переходом к живой материи – событием, которое Дэвис и Уокер называют алгоритмическим переворотом, – физические системы освободились от фиксированных траекторий, которые определяют движение неодушевленных макроскопических систем и делают их предсказуемыми в соответствии с простыми законами механики. Живые системы могут взбираться в гору, преодолевая силу гравитации. Целенаправленное поведение наблюдается даже в самых простейших организмах, и это наводит на мысль о том, что познание в самом общем смысле возникло тогда же, когда зародилась жизнь. Появление жизни, где бы оно ни произошло в самый первый раз, было тем моментом, когда информация во Вселенной приобрела причинную силу. Неживые системы тоже можно описывать в информационных терминах, но информация становится значимой для реальности тогда, когда с ее помощью агент может что-то изменить. Значительная часть этой книги до сих пор была посвящена объяснению деталей того, как вычислительные агенты, обладающие причинной силой, возникают в результате диссипативного дарвиновского процесса, представляющего собой самую раннюю форму эволюции.

Как только алгоритмический переворот делает возможным информационный контроль, причинность перестает быть строго восходящей – появляется также причинное влияние «сверху вниз». Возникновение жизни – это переход в структурной и функциональной организации химической системы, обеспечивший возможность кибернетического контроля.

Теперь нисходящая причинность – это уже не расплывчатая и таинственная философская концепция, а математически формализованный механизм, который описывает, как система с возможностями контроля (например, организм или мозг) способна направлять себя к целям, тем самым влияя на движения своих низкоуровневых компонентов (молекул, составляющих организм или мозг). Это означает, что живые организмы не являются просто рабами законов физики и фундаментальных сил природы. Мы, как адаптивные системы, имеющие намерения, творим свое будущее в соответствии с законами физики, но не служа им.

Как уже говорилось, квантовая неопределенность не обеспечивает механизма свободы воли, но обеспечивает «причинную слабину», которая не предполагалась лапласовской моделью реальности. Именно сочетание нисходящей причинности и вероятностной или стохастической (случайной) природы реальности, проистекающей из квантовой неопределенности и детерминированного хаоса, объясняет, как именно живые системы могут функционировать автономно и влиять на физическую реальность своими намеренными действиями. Мы даже можем переопределить жизнь как систему со способностью инициировать новые причинные цепи. Причинные цепи – это цепочки причин и следствий, возникающие в результате действий агента по отношению к его среде.

Как считает британский специалист по вычислительной биологии Денис Нобл, именно способность адаптивной системы использовать и усиливать стохастические флуктуации, возникающие из хаоса или неопределенности, порождает контроль, который мы наблюдаем у живых организмов. Кибернетические системы используют петли обратной связи, чтобы оставаться в устойчивом, далеком от равновесия аттракторе, поэтому того же рода нелинейные петли обратной связи, способные создавать эффект бабочки, используются адаптивными системами для инициирования новых причинных цепей. Восходящий поток каузации никогда не нарушается, он просто используется и направляется к цели. Хотя в этой картине пока еще нет сознания, мы уже имеем ключ к пониманию того, что разум – это не какая-то нематериальная субстанция, как представлял себе Декарт, а система управления, создаваемая естественным отбором для извлечения энергии из окружающей среды.

Важно отметить, что это информационное объяснение контроля на уровне агента не просто «высокоуровневое описание» исключительно восходящего каузального процесса, которое мы используем ради удобства, как подразумевают некоторые варианты философского принципа супервентности. Супервентность просто означает, что высокоуровневые описания когнитивных явлений – психологические описания таких процессов, как сознательное принятие решений, – должны соответствовать физическим взаимодействиям, происходящим на уровне атомов в мозге. В противном случае мы имели бы дело с субстанциальным дуализмом, который является мистическим понятием.

В редукционистской модели супервентности физика микроскопических частиц полностью определяет психические процессы в мозге, то есть опыт принятия решений является иллюзией. Если это так, то ни разум, ни информация не могут быть истинными источниками причинности, поскольку всю работу выполняют частицы, взаимодействующие друг с другом на нижнем уровне. Однако из новых теоретических работ следует, что это доказуемо неверно.

Джулио Тонони и Эрик Хоэль взялись математизировать эмерджентность причинной силы, используя формулировки, заимствованные из каузального анализа Джуды Перла, также заложившего математические основы теории интегрированной информации. В отмеченной наградами статье 2016 года под названием «Агент наверху, атом внизу: как агенты причинно возникают из их исходной микрофизики» Хоэль изложил свою теорию возникновения причинности.

Макросостояние – вот что важно

Хоэль показал, что динамическую эволюцию системы, означающую ее закономерный переход из одного состояния в другое, можно проанализировать на разных масштабах, чтобы определить, является ли система агентом с причинной силой или неодушевленной системой, не контролирующей свое будущее. Анализ в микроскопическом масштабе позволяет моделировать систему на уровне столкновения частиц, в то время как макроскопический анализ нужен для моделирования закономерностей информационного потока между областями мозга. Если эволюцию системы можно предсказать более точно и надежно, рассматривая причинные взаимодействия на макроскопическом уровне, значит, в системе должна быть обрабатываемая информация. Наличие «избыточной каузальной работы», которую можно отнести к макромасштабу – целому, которое количественно больше суммы его частей, – указывает на «возникновение причинности», то есть на появление агента, обладающего причинной силой.

Как считает Хоэль, ставящий своей конечной целью понять связь между причинностью и сознанием, причинная сила сосредоточена не в микрофизике, а на макроуровне, поскольку информация закодирована в многократно реализуемом паттерне организации системы. Как мы узнали в девятой главе, множественная реализуемость означает, что один и тот же функциональный паттерн может реализовываться на разных субстратах. Поскольку множество различных микросостояний (уникальных молекулярных структур) могут реализовать эквивалентный общий паттерн (макросостояние), то нюансы микросостояния каузально неважны. Паттерн командует частицами, а не наоборот.

В статье под названием «Побег из Флатландии. Крах детерминизма приведет к краху редукционизма» нейрогенетик Кевин Митчелл, автор книги «Врожденное: как устройство нашего мозга формирует нашу личность», объясняет, что в причинности главное – макросостояние:

Конечно, макроскопическое состояние в целом зависит от конкретного микросостояния, но может существовать целый ряд таких микросостояний, соответствующих одному и тому же макросостоянию. И другой ряд микросостояний, соответствующих другому макросостоянию. Если эволюция системы зависит от таких грубых макросостояний (а не от частных деталей на более низком уровне), то возникает нечто действительно интересное – идея о том, что информация может обладать причинной силой в иерархической системе и, если брать шире, во Вселенной.

У Сары Уокер есть схожие неброские, но крайне важные высказывания о причинной силе макросостояний: «Теории и теоретики потенциально могут влиять на динамику на более низких уровнях. Макросостояния могут не просто являться предикторами, то есть информационными свойствами эмерджентных агентов, но также играть определенную роль в причинной структуре реальности»³.

Теперь в вопросе «каким образом разум может управлять материей?» давайте заменим слово «разум» на слово «информация» и посмотрим, сохранится ли парадокс психофизики. Как информация управляет частицами? Это вопрос, на который мы начинаем получать ответ с математической и механистической точностью. Работы Хоэля о возникновении причинности вдохновили нескольких новых звезд нейробиологии, таких как Робин Кархарт-Харрис, специализирующийся на исследованиях психоделиков, и Анил Сет, занимающийся проблемами сознания, на дальнейшие количественные исследования нисходящей причинности.

Статья, которую они написали в соавторстве с постдокторантом Имперского колледжа Лондона Фернандо Росасом, под названием «Согласование эмерджентностей: теоретико-информационный подход к выявлению каузальной эмерджентности в многомерных данных», показывает, что есть математические инструменты, помимо каузального анализа Перла, описывающие причинную динамику и статистическую механику различных видов причинности высшего уровня в терминах информационных потоков. В этой статье авторы определяют новое явление, которое они называют причинным разделением:

В дополнение к нисходящей причинности, причинное разделение имеет место, когда коллективные свойства обладают непреодолимой причинной властью над другими коллективными свойствами. Интересно, что свойство, демонстрирующее чистое причинное разделение, можно рассматривать как «живущее собственной жизнью», своего рода статистический призрак, который закрепляется с течением времени, не испытывая влияния какой-либо отдельной части системы и не влияя на нее.

Создают ли возникающие в мозге скоординированные вихри активности и информации призрак в машине в буквальном смысле слова? Если да, то, возможно, Декарт не так уж и сильно ошибался. Проблема психофизики внезапно перестает казаться такой загадочной, а трудная проблема уже не выглядит такой трудной. Вспомните, как в двадцатом веке Рольф Ландауэр из IBM доказал, что «информация физична», и если принять этот факт, дилемма дуализма, или, по крайней мере, большая ее часть, исчезает. Разум может влиять на физический мир без каких-либо парадоксов, потому что мысли – это всего лишь частные случаи информации в действии.

Хотя агентность или контроль – это свойство, присутствующее в простой живой материи, оно, похоже, не является тем же самым, что свобода воли. Бактерия, осуществляющая хемотаксис, предсказуемо плывет к химической пище и прочь от токсинов. Итак, если поведение предсказуемо для нас (пусть и не идеально предсказуемо в том смысле, в каком это представлял себе Лаплас, но статистически предсказуемо с высокой степенью достоверности), то в какой мере свободой выбора обладает бактерия, ощущающая химический градиент? Обычно она ведет себя так, как ожидается, без каких-либо колебаний, а следовательно, и без поведенческих признаков раздумий или осознанного мышления.

Мы, конечно, можем назвать это целенаправленным или телеологическим поведением, поскольку оно ориентировано на цель или конечный результат, как охарактеризовал его Аристотель более двух тысячелетий назад, однако такой агент, по-видимому, не обладает каким-либо сознательным восприятием. Почему? Потому что простой организм без мозга не реагирует адаптивным образом ни на какие переменные, которых не наблюдалось в окружающей среде на протяжении эволюционной истории, сформировавшей внутреннюю модель данного вида. Он «знает» только то, что закодировано в его геноме, и «слеп» ко всему остальному. Это позволяет предположить, что адаптивная система – это автомат, бездумно следующий встроенной когнитивно-поведенческой программе.

Хотя агентная причинность, похоже, не совсем приводит нас к свободе воли, она все же приближает нас к ней на один шаг. Инстинктивное поведение, возможно, и не является полностью свободным, но оно и не детерминировано в строгом смысле, который имел в виду Лаплас. Иными словами, каузация «сверху вниз» (когда информация начинает уводить макроскопические системы от траекторий, предсказываемых классической механикой) освобождает адаптивных агентов от физического детерминизма. Однако организмы с нисходящей причинной силой, по-видимому, все же скованы ограничениями биологического детерминизма, а в случае организмов с мозгом – нейробиологического детерминизма. Автоматическое поведение кажется не очень «свободным».

Как мы установили, даже простейшие организмы обладают примитивной формой познания, благодаря которой они ощущают окружающую среду и реагируют на нее, но мы не должны путать агентность с сознанием. Для агентности требуется лишь, чтобы система имела модель мира – встроенное внутрь нее статистическое отображение биологически значимых закономерностей в окружающей среде. Но само по себе наличие модели мира не означает, что содержание модели воспринимается наблюдателем. Субъективный опыт всегда должен быть засвидетельствован «Я», которое формирует точку зрения от первого лица. Итак, судя по всему, прогресса в решении трудной проблемы сознания можно достичь, выявив механизм, который приводит к появлению наблюдателя с точкой зрения. Что же тогда является источником «Я»?

По мнению философа и когнитивиста Дугласа Хофштадтера, для возникновения точки зрения модель мира агента должна моделировать саму себя. Мы называем этот пример самореференции самомоделированием, и по ряду причин, которые мы вскоре рассмотрим, такая способность, видимо, требует наличия мозга. Если предлагаемая Хофштадтером модель разумов как моделей с возможностью самомоделирования верна (он качественно описал ее в книге 2007 года «Я – странная петля»), у нас, наконец, появляется относительно точный ответ на вопрос, когда в результате космической эволюции на сцену выходит сознание. Разум, в полном смысле этого слова, возникает вместе с мозгом. Идея о самомоделировании как источнике «Я» может показаться слишком очевидной, но иногда ответы на вроде бы сложные вопросы находятся прямо у нас перед глазами.

Хотите доказательство того, что вы наблюдатель с моделью мира и самого себя в голове? Давайте выполним упражнение, которое мы проделали в шестой главе. Закройте глаза и попытайтесь представить себя в комнате. Уменьшите масштаб, чтобы увидеть свой дом и окрестности с высоты птичьего полета. Снова уменьшите масштаб и посмотрите на планету Земля из космоса. Теперь представьте друга, сидящего рядом с вами в вашей комнате. Вы не только смоделировали мир в своем мозгу, но также смоделировали других агентов, и эти знакомые агенты оживают в ваших мыслях, причем вместе со своими личностями и характерными причудами!

Эти модели других разумов были созданы на основе накопленного опыта общения с этими людьми. Хотя все мы уникальные индивидуумы, мы также во многих отношениях являемся совокупностью всех разумов, которые мы смоделировали, и, сами того не подозревая, мы сверяемся с этими другими разумами при принятии трудных решений. Например, вы можете обратиться к известному музыканту, которым восхищаетесь, когда пишете мелодию для песни, или к своему образцу для подражания, когда вам нужно принять решение о будущем, например к родителю или авторитетному учителю, который у вас когда-то был, без реальной сознательной мысли или рассуждений.

Эти агенты не обязательно должны быть такими, с которыми мы сталкиваемся в реальности. Популярная фраза «как бы поступил Иисус?» показывает, что христиане, задающие этот вопрос, моделируют свое божество и обращаются к этой модели за советом, поддержкой и экзистенциальным прозрением. То же самое относится к любой другой религии, и когда мы осознаем это, мы понимаем, почему моделирование абстрактных сущностей, обладающих полезными характеристиками или свойствами, способно приносить практическую пользу. Этот общий процесс был назван «мышлением через иные разумы» теми же исследователями, которые применяли байесовскую гипотезу о мозге/принципе свободной энергии к высокоуровневым иерархическим системам за пределами мозга, таким как экосистемы и общества.

Фристон и его коллеги Максвелл Рамстед – директор по исследованиям Spatial Web Foundation в Калифорнии – и антрополог и когнитивист Самюэль Вессьер из Университета Макгилла в Монреале утверждают, что процесс логического вывода убеждений и ожиданий других агентов о мире подсказывает нам, как вести себя в социальных ситуациях, и приносит стабильность обществу, координируя коллективное поведение.

Теперь представьте себя в своей комнате и попробуйте посмотреть на себя сверху. Как вы выглядите? Это доказывает, что себя вы тоже моделируете. Довольно странная петля, не так ли? Теперь задайтесь вопросом, а насколько точна ваша модель себя?

Как мозг создает наблюдателей

Cogito, ergo sum («Я мыслю, следовательно, я существую» – утверждение Декарта, упоминавшееся в предыдущей главе) говорит нам, что самость – неоспоримый факт существования, но как именно возникает наблюдатель и почему для такого процесса требуется мозг?

Во второй части мы подробно рассмотрели то, как модель внешнего мира кодируется в организме. До появления мозга в результате эволюции существовало лишь филогенетическое обучение, которое представляет собой «обновление убеждений», происходящее на уровне популяции по мере эволюции генома вида в течение длительных периодов времени. Это происходит в результате конкуренции между организмами, когда естественный отбор отфильтровывает неточные модели и дисфункциональные конструкции. Напомним, что эволюция – это процесс байесовского выбора моделей. Однако коллективный геном обновляется гораздо медленнее, чем мозг, кодирующий последствия причинных действий в режиме реального времени благодаря синаптической пластичности. Пластичность относится к способности мозга непрерывно формировать связи, кодирующие представления о паттернах окружающего мира, с которыми непосредственно сталкивается организм.

Агент воздействует на свое окружение, наблюдает за изменениями в нем, обновляет свою модель, кодируя это изменение в памяти, и в результате повторений этого процесса формирующаяся у организма модель мира создает переменную набора данных для самой себя. Поскольку не имеющие мозга организмы не способны кодировать причинно-следственные связи своих действий, им не хватает переменной для самих себя и какого-либо реального понимания самих себя как причинного агента. Поскольку организмам без мозга не хватает способности к самомоделированию, они, предположительно, являются, по выражению философов, «зомби», то есть системами, которые не воспринимают окружающий мир, но как будто бы движутся с сознательным намерением.

Именно самореференция посредством самомоделирования привносит в мир субъективный опыт, создавая наблюдателя из ничего. Самость – это сущность, являющаяся тем «я», на которое мы все ссылаемся, когда говорим «я устал», или «я люблю тебя», или «я обожаю эту книгу». Наблюдатель возникает, когда «быть чем-то что-то значит»[17]. Мы уже объясняли, что для камня ничего не значит быть камнем, с этим не связано никаких ощущений, несмотря на то, что сегодня проповедуют некоторые философы-панпсихисты. Только когда моделирующий мир моделирует себя, «вспыхивает свет», и возникает непосредственный опыт.

Внесем ясность: базовое сознание не идентично самосознанию или самоосознанности, которые необходимы для того, чтобы сознание обладало причинной силой. Нетрудно представить себе восприятие без какой-либо саморефлексивной мысли. «Витание в облаках» – хороший пример того, как человек может получать опыт и даже иметь поток мыслей, не осознавая того факта, что у него есть поток мыслей. Когда нас ловят на том, что мы витали в облаках, мы часто не помним, о чем мы при этом думали.

Наблюдатели могут не осознавать себя таковыми. Возможно, они просто воспринимают мир без настоящих размышлений о сущности природы или о природе самих себя. Это говорит о том, что сознание, вероятно, начинается эпифеноменально, то есть просто как вторичный эффект или бесполезный побочный продукт мозга без причинной власти над чем-либо. Самый простой агент с мозгом – это уже не «зомби» (агент без ментального опыта), но он все еще не имеет сознательного контроля над своими реакциями. Это пассивный наблюдатель и пленник своей программы. Однако нам не следует думать об этом как о неприятном режиме существования. Кох объясняет, каково, по его мнению, быть пчелой – организмом, который, вероятно, обладает сознанием, но вряд ли осознает себя:

Они делают очень сложные вещи. Мы знаем, что пчелы находят выход из лабиринтов, способны запоминать запахи и возвращаться к далекому цветку. Они даже могут общаться друг с другом и танцем рассказывать друг другу о местоположении и качестве отдаленного источника пищи… Поэтому да, я действительно считаю, что медоносная пчела как-то себя ощущает. Наверное, ей очень приятно танцевать под солнечным светом, пить нектар и относить его в улей ⁴.

Итак, похоже, что быть сознательным еще недостаточно для появления того, что мы называем свободой воли, – она приходит позже. Сознательный разум обретает причинную силу только тогда, когда существует дополнительный уровень самомоделирования. Мы объяснили очень простую причину, по которой мозг поддерживает самомоделирование: это позволяет адаптивной системе кодировать причинно-следственные связи ее собственных действий, но сам по себе этот факт не является удовлетворительным объяснением того, как мозг создает сознательный разум – или как разум осуществляет свободу воли. Для этого мы должны обратиться к современным теориям сознания, имеющимся у нейробиологии. Каковы нейронные и вычислительные корреляты самомоделирования? Опять же, мы возвращаемся к понятию петель и уровней, и чтобы понять их отношение к сознанию и свободной воле, мы должны стать геделианцами и исследовать причинную магию самореференции. Это исследование выявит связь между возникновением более высоких уровней кибернетического контроля и космической самоорганизацией – неизбежным эволюционным процессом, который удивительным образом зависит от разумных агентов, обладающих властью выбирать свой будущий путь.

Либо математика слишком велика для человеческого разума, либо человеческий разум – нечто большее, чем машина.

Курт Гёдель

Математики, логики и философы двадцатого века, стремившиеся демистифицировать разум, предполагали, что все человеческие мысли и рассуждения порождаются чисто механистическими или алгоритмическими процессами. В их модели человеческого познания мозг представляется машиной, выполняющей вычисления, и это уже был некоторый интеллектуальный прогресс, но недостатком модели был чрезмерный редукционизм.

В 1936 году изобретатель цифрового компьютера Алан Тьюринг показал, что относительно простая машина, способная выполнять механические операции, может при наличии достаточного количества времени и памяти вычислить решение любой проблемы, которая в принципе решаема с помощью вычислений. Эта гипотетическая машина получила название машины Тьюринга. Наши компьютеры и смартфоны по существу являются машинами Тьюринга.

Если бы мозг был просто органической машиной Тьюринга, то все, что делает разум – все ментальное волшебство, связанное с сознательным мышлением, – можно было бы свести к логическим операциям (основанной на правилах символьной обработке данных). Разум был бы не более загадочным, чем цифровой компьютер, устройство которого нам вполне понятно. Это был довольно прямолинейный взгляд на мозг и психику, но блестящий австрийский логик Курт Гёдель весьма окольным и петляющим путем доказал его ошибочность. Чтобы понять, как он это сделал, мы должны вернуться к эпистемологии – науке о том, как мы обретаем истинные знания о мире.

До публикации знаменитой теоремы Гёделя о неполноте математики и логики предполагали, что все утверждения о мире могут быть либо истинными, либо ложными, и теоретически должен существовать алгоритмический способ определить, к какой категории относится то или иное утверждение. Согласно этой философии, источником истинного знания является математическое доказательство. Эта черно-белая концепция реальности была обусловлена самой природой их деятельности. Математическая гипотеза, такая как знаменитые теоремы, упоминаемые чаще всего (например, Великая теорема Ферма), может быть либо истинной, либо ложной, в зависимости от того, существует ли математическое доказательство этого конкретного утверждения.

Найти такое доказательство бывает крайне трудно, но теоретически, если то или иное математическое утверждение истинно, у него должно быть логическое доказательство, а если оно ложно, то доказательства существовать не должно. По крайней мере, так предполагали ведущие математики, в частности Давид Гильберт, Бертран Рассел и Альфред Норт Уайтхед, изо всех сил старавшиеся разработать исчерпывающую формальную систему, которая позволяла бы быстро доказать или опровергнуть любую мыслимую математическую гипотезу. Несмотря на все их доблестные усилия по достижению этой цели, Гёдель показал, что это невыполнимая задача, и поставил под сомнение способность математики объяснить всю реальность, а равно и идею о том, что разум – это просто машина.

Недоказуемый парадокс

При помощи ловкого трюка Гёдель бросил тень сомнения на предположение о том, что истина и математическое доказательство эквивалентны. Он взял древнегреческий парадокс, связанный с самореференцией – так называемый парадокс лжеца, – и преобразовал его в математическое утверждение о теории чисел, использовав абсурдно сложную схему кодирования, известную как нумерация Гёделя. Хотя его теорема чрезвычайно сложна, мы можем понять ее, переведя ее в эквивалентные утверждения на обычном языке. Чтобы понять, как парадокс лжеца вдохновил новый вид доказательства – причем такого, которое, казалось, поставило под сомнение самые основы математики, – вам нужно изучить его самостоятельно. Рассмотрите следующее предложение, которое можно считать менее обманчивым вариантом утверждения «я лгу», и попытайтесь определить, является ли оно истинным или ложным: «Это утверждение ложно».

Произнесите его вслух и убедитесь, что попытка доказать его истинность или ложность приводит вас к петле, не дающей ни того, ни другого вывода. Если данное утверждение истинно, то оно должно быть ложным, поскольку в нем говорится, что оно ложное. Но если оно ложно, то оно, конечно, не может быть истинным. А что происходит, если мы предположим, что это утверждение ложно? Поскольку в самом утверждении говорится, что оно ложно, то, если все утверждение ложно, это означает, что оно должно быть истинным. Однако оно не может быть истинным, ведь в нем говорится, что оно ложно!

Любой из двух путей неизбежно ведет к противоречию, и лишь обойдя эту петлю, мы увидим природу парадокса. Поскольку это утверждение ссылается на само себя, мы имеем недоказуемое утверждение, которое не является ни истинным, ни ложным. Оно не может быть доказано, поскольку, доказывая его истинность, мы опровергаем его. Теперь продолжите и попробуйте проделать то же самое с предложением «я лгу».

Наверное, вы заметили, что на самом деле это просто языковая игра – парадокс возникает лишь потому, что это предложение абсурдным образом говорит само о себе. Пусть так, но это не отменяет того факта, что самореферентные математические утверждения обнаруживают уязвимость в любой логической системе, претендующей на определение всех истин. Никакая формальная система не может считаться последовательной и всеобъемлющей, если она порождает «неразрешимые» гипотезы – математические утверждения, истинность или ложность которых невозможно доказать. Отсюда и название теоремы о неполноте.

Но главное достоинство и гениальность теоремы Гёделя не в том, что она создала математическое утверждение, не являвшееся ни истинным, ни ложным, подобно самореферентным утверждениям «это предложение ложно» или «я лгу».

Гёдель вывел закольцованность на новый уровень, построив математическое утверждение, которое было истинным, но недоказуемым. Конечно, для математиков того времени эта претензия звучала бы ошибочно, поскольку, по их мнению, истина могла определяться лишь через доказуемость. Итак, как же ему это удалось? Рассмотрим следующее самореферентное утверждение, которое касается не только самого себя, но и собственной доказуемости: «Это утверждение не имеет доказательств».

Вот в чем хитрость этого конкретного утверждения: оно действительно истинно, оно не имеет доказательств. И мы знаем, что оно не может иметь достоверного доказательства, даже не проверяя его и не задумываясь над ним, потому что, если бы такое математическое доказательство существовало, оно доказало бы истинность утверждения, но в самом утверждении говорится, что у него нет доказательств. Итак, опять же, утверждение не может быть доказано истинным, не опровергнув само себя. Несмотря на то что оно недоказуемо, мы ясно видим, что оно истинно. Это истина, которая не нуждается в фактических доказательствах, потому что ее истинность самоочевидна. В нем говорится, что оно не имеет доказательств, и это действительно так.

Ну хорошо, это довольно умно и ловко, но какое отношение все это имеет к тайне разума? Оказывается, теорема Гёделя о неполноте касалась не только самой математики, но и ментальных процессов математиков.

Разум не машина Тьюринга

Истинное, но недоказуемое утверждение Гёделя предполагает существование математических истин за пределами того, что может быть определено с использованием символической логики или вычислено машиной Тьюринга. Математик мог бы временно обойти гёделеву неполноту, расширив фундаментальные аксиомы формальной системы за счет включения в них класса самореферентных утверждений. Но Гёдель ясно показал, что такие усилия были бы тщетны, поскольку новая вариация системы содержала бы новые виды истинных, но недоказуемых самореферентных утверждений. Невозможно чем-то заткнуть дыру самореферентности, если вы не хотите расширять свою математическую модель вечно.

Учитывая все это, мы видим, что великая теорема Гёделя намекала на некую «теорию всего», подобную объединяющей теории реальности, описываемой поэтическим метанатурализмом, которая всегда остается неполной только потому, что незавершенной является сама реальность. Иными словами, природа – это непрерывный рабочий процесс, благодаря эмерджентности. Эмерджентные явления и математика, используемая для их описания, в частности причинный анализ и информационная геометрия, должны быть частью любой фундаментальной физической теории, если таковая претендует на звание истинной «теории всего». Но и этого недостаточно. Все более экзотические области математики будут постоянно добавляться к модели реальности по мере появления новых видов динамических законов и сложных моделей поведения. Чтобы формальная система или научная теория отражали все больше правды о реальности и приобретали больше знаний в попытке полностью описать природу, они должны постоянно адаптироваться, точно так же как биологическая система.

Вся эта программа, запущенная Гёделем, стала тяжелым ударом по редукционизму, ведь последний основан на идее о том, что существует единая математическая теория, способная совершенно точно и исчерпывающе описать все, что касается Вселенной. От этой мечты необходимо отказаться. Теорема Гёделя сильно ударила и по материализму, показав, что мозг не просто машина Тьюринга.

В классической книге 1989 года «Новый разум императора» заслуженный физик и математик сэр Роджер Пенроуз привел аргумент, выдвинутый философом Джоном Лукасом тремя десятилетиями ранее. Поскольку математики-люди способны осознать истинность неразрешимого утверждения – числового эквивалента предложения «это утверждение не имеет доказательств», – можно сделать вывод, что разум занимается не только вычислениями как таковыми:

Неизбежный вывод (из теоремы Гёделя), судя по всему, таков: математики не используют заведомо надежную процедуру вычислений для установления математической истины. Мы можем заключить, что математическое понимание – средство, с помощью которого математики приходят к своим выводам относительно математической истины, – не может быть сведено к слепому вычислению!

Хотя Пенроузу и Лукасу часто ставят в заслугу это проницательное наблюдение, очевидно, что и сам Гёдель хорошо осознавал это следствие, много раз повторяя на разные лады следующую мысль: «Либо математика слишком велика для человеческого разума, либо человеческий разум – нечто большее, чем машина». В чем разница между разумом и машиной? Машина вычисляет, а разум понимает. Разум способен увидеть истину в недоказуемом утверждении – истину, недоступную чисто алгоритмическому интеллекту. Что же обеспечивает эту любопытную способность, которую мы называем пониманием? Вероятно, сознательный опыт.

Хотя Пенроуз правильно истолковал это как свидетельство того, что разум не просто машина Тьюринга (цифровой компьютер), он, пожалуй, неоправданно предположил, что мозг тогда должен являться квантовым компьютером или, по крайней мере, органом, использующим квантово-механическое свойство, известное как суперпозиция, для решения проблем и принятия решений. Хотя эту теорию, разработанную в сотрудничестве с анестезиологом Стюартом Хамероффом, не следует отвергать на том лишь основании, что она задействует квантовое объяснение, в настоящее время большинство исследователей сознания не воспринимают ее всерьез.

Главный аргумент против этой гипотезы, который сформулировал физик и сторонник теории интегрированной информации Макс Тегмарк, заключается в том, что любое когерентное квантовое состояние схлопнулось бы или «декогерировало» слишком быстро, чтобы повлиять на нейронные процессы, обусловливающие сознание, из-за того, насколько теплым, влажным и шумным органом является мозг. Однако недавние открытия показывают, что многочисленные биологические процессы неразрывно связаны с квантовыми процессами – такими как фотосинтез, в котором используется квантовое туннелирование, и навигация птиц, использующая квантовую запутанность. Если сейчас повсеместно признается квантовая биология, то и квантовая нейробиология, возможно, не за горами. Общее правило эволюции заключается в том, что если у какого-то явления в природе есть вычислительное преимущество, то естественный отбор обычно находит способ задействовать его.

Хотя теорема Гёделя о неполноте сделала сознание более загадочным для Пенроуза, для Дугласа Хофштадтера самореференция стала ключом к решению головоломки.

Самореференция как источник «Я»

Хофштадтер сделал Гёделя частью поп-культуры благодаря своей получившей Пулитцеровскую премию книге «Гёдель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда», увидевшей свет в 1979 году, за десять лет до книги Пенроуза. Сегодня, более сорока лет спустя, она все еще дает свежие идеи философам, исследователям искусственного интеллекта и нейробиологам, стремящимся разобраться в вычислительных коррелятах сознания. Хофштадтер увидел в теореме Гёделя, что самореференция создает парадокс, поскольку символы в высказывании Гёделя обретают значение, когда они относятся к самим себе. Внезапно появляется нечто большее, чем просто синтаксис, появляется еще и семантика. В предисловии к юбилейному изданию книги Хофштадтер писал:

Нечто очень странное возникает из петли Гёделя – раскрытие причинной силы значения в строго упорядоченной, но лишенной значения Вселенной. И здесь вновь всплывает моя аналогия с мозгом и «Я», предполагающая, что закрученная петля самости, запертая внутри неодушевленной колбы, называемой мозгом, также обладает причинной силой. Или, иначе говоря, простой паттерн под названием «Я» может управлять неживыми частицами в мозге ничуть не в меньшей степени, чем неживые частицы в мозге могут управлять паттернами.

Итак, Хофштадтер считает, что «Я», сознательный наблюдатель, обладает истинной причинной силой по отношению к миру. Он также делает туманное, но эффектное замечание о том, как возникает этот наблюдатель, обладающий причинной силой. По его словам, «Я» возникает из самореференции «через своего рода вихрь, посредством которого паттерны в мозге отражают создаваемое мозгом отражение мира и, в конечном счете, отражают самих себя, после чего вихрь „Я“ становится реальной причинной сущностью».

Хофштадтер часто прибегает к интересной метафоре, объясняя то, как самореференция в форме самомоделирования создает нечто вроде души:

В качестве несовершенной, но яркой вещественной аналогии этому любопытному абстрактному явлению подумайте о том, что происходит, когда телекамера направлена на экран телевизора таким образом, чтобы отображать экран на нем самом (и экран внутри экрана на изображении, и так далее), – то, что в «ГЭБ» я назвал самопоглощающими телевизионными экранами, а в своих более поздних работах иногда называю кроссуровневой петлей обратной связи. Когда и только когда такая петля образуется в мозге или в любом другом субстрате, возникает личность – уникальное «Я». Более того, чем насыщеннее самореферентностью такая петля, тем более сознательным оказывается порождаемое ею «Я».

Эта зацикленная идея о том, что сознание возникает в результате самомоделирования, нашла поддержку среди некоторых влиятельных фигур в мире информатики. Джуда Перл, на каузальном анализе которого строятся математические описания высокоуровневой причинности, повторил слова Хофштадтера в интервью 2019 года ведущему подкаста MIT Лексу Фридману:

Это и есть сознание. У вас есть модель самого себя. Откуда она берется? Вы смотрите на себя как на часть окружающей среды… У меня есть схема самого себя, и на этом схематическом уровне я могу что-то менять. Я могу посмотреть на себя в зеркало и сказать: «Хм, если я внесу изменения в эту модель, то буду работать иначе». Это то, что мы подразумеваем под свободой воли.

Фридман развивает эту тему и спрашивает: «Как вы думаете, что такое сознание? Это просто рефлексия – включение себя в модель мира?»

«Верно, – подтверждает Перл. – Некоторые люди говорят: „Нет, это лишь часть сознания“, – а потом начинают рассказывать мне, что они на самом деле подразумевают под сознанием, но на этом я теряю их нить рассуждений. Для меня сознание – это наличие схемы вашего программного обеспечения».

На словах все просто. А что об этом говорит нейронаука?

Нейронные корреляты сознания

Чтобы понять, как петли обратной связи и самомоделирование создают сознание и наделяют системы подлинной свободой воли, мы должны сначала понять, как организован мозг. Для этого, несомненно, полезно представить мозг как тип компьютера, однако он сильно отличается от знакомых нам компьютеров (с архитектурой фон Неймана). Его параллельная конструкция означает, что вычисления мозга распределены по множеству модулей. В мозге около ста миллиардов нейронов, и каждый из них связан примерно с десятью тысячами других нейронов. В предыдущей главе мы говорили об иерархических модульных архитектурах в биологии. Клетки – это интегрированные комплексы из большого количества взаимодействующих биомолекул, многоклеточные организмы – это комплексы клеток, а общества – это комплексы организмов. Мозг, как сложная адаптивная система, построенная в результате эволюционных переходов, тоже организован иерархически как структурно (с точки зрения анатомии), так и функционально (с точки зрения обработки данных).

В этой иерархической архитектуре нейроны являются базовыми обрабатывающими единицами, и сообща они производят коллективные вычисления. Нейроны, обычно срабатывающие вместе, организуются в группы, называемые нейрональными ансамблями, которые образуют более крупные мозговые сети, обладающие специализированными функциями обработки информации. Например, в мозге есть область, отвечающая за обработку информации о лицах, называемая веретенообразной лицевой областью, и область, интерпретирующая речь, – речевая зона Вернике. Эти области осуществляют относительно высокоуровневую обработку, поскольку они получают информацию, которая передается вверх по иерархической лестнице из областей мозга, декодирующих более базовые свойства стимула, такие как форма и цвет. Помните, что не все состояния мозга сопровождаются сознательным опытом. Сознание растворяется, когда мы засыпаем, и отсутствует до тех пор, пока мы не погрузимся в сон. Так что же делает сознательные состояния особенными с точки зрения вычислений?

Если отбросить детали, то мозг генерирует сознательный опыт, когда скоординированная глобальная активность возникает в результате локальных электрических взаимодействий миллиардов нейронов – синхронное срабатывание этих нейронов интегрирует информацию из нескольких потоков обработки в единое поле опыта. Нельзя сказать, что любое синхронное срабатывание порождает сознательные состояния, поскольку мы также наблюдаем синхронизацию между удаленными участками мозга или группами нейронов при эпилепсии. Итак, правильнее сказать, что скоординированное глобальное срабатывание с определенной синхронностью (считается, что она приблизительно равна 40 Гц) является необходимым, но недостаточным условием для сознания. Эта глобальная активность обусловлена обратной связью – явлением, с которым мы теперь хорошо знакомы благодаря кибернетике. Петли обратной связи, идущие от таламуса к коре головного мозга, – так называемые таламо-кортикальные петли – интегрируют информацию и связывают те или иные свойства в целостную перцептивную картину мира.

А когда сознание исчезает? Когда исчезают петли обратной связи, ведь именно они контролируют активность составных частей, отвечая за глобальную интеграцию информации. Всякий раз, когда есть обратная связь, происходит та или иная форма самореференции, и в мозге это может быть признаком самомоделирования. Без обратной связи мозг по-прежнему функционирует как физиологический орган, контролирующий вегетативные функции, но сознание полностью затухает. Мы знаем, что ментальная модель все равно кодируется в нейронной архитектуре мозга, однако исчезает наблюдатель, «Я», порождаемое самореференцией, которая обусловлена самомоделированием в реальном времени. Когда нарушается эта странная петля – многоуровневая петля обратной связи, отражающая саму себя, – сознание угасает. Таким образом, разум не следует рассматривать как нефизическую сущность, управляющую материей; это многоуровневый кибернетический контроллер, обладающий каузальной властью над самим собой и своим окружением.

Это описание все еще расплывчато, но даже самый ярый скептик наверняка согласится с тем, что мы добиваемся некоторого прогресса в решении трудной проблемы сознания, которая заключается в том, как материальный мозг создает субъективный опыт. А что добавляют к этой картине современные нейробиологические теории сознания?

Петли обратной связи порождают сознание

Согласно теории интегрированной информации, система с исключительно прямонаправленной связью, не имеющая интегрирующих информацию петель обратной связи, теоретически может имитировать любое сознательное поведение, не получая соответствующего сознательного опыта, который был бы у системы, интегрирующей информацию. Важно отметить: это не обязательно означает, что такая система будет демонстрировать столь же гибкое интеллектуальное поведение, как сознательная система; это просто означает, что любая конкретная реакция, связанная с сознательной мыслью, может быть воспроизведена без участия сознания. Это говорит о том, что петли являются необходимым компонентом сознания как в организмах, так и в машинах.

Например, мозжечок – это область мозга, которая является сложной и комплексной, однако, судя по всему, не обеспечивает опыта сознательного наблюдателя, хотя в этой структуре находится большинство нейронов мозга. Любые скоординированные движения (например, когда вы печатаете на клавиатуре, ходите, танцуете или ведете машину) задействуют мозжечок. Эти действия обычно не требуют сознательного контроля или усилия, и некоторые из них, например набор текста, выполняются гораздо хуже, если вы пытаетесь думать о том, что делаете. Если мозжечок, очевидно, обрабатывает информацию, то почему он никак «себя не ощущает»? Кристоф Кох отвечает на этот вопрос в статье, опубликованной в журнале Nature в 2018 году под названием «Что такое сознание?»:

Мозжечок – это почти исключительно прямонаправленная схема: один набор нейронов питает следующий, который в свою очередь влияет на третий набор. В нем нет сложных контуров обратной связи, которые бы передавали электрическую активность туда и обратно.

Мне вспоминается поразительный момент из детства, когда я увидел, как рука моей спящей бабушки взметнулась вверх и оставалась в таком положении, хотя бабушка продолжала храпеть. Позже я узнал, что это случилось не в первый раз, и хотя это необычный пример, он прекрасно иллюстрирует, как действие, обычно приписываемое сознательному или произвольному усилию, может быть запрограммированным и выполняться бессознательно. А поскольку это происходило регулярно, то, я думаю, можно с уверенностью предположить, что то двигательное движение не было результатом сознательного решения поднимать руку в повторяющемся сне, хотя сказать наверняка невозможно.

Лариса Альбантакис, убежденная сторонница теории интегрированной информации, опубликовала в 2014 и 2015 годах серию модельных исследований, которые говорят о том, что могут существовать человекоподобные роботы, кажущиеся сознательными во всех отношениях, но на самом деле вообще не имеющие ментального опыта. Представим две системы: если одна будет иметь конструкцию с прямой связью (без контуров обратной связи), а другая будет интегрировать информацию посредством обратной связи, то обе системы будут одинаково реагировать на один и тот же сенсорный стимул, однако только последняя будет получать субъективный опыт. Обе машины сказали бы вам, что они имеют сознание, но одна из них при этом солгала бы. Это звучит как научная фантастика, но математика не лжет. Согласно этой теории, сознательным машинам требуется так называемое нейроморфное оборудование, воспроизводящее каузальную динамику мозга на физическом уровне, а не просто имитирующее мозг в цифровом виде на стандартной архитектуре фон Неймана, поскольку последнее не приводит к появлению сознания по той же причине, по которой цифровое моделирование черных дыр не искривляет пространство-время вокруг компьютера.

Теория глобального нейронного рабочего пространства

Примерно тогда же, когда Тонони разрабатывал свою теорию интеграции информации, набирала популярность другая количественная теория сознания – теория глобального рабочего пространства нейробиолога-когнитивиста Бернарда Баарса, которую несколько лет спустя дополнил Станислас Деан, в результате чего сформировалась теория глобального нейронного рабочего пространства – более точная с нейробиологической точки зрения версия вдохновленной информатикой когнитивной архитектуры. Теория глобального нейронного рабочего пространства предлагает вычислительную модель того, как отдельные потоки обработки информации интегрируются в единое сознательное восприятие благодаря эмерджентной синхронной активности, создающей глобальное рабочее пространство. Если глобальное рабочее пространство – это ментальное рабочее пространство, которое мы называем сознающим разумом, то как именно оно возникает?

На этот вопрос можно ответить, признав, что рабочее пространство соответствует нейронному аттрактору, а в формировании и поддержании любого аттрактора, очевидно, участвуют петли. Если конкретнее, то глобальное рабочее пространство создают фронто-париетальные петли, то есть петли между функционально связанными областями в лобных и теменных долях. Когда активность нейронов в этих областях становится скоординированной выше определенного критического порога, по сети распространяются волны глобального порядка, происходит синхронное возбуждение по всему мозгу, и в результате фазового перехода, который Деан называет событием воспламенения, возникает глобальный аттрактор постоянной электрической активности.

Этот фазовый переход в мозге передает информацию из глобального рабочего пространства другим нейронным модулям, которые обычно обрабатывают информацию отдельно, что приводит к тому, что Дэниел Деннет называет «славой в мозге» (fame in the brain). Теперь информация в сознательном представлении доступна для всех видов дополнительной обработки, невозможной без глобального рабочего пространства. В частности, информация в рабочем пространстве становится объектом избирательного внимания, и ее содержимым может манипулировать рабочая память, или же она может использоваться для принятия высокоуровневых решений, которые пока еще не хранятся в мозге в готовом виде. Планирование и воображение также возможны благодаря глобальному рабочему пространству, которое на мгновение объединяет независимо работающие системы в нейронный аттрактор, позволяя разуму делать то, что невозможно без сознания, например проводить мысленное моделирование возможных вариантов будущего, чтобы выбрать наиболее желательный из них. Почему верно то, что глобальное рабочее пространство имеет отношение к самомоделированию? Потому что, опять же, мы видим петли обратной связи, а когда эти петли исчезают, исчезает и ментальное рабочее пространство. Сознательная обработка глобально доступной информации нарушается, и когнитивная деятельность более высокого уровня прекращается.

Итак, нейронаука говорит нам о том, что Хофштадтер прав. Именно кросс-уровневые причинные петли порождают сознание, которое нейробиолог Анил Сет называет контролируемой галлюцинацией, что можно считать шагом вперед по сравнению с иллюзией, как охарактеризовал его Деннет в знаковой книге 1991 года «Объясненное сознание». Некоторые нейроученые и философы в шутку называли его книгу «Игнорируемое сознание», потому что в ней много написано о том, как мозг обрабатывает информацию, но почти ничего о том, как создается субъективный опыт. Пусть вас не вводят в заблуждение языковые игры, в которые играют философы, укореняя противоречия, – ментальная симуляция, переживаемая вами прямо сейчас, является не менее настоящей, чем все остальное в реальности, поскольку сознательный опыт обладает причинной силой.

Разум может влиять на материю без каких-либо парадоксов, потому что он не является нематериальной сущностью, как когда-то считалось; разум – это кибернетический блок управления, способный направлять себя к целям, которые поддерживают его существование. Сегодня и Деннет утверждает, что кибернетический контроль является источником свободы воли, хотя он предпочитает не упоминать о сознании, говоря о контроле. Проблема с попыткой исключить сознание из этой дискуссии заключается в том, что так затушевывается факт существования различных механизмов контроля с различными нейронными и вычислительными коррелятами, обладающими разной степенью причинной силы. Сознательный контроль – это более сложный способ саморегуляции, появляющийся позже в процессе эволюции, когда когнитивный метасистемный переход создает высокоуровневый инструмент контроля благодаря возможностям префронтальной коры головного мозга.

Интегрированная теория моделирования мира

Все это кажется вполне стройным рассказом о нейронных основах сознания, но есть одна проблема. Сторонники теории интегрированной информации, в частности Кох, идентифицировали особые области в задней части коры мозга, так называемую заднюю горячую зону, как нейронные корреляты сознательного опыта, а глобальное нейронное рабочее пространство больше ассоциируется с передней частью мозга. Но правильной может быть только одна теория. Верно?

В настоящее время ведется масштабная программа, призванная проверить эти две, казалось бы, несовместимые теории, но на самом деле между ними, возможно, и нет никакого противоречия. В 2020 году молодой нейробиолог из Центра исследований психоделиков и сознания Джона Хопкинса по имени Адам Сафрон представил амбициозную теорию сознания под названием «теория интегрированного моделирования мира», в которой говорится, что в дополнение к интеграции информации для появления наблюдателя необходимо, чтобы система была способна генерировать модель себя и мира с «пространственной, временной и каузальной целостностью». В этой модели интегрированная информация, такая как синхронное возбуждение нейронов, необходима, но недостаточна для сознания, что устраняет проблему панпсихизма интегрированной теории информации, описанную в десятой главе.

Модель Сафрона стремится объединить интегрированную теорию информации и теорию глобального нейронного рабочего пространства с принципом свободной энергии Фристона и связанной с ним концепцией активного вывода, о которой мы узнали в предыдущих главах. Конфликт между теориями Тонони и Деана можно разрешить, если признать различие, которое впервые провел философ Нед Блок в 1995 году. Как считает Блок, эти нейробиологи не слышат друг друга, потому что говорят о разных вещах. По словам Блока, феноменальное сознание относится к «опыту: феноменально сознательный аспект состояния – это то, каково быть этим состоянием»¹. Этот вид сознания связан с чувствами, эмоциями и восприятием, тогда как сознание доступа относится к высшим когнитивным функциям, таким как сосредоточенное внимание на задаче, идее или проблеме. Когда вы полностью отдаетесь музыке, задействуется только феноменальное сознание, но если вы начинаете думать о значении песни, активируется сознание доступа.

Мы также знаем, что люди могут пересилить свой обычный субъективный опыт с помощью воображения – как мы делаем, например, если нас просят описать, как выглядел друг, когда мы видели его в последний раз. В этом случае содержимое сознания доступа берет верх над содержимым феноменального сознания.

Можно предположить, что задняя горячая зона, о которой писал Кох, – это нейронные корреляты феноменального сознания, а префронтальные области, описываемые теорией глобального нейронного рабочего пространства, – нейронные корреляты сознания доступа. Тогда эти две сети отвечают за различные типы сознательной обработки, но взаимодействуют друг с другом для координации сознательной когнитивной деятельности и рационального поведения. Если эта трактовка верна, то модель сознания Хофштадтера («странная петля») вполне обоснованна. В таком случае кросс-уровневая петля обратной связи соединяет сознание доступа с феноменальным сознанием (кортико-кортикальные петли), а оба вида сознания – с таламусом (таламо-кортикальные петли), который является ретрансляционным центром мозга и определяет, в какую часть коры отправляется для обработки та или иная сенсорная информация. Концепция странной петли может объяснить, как предсказания, сделанные высшими зонами мозга, такими как префронтальная кора, могут влиять на потоки сенсорной информации, поступающей из таламуса. В интервью 2021 года Сафрон объяснил связь между сознанием и байесовским выводом:

Что касается байесовского мозга, то вкратце идея заключается в том, что восприятие – это своего рода вывод на основе наиболее вероятного предположения о причинах сенсорных наблюдений, поэтому ваш перцептивный опыт – это своего рода предсказание или вероятностный вывод о том, что, по вашему мнению, есть в мире. Как это связано с сознанием? События воспламенения, создающие глобальные рабочие пространства, представляют собой отбор выигрышной интерпретации или модели того, что происходит в мире, из ряда вариантов².

Для появления сознательного наблюдателя требуются петли обратной связи, поскольку они интегрируют информацию, однако для сознания этого мало. Иными словами, подобно синхронной активации нейронов, интегрированная информация – необходимое, но недостаточное условие. Разум должен обладать ментальным содержанием, должен быть посвящен чему-то и должен иметь модель мира, выстроенную в результате эволюции или адаптивного обучения. Для систем искусственного интеллекта это означает воплощение, предпочтительно в виде человекоподобных роботов. Что касается петель, то они вызывают в воображении мысленную симуляцию этой модели мира, позволяя агенту запускать симуляции возможного будущего, чтобы агент мог выбрать путь, который, по его мнению, наиболее соответствует его долгосрочным целям. Таким образом, глобальное рабочее пространство связано с более высоким уровнем контроля, дающим системе новые свободы, позволяющие ей по-настоящему выбирать свою судьбу. Эта способность и есть то, что мы имеем в виду, когда говорим о свободе воли.

Устранение путаницы в отношении свободы воли

Если свобода воли реальна, но ограничена, то насколько мы свободны? Знаменитые эксперименты, направленные на изучение свободы воли человека, которые проводил в начале восьмидесятых годов американский нейробиолог Бенджамин Либет, предполагают, что некоторые решения, которые, как нам кажется, мы принимаем сознательно, уже были приняты за нас. В этих исследованиях участников просили добровольно выбрать, когда сделать определенное движение, и отметить точный момент времени, в который, по их мнению, этот выбор был сделан. Мониторинг активности мозга, связанной с этой реакцией, показал, что ощущению принятия добровольного решения всегда предшествует всплеск мозговой активности – потенциал готовности, который позволяет спрогнозировать, когда будет сделано движение. Итак, складывается впечатление, что еще до того, как мы приняли решение, мозг уже все решил за нас! Это говорит о том, что большую часть времени мы на самом деле не обладаем сознательным контролем над своим поведением – мы подобны людям на аттракционе в парке развлечений, которые не прочь прокатиться, но не могут им управлять.

Эти результаты обычно неверно истолковывались в том духе, что нейробиология якобы опровергла свободу воли. Во-первых, следует заметить, что даже если решение о движении принимается бессознательно, оно может быть остановлено или изменено сознательным разумом, который осуществляет контроль над запрограммированным поведением. В статье 1999 года под названием «Есть ли у нас свобода воли?», опубликованной в Journal of Consciousness Studies, Либет писал: «Следовательно, волевой процесс инициируется бессознательно. Но сознательная функция все же может контролировать результат – она может запретить действие. Таким образом, свобода воли не исключается. Эти выводы накладывают ограничения на представления о том, как может действовать свобода воли; она не инициирует произвольное действие, но может контролировать его выполнение».

Эти выводы согласуются с нашей моделью разума как многоуровневого регулятора. Если бы вы были способны делать только то, что запрограммировано старыми и более примитивными сетями в мозге, то о большой свободе говорить бы не пришлось, ведь тогда ваше поведение мало отличалось бы от поведения бактерии, неизменно осуществляющей хемотаксис. Причинный агент становится «свободным» от заранее запрограммированного плана, когда в его когнитивном механизме появляется более высокий уровень кибернетического контроля, позволяющий системе анализировать собственные действия.

Сознательная каузация в этом случае означает способность преодолевать автоматическое поведение, запрограммированное генетически, а также усвоенное в результате прожитого опыта и закодированное как процедурная память. Большинство наших действий и решений не требуют сознательного обдумывания, так что на самом деле, говоря о свободе воли, мы имеем в виду движение, вызываемое размышлением и рефлексией.

Более того, исследование, проведенное Кристофом Кохом и его коллегами в 2019 году, показало, что, когда эксперименты Либета содержат важные решения, а не произвольные (как, например, когда именно сделать бессмысленное движение), потенциал готовности исчезает. В то время как произвольные решения бесцельны, неразумны и не имеют последствий, преднамеренные решения могут иметь значительные практические или моральные последствия ³. В аннотации к статье говорится:

Мы непосредственно сравнили преднамеренное и произвольное принятие решений во время задания сделать пожертвование в размере 1 000 долларов той или иной некоммерческой организации. Тогда как в случае произвольных решений наблюдались ожидаемые ПГ [потенциалы готовности. – Прим. пер.], они, что поразительно, отсутствовали в случае преднамеренных решений. Наши результаты и дрейфово-диффузионная модель согласуются с ПГ, представляющими собой накопление шумных, случайных флуктуаций, которые приводят к произвольным – но не преднамеренным – решениям. Они также указывают на различные нейронные механизмы, лежащие в основе преднамеренных и произвольных решений, ставя под сомнение обобщаемость исследований, в которых утверждается, что сознание не играет причинной роли в принятии решений в реальной жизни.

Кох, нейроученый и физик по образованию, ясно дал понять в интервью, которое он дал в 2018 году исследователю искусственного интеллекта из Массачусетского технологического института и ведущему подкаста Лексу Фридману, что, по его мнению, выбор, основанный на сознательном размышлении, является демонстрацией свободной воли:

Были проведены сотни экспериментов, показывающих, как на нас можно влиять. Но в момент итогового анализа, когда вы принимаете жизненное решение (я говорю о важных решениях), когда вы действительно размышляете: следует ли мне жениться, следует ли мне пойти в ту или иную школу, следует ли мне устроиться на ту или иную работу, следует ли мне укрывать доходы от налогов или нет – тогда, я полагаю, вы максимально свободны. Когда вы направляете всю свою сознательную сущность на решение вопроса и стараетесь проанализировать его с учетом всех многообразных условий, тогда вы делаете выбор, тогда вы настолько свободны, насколько это вообще возможно.

Итак, похоже, что, хотя сознание не обязательно означает, что агент обладает свободой воли, именно оно делает свободу воли возможной. Агент свободен, когда у него есть способность сознательно и намеренно контролировать свои будущие действия. Если конкретнее, свобода воли – это когда агент может осуществлять контроль над запрограммированным поведением, которое высокоуровневый регулятор (сознательный разум, контролирующий действия организма) определяет как неадаптивное или неоптимальное. Неоптимальным поведением будет любое поведение, признанное несовместимым с долгосрочными целями агента. Рассмотрим пару примеров, иллюстрирующих разницу между поведением инстинктивным или рефлекторным и поведением регулируемым или контролируемым.

Если вы пойдете по рынку, умирая с голоду из-за того, что пропустили обед, вам, возможно, захочется схватить восхитительно пахнущий кебаб из фургона и вонзить в него зубы, но, как цивилизованный человек, вы не сделаете этого, если у вас нет денег, чтобы заплатить за него. Однако если бы мы при помощи машины времени привезли на Таймс-сквер пещерного человека, то ему, вероятно, было бы очень трудно удержать руки от еды, а если бы он оказался в «квартале красных фонарей», то и от кое-чего другого. Быть цивилизованным – значит перерасти свой примитивный мозг и рефлекторное поведение, которые сами по себе обычно не обеспечивают оптимальных действий человека с точки зрения современного общества. Это требует дополнительного уровня контроля, который обеспечивается глобальным рабочим пространством префронтальной коры.

Взглянув на весь спектр различных типов человеческого поведения, мы увидим, что свободой воли мы обладаем лишь при условии нормального исполнительного функционирования и активности лобных долей, и данный факт имеет первостепенное значение для системы правосудия. Если же эта активность нарушается, высокоуровневое регулирование исчезает, а вместе с ним и свобода воли. Когда это происходит, агент буквально начинает терять контроль над своими моделями поведения или вообще не управляет ими, что мы ясно видим при зависимости. В сущности, зависимые люди, которые не могут преодолеть свою пагубную привычку, застряли в нездоровом поведенческом аттракторе, от которого они не могут освободиться. Так, литература по нейровизуализации показывает, что кокаиновая зависимость ослабляет нейронные сети в лобной доле мозга, связанные с когнитивным контролем и самоконтролем. В результате наркоманы становятся менее свободными и более зависимыми от своей лимбической системы. С другой стороны, исследования показывают, что медитация и когнитивные тренинги могут усилить активность в нейронных сетях лобной доли, связанных с самоконтролем, который, по-видимому, можно укреплять, словно мышцу.

Известно также, что люди теряют свободу воли при психических расстройствах, когда нарушается активность лобных долей. Есть отчеты врачей о том, как шизофреники описывают ощущение, что ими движут неподвластные им силы. Предположительно, это ощущение возникает, когда нейронные механизмы, лежащие в основе когнитивного контроля, распадаются, оставляя нас наедине с древними структурами мозга, выполняющими встроенные программы. В отсутствие высокоуровневого регулятора, контролирующего действия, мы вновь получаем поведение, которое не отвечает наилучшим интересам агента и не согласуется с его долгосрочными целями. Исследования с использованием томографии головного мозга показывают, что шизофрения связана с изменениями в префронтальной нейронной сети, которые негативно влияют на высшие когнитивные функции, такие как рабочая память и внимание.

Я полагаю, что некоторые такие нарушения могут объяснить переживания людей со странным психическим расстройством, известным как синдром Котара. Те несчастные, что страдают от бреда Котара, верят, что они мертвы, и во многих случаях умирают от голода, потому что «мертвым не нужно есть». Неудивительно, что визуализация мозга таких пациентов показывает нарушение активности лобных долей, особенно в областях, связанных с когнитивным контролем. Возможно, ощущение собственной смерти возникает, когда человек чувствует, что он утратил агентность или причинную силу, а это приводит его к выводу, что он призрак.

Удивительная сочетаемость судьбы и свободы воли

Теперь мы видим, почему для сознания требуется не только интегрированная информация. Разумная система должна иметь целостную модель мира, выстроенную в результате взаимодействия с ней, и эта модель мира должна включать модель системы, осуществляющей моделирование. Восхитительно зацикленное евангелие множественной реализуемости говорит нам, что интеллект – это нечто большее, чем широта ментального репертуара агента, измеряемая показателем фи Тонони. Уровни осознания, по-видимому, имеют решающее значение для высокоуровневого интеллекта и причинной силы космического масштаба. Если это так, то исследователям искусственного интеллекта следует уделять больше внимания иерархической модульной архитектуре мозга и самомоделированию, которое он осуществляет для появления осознанных мыслей, таких как те, что способны придать смысл истинным, но недоказуемым утверждениям Гёделя. Это может привести к появлению сознательных машин, которые думают, чувствуют и любят. Остается открытым вопрос о том, понадобится ли таким машинам биологическое ядро.

Саймон Дедео, специалист по сложным системам из Университета Карнеги – Меллона и Института Санта-Фе, недавно обратился к тем, кто работает в области машинного обучения: «В физике большой прогресс был достигнут благодаря серьезному отношению к теории относительности. Нам следует ожидать чего-то подобного и здесь: проект общего искусственного интеллекта может потребовать от нас серьезного отношения к относительности, подразумеваемой самореференцией»⁴.

Итак, какого прогресса мы достигли в понимании проблемы психофизики? Для решения этой философской головоломки необходимо признание того, что информация физична, пусть даже в прошлом ее наивно классифицировали как нефизическую, что создавало непреодолимый парадокс. Информация, включая информацию, которой манипулирует человеческий разум, всегда закодирована в материальном субстрате и не может существовать отдельно от него. Это не должно казаться нам более загадочным, чем тот факт, что программное обеспечение не может существовать в каком-либо значимом смысле без аппаратных средств его выполнения. При этом, подобно тому, как компьютеры, работающие под управлением программного обеспечения, создают цифровые симуляции, имеющие собственную реальность в виртуальном пространстве, мозг, работающий под управлением «сознательного обеспечения» («mindware») создает ментальные симуляции, имеющие собственную имманентную реальность. Разум несводим к мозгу, но и неотделим от него. Правильнее было бы сказать, что разум – это эмерджентное свойство систем, настроенных на обработку и интеграцию информации.

Если говорить о природе, то существуют просто механический уровень, вычислительный уровень, а при определенных типах вычислений – также эмпирический или феноменологический уровни, соответствующие одной и той же физической реальности и имеющие одинаково обоснованный онтологический статус. Другими словами, все они представляют свойства, которые одинаково реальны. Здесь нужно уточнить, что все эмпирические (психологические) процессы также являются вычислительными и механическими, но не все механические или вычислительные процессы продуцируют опыт. Разум не новая форма материи, а фаза обычной материи, открываемая, когда биологический механизм находит особую конфигурацию, а именно такую, которая кодирует модель самой себя. Но пусть эти разноуровневые описания не сбивают вас с толку. Все эти сосуществующие свойства являются результатом одного естественного процесса. В природе просто есть уровни, возникающие в процессе эволюции, причем не одним способом: это и физические уровни, которые создают наблюдаемую иерархию вложенных кибернетических систем, достигающей своей кульминации в планетарном масштабе в биосфере с глобальным мозгом, и более абстрактные уровни, соответствующие тем свойствам, которые невозможно охватить математическим описанием. Опыт требует качественного описания в дополнение к вычислительным процессам. Слова – это символы, отражающие феноменологические явления: то, что мы испытываем, но не можем свести к числам, не потеряв сути того, что пытаемся описать, например ощущения, впечатления и эмоции.

Эта история не заканчивается на уровне агентности, связанном с самосознанием и свободой воли, которые теперь понимаются как сознательный когнитивный контроль. Более высокий уровень самомоделирования, также обусловленный префронтальной корой, позволяет людям моделировать самих себя в бесконечном разнообразии сценариев. Вместе с достаточно сложным глобальным рабочим пространством приходит сила воображения, позволяющая нам играть с ментальной моделью мира, которую эволюция и адаптивное обучение создали в наших мозгах. Мы можем мысленно путешествовать во времени, и это позволяет нам заглядывать в будущее. Именно способность видеть экзистенциальные вызовы, с которыми мы столкнемся через десятилетия, побуждает человеческую цивилизацию изобретать технологии, необходимые для предотвращения неизбежной в противном случае катастрофы, – технологии, распространяющие адаптивную сложность на другие планеты.

Таким образом, продолжение космической эволюции в направлении увеличения сложности и накопления знаний принципиально зависит от разумных агентов, которые могут и будут проявлять свободу воли. Эта способность моделировать альтернативные сценарии освещает причинный путь, согласующийся с продолжением существования жизни во Вселенной. Используя сознание, чтобы вообразить будущее, подразумеваемое бесконечным эволюционным процессом, мы можем увидеть, что рекурсивная самоорганизация при помощи интеллекта будет постоянно добавлять новые уровни к разрастающейся иерархии жизни и разума, создавая метасистемы со все большими вычислительной сложностью, причинной силой и богатством самореференции. Это налагает на нас моральное обязательство как на разумных граждан космоса.

В модели реальности, предлагаемой поэтическим метанатурализмом, есть место и для судьбы, и для свободы воли. Так как будущее не определено в строгом смысле, который имел в виду Лаплас, парадокса нет. Как личности, мы действительно свободны выбирать свой будущий путь, но поскольку стремление выживать заложено в нас самой нашей природой, наши действия не случайны; они направлены к цели, которую мы все разделяем как живые агенты. Эта общая цель – избегание равновесия – гармонизирует нашу коллективную деятельность, и поскольку человеческая цивилизация учится на собственных ошибках, прогресс становится неизбежным.

Космическая эволюция неумолимо порождает все более надежные и мощные многоуровневые кибернетические системы управления, и поэтому возникновение и экспансия разума в космосе предопределены, но в совершенно природном смысле этого слова, как утверждали Кристиан де Дюв, Фримен Дайсон, Гарольд Моровиц, Рэй Курцвейл, Кристоф Кох и другие видные деятели науки. Свобода сосредоточена на уровне агентов, осуществляющих сознательный каузальный контроль, а не на уровне совокупного поведения человечества, которое становится все более стабильным и интегрированным аттрактором по мере накопления знаний в культурной памяти.

Наша объединяющая теория реальности заставила нас немного попетлять, но при этом мы добились прогресса в понимании происхождения, эволюции и предназначения жизни. Теперь мы готовы спросить, каков следующий этап грандиозного и величественного процесса космической самоорганизации.

Я полагаю, что в человеческом обществе возникнет нечто новое, что откроет нам немыслимые прежде возможности в науке и искусстве. Это возникновение требует наших усилий и чего-то духовного, выходящего за пределы разума. Произойдет новое возникновение, и мы сыграем свою роль в том, каким оно будет. Такова наша судьба.

Гарольд Моровиц, Возникновение всего

Мы приближаемся к концу нашего путешествия, и сейчас самое время быстро освежить в памяти все, что мы узнали. Интегрированный эволюционный синтез в роли нашей объединяющей теории реальности основан на концепции эволюционной эпистемологии – универсального дарвинизма – универсального байесианства, которую мы подробно рассмотрели во второй части книги. Это слишком длинное название просто разъясняет, что все три парадигмы являются взаимодополняющими точками зрения, соответствующими одной и той же космической истории.

Универсальный дарвинизм подчеркивает, что Вселенная развивается на всех уровнях как в результате конкурентной эволюции, так и в результате самоорганизации, представляющей собой совместную эволюцию между агентами, образовавшими коллективное целое. Эволюционная эпистемология подчеркивает, что эволюционный процесс – это способ решения проблем, генерирующий знания. Универсальное байесианство – это байесовское уточнение первых двух парадигм. В нем подчеркивается, что знания, закодированные в биологических системах, хранятся в модели мира. Эта модель есть внутреннее представление и статистическое отображение среды, которое обновляется посредством адаптации и адаптивного обучения.

Мы объяснили, как сознательный разум, обладающий способностью воспринимать мир и чувствовать его, возникает из групп нейронов, обрабатывающих и интегрирующих информацию. Единое поле субъективного опыта требует, чтобы адаптивная система имела достаточно богатую внутреннюю модель мира, которая должна включать не только биологически значимые переменные в окружающей среде, но также и агента, осуществляющего моделирование. «Я», то есть наблюдатель, появляется в результате самореферентного акта самомоделирования. Благодаря идее встроенной модели мира объединяющая теория реальности наводит мост между материей, разумом и космосом. Возникновение иерархии в ходе рекурсивной самоорганизации неумолимо создает сложность и знания, порождающие наблюдателя – наблюдателя, который появляется именно тогда, когда система начинает моделировать саму себя.

Мы объяснили механизмы в основе агентности и свободы воли и то, как сложные адаптивные системы могут влиять на окружающий их физический мир своими преднамеренными действиями, и все это в полном соответствии с законами природы и логикой причинности. Кроме того, мы узнали, что рассмотрение феномена сознания в контексте космической эволюции способно помочь объяснить его таинственную природу. Разум – это не причуда судьбы, а модальность, посредством которой пробуждается космос. Разум – это то, что позволяет материи воспринимать бытие.

Наконец, что не менее важно, у нас есть поэтический метанатурализм, естественная философия реальности, основанная на евангелии множественной реализуемости, которая гласит, что Вселенная организует себя при помощи петель и уровней. Множественная реализуемость означает, что смысл можно найти в метафоре, поскольку метафора раскрывает независимый от субстрата паттерн, реализуемый в разных масштабах. Поскольку сложные адаптивные системы в разных масштабах имеют схожую динамику и эволюционируют в результате сходных циклов развития, знание об одном уровне может служить моделью явлений на других уровнях. Например, мы лучше понимаем, что такое общество, или социальный организм, с точки зрения его динамики и того, как оно эволюционирует, когда видим, насколько оно похоже на биологический организм. Аналогично мы получаем лучшее представление об экосистеме, наблюдая в ней свойства химического автокаталитического набора. В утверждении «нет ничего нового под Солнцем» есть доля истины, ведь каждый новый эмерджентный уровень «рифмуется» с предыдущим. Но поскольку рекурсивная самоорганизация и многоуровневая эмерджентность всегда привносят в мир новые паттерны и свойства, мы обнаруживаем, что «история не повторяется, она рифмуется»[18]. Это делает будущее отчасти предсказуемым. Мы не можем точно предвидеть поведение отдельного человека, но можем разработать, выражаясь словами Айзека Азимова, «социальную статистическую механику», чтобы понять, как люди ведут себя в совокупности.

По мере продолжения нашего космического путешествия история будет ускоряться, поскольку это история космической эволюции, а скорость эволюции всегда увеличивается. Так что же именно эта парадигма предсказывает относительно будущего человечества и всего космоса?

Глобальный разум просыпается

Важно понимать, что, как мы убедились в предыдущей главе, изучение сложной адаптивной системы на одном уровне может привести нас к выводам, которые помогут нам лучше понять функционально эквивалентные системы на других уровнях.

Теперь, когда мы чуть лучше разобрались в работе сознания, давайте вернемся к теме глобального мозга. Если всерьез отнестись к идее множественной реализуемости (независимости от субстрата), то нужно признать, что разум может быть реализован на разных носителях и в разных масштабах при условии, что соответствующие причинные и вычислительные механизмы дублируются в подобном мозгу аппаратном обеспечении. Если это правда, мы должны принять идею о том, что система обработки информации, такая как интернет, включающая в этом определении и людей, которых она соединяет, может обладать сознательными состояниями вроде тех, что генерируются биологической нервной системой. Вероятно, что, покуда информация интегрируется с помощью петель обратной связи, которые создают модель мира и «Я» – в данном случае «Я» как системы, являющейся глобальным мозгом, – будет возникать разум.

В настоящее время представляется крайне маловероятным, что интернет способен иметь субъективные переживания. Наш мозг формировался эволюцией на протяжении миллионов лет таким образом, что совершенствовал и расширял возможности по обработке информации и моделированию мира. Даже хотя глобальный мозг и не обладает самосознанием, коллективный разум определенно имеет место быть – человечество достаточно хорошо скоординировало свое поведение, чтобы заслужить такое определение. Я полагаю, настоящий вопрос заключается в следующем: может ли коллективный человеческий разум однажды «проснуться», породив целостный планетарный разум? И если да, то исчезнет ли наше индивидуальное сознание, когда мы встроимся в коллективное, или же будут существовать сознательные сущности внутри сознательных сущностей? Если так, то как именно будет распределяться контроль? Вот уж действительно романтические вопросы.

Нынешняя версия теории интегрированной информации гласит, что для возникновения глобального разума в человеческом коллективе объем информации, интегрируемой интернетом (что измеряется показателем фи), должен превышать объем информации, интегрируемой отдельными обрабатывающими элементами – в данном случае человеческими мозгами, играющими в глобальном мозге роль нейронов. Но когда это событие произойдет (нет причин считать, что в конечном итоге этого не случится), наши умы должны слиться в один загадочный и величественный разум, но лишь при условии, что мы останемся физически связанным целым. Об этой возможности писал Кристоф Кох:

Рассмотрим самый большой и сложный артефакт человечества – интернет. Он состоит из миллиардов компьютеров, соединенных между собой оптоволоконными и медными кабелями, которые позволяют быстро создавать специфические связи благодаря сверхбыстрым протоколам. Каждый из участвующих в этом процессоров, в свою очередь, состоит из нескольких миллиардов транзисторов. Во всем интернете насчитывается ориентировочно 10¹⁹ транзисторов, что примерно соответствует количеству синапсов в мозгах 10 000 человек. Таким образом, само количество компонентов превышает их количество в любом человеческом мозге. Вопрос о том, осознает ли интернет себя сегодня каким-либо образом, является чисто спекулятивным. Тем не менее гипотетически это, безусловно, возможно ¹.

Что говорит по этому поводу наша объединяющая теория реальности в контексте поэтического метанатурализма? Как в ней утверждается, мы не можем знать наверняка, что именно появится на этих более высоких уровнях, но нечто новое появится наверняка – в этом мы можем не сомневаться. Что возникнет после ментального уровня? Если прав основоположник теистического эволюционизма Пьер Тейяр де Шарден, то грядет появление ноосферы – глобального разума, что поднимет ментальный опыт людей до уровня, который не описать иначе как духовный.

Важно иметь в виду, что глобальный разум, если мы создадим его, правильно координируя свою деятельность, не является конечной целью эволюционного процесса; это только ступень на лестнице неограниченного роста сложности. Основные эволюционные переходы в биологии – всего лишь подмножество более крупной цепи космических метасистемных переходов, представляющих собой далекие от равновесия фазовые переходы, постоянно создающие новые уровни иерархического контроля. Дарвиновские процессы происходят и выше уровня биологической эволюции, двигая вперед культурную и технологическую эволюцию и делая самовоспроизводящуюся биосферу такой же неизбежной, какой было происхождение жизни в условиях наличия достаточного количества времени и эволюционных циклов. Когда разумная жизнь терраформирует новую планету, это будет репликация биосферы, а поскольку такая планета будет обладать свойствами, отличными от свойств исходной планеты, то это будет репликация с изменениями.

Петли + уровни = взлет

Через петли и уровни непрерывный научно-технический прогресс неумолимо приведет к экспансии жизни вовне – в космос. Если не произойдет какой-то катастрофы, которая уничтожит наш вид, то наши знания и технологический потенциал в конечном счете позволят человеческой расе преодолеть свои биологические ограничения. Постбиологические существа, способные рекурсивно улучшать свое строение, делая каждую свою итерацию более разумной и устойчивой, чем предыдущая, достигнут того, что Рэй Курцвейл в книге «Сингулярность уже близко» называет взрывом интеллекта. Эта метаэволюция, эволюция эволюционных механизмов, сделает распространение по галактике и за ее пределы достижимым для наших невообразимо технически продвинутых потомков, а также для любых постбиологических цивилизаций, возникших на других планетах. Возможно, лучше называть этих будущих агентов не постбиологическими, а гипербиологическими, поскольку преодоление человеческих ограничений не означает отказа от биологической структуры, которая, как мы знаем, во многих отношениях оптимизирована естественным отбором.

Согласно Курцвейлу, достаточно развитая цивилизация не только быстро размножилась бы и распространилась в космосе ввиду необходимости, но и преобразовывала бы материю и энергию в такие формы, которые позволяли бы ей удовлетворять свои метаболические и вычислительные потребности ради дальнейшего расширения. Интеграция «бездумной» материи в их вычислительную структуру наделила бы ее информационными паттернами, а вместе с этим интеллектом и сознанием.

Поскольку сложность и знания нарастают с ускорением, непрерывный технологический прогресс позволит жизни и сознанию распространяться по космосу со все большими темпами. Пока жизнь будет находить новые источники свободной энергии, этот процесс сможет продолжаться. Если наша объединяющая теория реальности верна, делать это будет трудно, а кроме того, для преодоления жизнью этих экзистенциальных вызовов потребуются абсолютно все усилия. Нам всегда будет казаться, что мы на грани катастрофы, но поскольку проблемы порождают прогресс, космическая эволюция продолжается вместе с распространением адаптивной сложности.

Например, тот факт, что наше Солнце взорвется через несколько миллиардов лет, висит дамокловым мечом над всей разумной жизнью на Земле. Второй закон термодинамики и срок жизни звезд играют роль таймера в этой игре. Чтобы сохраняться, жизнь должна развиваться нарастающими темпами, но она и будет это делать, потому что постоянно адаптируется и моделирует окружающий мир со все большей детализацией и точностью. Поскольку знания накапливаются, жизнь учится управлять космосом для собственной пользы.

В статье, опубликованной в 1960 году, выдающийся физик Фримен Дайсон популяризировал научно-фантастическую концепцию, которая стала известна как сфера Дайсона. Это структура, построенная вокруг звезды, которая позволила бы разумной цивилизации удовлетворять свои энергетические потребности после исчерпания ресурсов планеты. Поскольку в каждой галактике от миллиардов до триллионов звезд, а в наблюдаемой Вселенной более ста миллиардов галактик, в небе имеется множество источников, из которых разумная жизнь может черпать энергию. До того момента, как Солнце погаснет, пройдет по меньшей мере пять миллиардов лет, поэтому у людей вполне достаточно времени, чтобы эволюционировать в сверхразумных постбиологических существ, способных рекурсивно совершенствоваться, преодолевая смертность и все ее ограничения. Этот новый космический нарратив заставляет нас прийти к выводу, что жизнь – не просто ничтожная «химическая грязь», как пренебрежительно выразился Стивен Хокинг в «Краткой истории времени». Благодаря дарвиновской эволюции и генерируемым в результате нее знаниям жизнь становится все более искусной в манипулировании материей и энергией таким образом, который в конечном итоге позволит ей влиять на развитие космических событий.

Если это действительно неизбежная судьба космоса и предназначение разумной жизни, то главный вопрос в том, как долго это может продолжаться? Какова конечная судьба жизни во Вселенной? Теперь мы исследуем пределы вычислений и зададимся вопросом: «Могут ли обработка информации и сознание продолжаться вечно?»

Счастливый конец означает, что конца нет вообще

Хотя сегодня обычно предполагается, что вся жизнь в космосе закончится неизбежной тепловой смертью или Большим замерзанием вследствие постоянного расширения все более энтропийной Вселенной, некоторые из самых уважаемых ученых мира не считают, что это обязательно так. Различные космические модели, выдвинутые авторитетными физиками-теоретиками, такими как Дэвид Дойч, Сет Ллойд, Ли Смолин, Пол Дэвис, Фримен Дайсон, Джулиан Барбур, Джордж Эллис, Джон Барроу и Кэтрин Фриз, описывают, как судьба разумной жизни может оказаться более удачной, чем принято считать. Может ли самосознающая система с почти неограниченными возможностями обработки информации создать бесконечное состояние субъективного опыта, длящееся вечно? Надо признать, что любой ответ на этот вопрос будет чисто умозрительным, поскольку все наши теории о конечной судьбе Вселенной находятся в стадии разработки. Однако эти гипотезы являются нашими лучшими научно обоснованными предположениями, учитывая имеющиеся доказательства.

Сет Ллойд, автор книги «Программируя Вселенную», считает, что возрастающая сложность заложена в самих законах природы, и хотя это утверждение кажется безобидным, оно имеет грандиозные последствия. Поскольку Эйнштейн доказал, что материя и энергия взаимозаменяемы, Ллойд объясняет в своей книге, как разумная жизнь могла бы собрать всю материю, доступную в расширяющейся Вселенной, для поддержания своего существования:

Через триллионы лет звезды сожгут все свои запасы ядерного топлива. В это время наши потомки, если они все еще будут жить, смогут накапливать энергию, собирая вещество и превращая его в полезную энергию. Этот сценарий подробно проанализировал Стивен Фраучи из Калифорнийского технологического института. Максимальное количество свободной энергии, которую можно извлечь, есть E = mc², где m – масса собранной материи[19].

В книге Ллойда обсуждается множество сценариев, в которых жизнь в космосе могла бы иметь счастливый конец, что означало бы отсутствие конца в принципе:

Собирая мусор все дальше и дальше от дома, наши потомки будут получать все больше материи и извлекать из нее энергию. Какая-то часть этой энергии неизбежно будет потрачена впустую или потеряна при передаче. Некоторые космологические модели позволяют продолжать сбор энергии до бесконечности, другие – нет. <…> Более бережливая стратегия вечной жизни состоит в том, чтобы научиться обходиться конечным количеством энергии, как предложил Фримен Дайсон из Института перспективных исследований[20].

В знаковой статье для журнала Reviews of Modern Physics Дайсон объяснил, как разумная жизнь в расширяющейся Вселенной может выполнять бесконечное количество вычислительных операций при ограниченном количестве энергии, а физики Дэвид Дойч и Фрэнк Типлер доказали то же самое для замкнутой модели Вселенной. Это означает, что даже во Вселенной, которая в конечном итоге заканчивается тепловой смертью или Большим сжатием (первое представляется гораздо более вероятным), бесконечное субъективное существование жизни все же возможно при соблюдении определенных условий.

Ускоряющееся расширение Вселенной, казалось бы, превращает выполнение этих условий в сизифов труд, как считает физик Лоуренс Краусс. Но в статье астрофизиков Кэтрин Фриз и Уильяма Кинни, опубликованной в журнале Physics Letters B под названием «Конечная судьба жизни в ускоряющейся Вселенной», утверждается, что если скорость расширения начнет замедляться, то количество энергии в пределах горизонта будет продолжать увеличиваться без ограничения по времени. Излишне говорить, что бесконечный запас свободной энергии – это хорошая новость для жизни.

Некоторые физики говорят о том, что темная энергия может кардинально поменять правила игры. В получившей высокую оценку критиков книге «Начало бесконечности» Дойч пишет:

В зависимости от того, чем окажется темная энергия, вполне вероятно, что мы сможем в далеком будущем овладеть ею как источником энергии, который позволит создавать знания вечно. Из-за того, что эту энергию придется собирать на все больших расстояниях, вычисления будут становиться все медленнее. <…> Обитатели Вселенной не заметят никакого замедления, потому что, опять же, они будут воплощены как компьютерные программы, общее число шагов которых будет неограниченным[21].

Дойч вполне определенно говорит о потенциально бесконечной природе эволюции: «Этот процесс может никогда не закончиться. Нет никаких внутренних ограничений для роста знаний и прогресса».

Кауфман выдвинул аналогичный аргумент в книге 2016 года «Человечество в созидательной Вселенной»:

Второй закон термодинамики гласит, что свободная энергия иссякает. Но теперь мы знаем, что расширение Вселенной ускоряется из-за таинственной темной энергии, на которую приходится около 70 процентов всей энергии во Вселенной. Следствием этого ускоряющегося расширения является то, что нам не нужно беспокоиться о наличии свободной энергии. По мере того как Вселенная становится больше, ее максимальная энтропия нарастает быстрее, чем потеря свободной энергии в соответствии со вторым законом, поэтому свободной энергии всегда более чем достаточно для выполнения работы.

Достижение максимального уровня сложности

А возможен ли сценарий еще более фантастичный, чем просто вечная жизнь, например некая грандиозная кульминация всеобщей самоорганизации? Некоторые полагают, что космическая эволюция (которая вроде бы примерно отражает процесс биологического развития) неизбежно должна привести к возникновению максимально сложного, максимально интегрированного, максимально осознанного состояния космоса. Другими словами, великого космического разума на исходе времени, настолько мощного в вычислительном отношении и способного генерировать новые реальности и переживания, что функционально неотличимо от понятия бога. Это был бы самый могущественный бог, какого только можно вообразить. Конечная «точка Омега», если использовать термин Тейяра де Шардена, – система, достигшая целевого состояния максимальной сложности.

Физик Пол Дэвис пишет: «Многие ученые высказываются в том духе, что по мере протяжения линии времени к бесконечности формирующийся сверхразум будет становиться все более и более богоподобным, поэтому на заключительной стадии сверхразум сольется со Вселенной: разум и космос станут единым целым».

К этому он добавляет: «Тогда сам характер Вселенной, включая возникновение ее законов и природу ее состояний, становится неразрывно связанным с ее мировосприятием – с ее осознанностью»².

В соответствии с этой грандиозной картиной речь идет не только о том, что жизнь может потенциально продолжаться вечно; в борьбе за это она неизбежно эволюционирует в бога, а если мы называем это как-то иначе, то мы просто играем в семантические игры.

Хотя идея зарождающегося сверхинтеллекта, простирающегося в бесконечность, увлекательна и полна философских подтекстов, ее не стоит рассматривать, если она невозможна. Является ли такое состояние достижимым и устойчивым?

По мнению физика Шона Кэрролла, пользующегося доверием среди атеистов и скептиков, нет никаких фундаментальных оснований считать, что космическая эволюция конечна. «Если существует состояние максимальной энтропии (теплового равновесия) и Вселенная вечна, – пишет Кэрролл в своем популярном блоге Preposterous Universe, – трудно понять, почему мы не находимся в таком равновесном состоянии, которое было бы статичным, а не постоянно эволюционирующим. Вот почему лично я считаю, что такого состояния равновесия не существует и что Вселенная эволюционирует, потому что она всегда может эволюционировать».

Выдающийся космолог Ли Смолин подозревает, что Вселенная сама по себе является самоорганизующейся системой. В книге 1997 года «Жизнь космоса» он пишет:

То, что мы знаем о космологии, позволяет нам рассматривать Вселенную в целом как самоорганизующуюся систему… Очевидно, что если естественным состоянием материи является хаос, то для объяснения порядка и красоты мира необходим внешний разум. Но если жизнь, порядок и структура являются естественным состоянием самого космоса, тогда наше существование, даже наш дух, могут наконец быть осознаны как нечто, созданное естественным путем – самим миром, а не сверхъестественным образом и не в противовес ему.

На данный момент нам приходится лишь гадать, какой окончательный сценарий является правильным или наиболее вероятным. Однако мы можем с уверенностью сказать, что космос постепенно пробуждается к жизни; он делает это неумолимо, и пока неясно, должен ли этот процесс когда-нибудь закончиться.

Естественное мировоззрение для духовных и светских обществ

Естественная эволюция Вселенной ко все более сложному и сознательному состоянию показывает, что, вопреки прошлому научному консенсусу, мы действительно живем во Вселенной, прогрессирующей к совершенно особому виду состояния, которое уместно назвать целью системы. Хотя конечной цели, возможно, и нет, а вместо нее есть бесконечная череда укрупняющихся аттракторов, все же существует предсказуемая траектория к более высокой сложности. Это не означает, что Вселенная имела сознательное намерение до появления разумных агентов, поскольку это не так – агентность, намерение и цель возникли в процессе эволюции. Однако возникли они с неизбежностью, как следствие «космического кода».

Цель Вселенной во многом такая же, как у желудя, стремящегося стать деревом, или у эмбриона, развивающегося во взрослую особь. Конечно, эти аналогии не идеальны, но фундаментальные законы и константы физики играют функциональную роль генетической программы, направляющей развитие. Целеориентированная Вселенная, такая как Вселенная, становящаяся все более разумной и самосознающей, описывается в философских терминах как телеологическая. У космоса, безусловно, есть «телос»[22], и если мы будем игнорировать это, то лишим себя парадигмы, обладающей непревзойденной прогностической и объяснительной силой и позволившей Тейяру де Шардену предсказать появление интернета еще до изобретения компьютера.

Космическая телеология – это мировоззрение, признающее целенаправленную природу нашей Вселенной, динамической системы, которая становится все более сложной и разумной с течением времени и по мере развития естественных процессов. Космическая телеология, представленная в этой книге, является полностью естественной телеологией, а именно эволюционно-вычислительной телеологией, которая полностью совместима с законами физики, и строгой научной теорией, поскольку она может быть описана в количественных терминах и дает проверяемые предсказания.

Поскольку в прошлом слово «телеология» иногда ассоциировалось с религиозной верой в сверхъестественную или мистическую силу, которая направляет эволюцию к прогрессу, этот ярлык, несомненно, беспокоит некоторых скептиков и атеистов, испытывающих отвращение к религии. Однако это не должно мешать нам использовать наиболее подходящую и узнаваемую терминологию. Стоит повторить, что описываемый здесь процесс космической самоорганизации полностью механистичен – как своего рода слепое движение на ощупь ко все более сложному состоянию, обусловленное тенденцией Вселенной к обработке информации и накоплению знаний в архитектуре адаптивной сложности. Она не направляется внешней силой или метафизической сущностью; функциональная организация порождается изнутри физическими законами и эволюционной динамикой, обусловленными теми ограничениями, которые эти законы накладывают на движущуюся материю.

Американский философ Томас Нагель недвусмысленно поддержал естественную телеологию в своей противоречивой книге 2012 года «Разум и космос», и его смелость весьма похвальна. Однако Нагель совершил роковую ошибку, предположив, что нам нужны «нефизические законы» для объяснения этого аспекта мира, за что и был раскритикован рядом выдающихся ученых и рецензентов. Использовав парадоксальный термин, Нагель сделал свою позицию уязвимой: если такие нефизические законы существуют, то после их признания они просто натурализуются и добавляются в список явлений, которые мы считаем реальными и физическими. Например, информация обычно описывалась как нефизическое явление, пока мы, наконец, не поняли, что такое информация и как она кодируется. Тогда мы убедились, что она тоже имеет физическую природу. Таким образом, вместо того чтобы классифицировать эти эмерджентные «законы жизни» как нефизические, уместнее называть их новыми законами физики, как предложил Шрёдингер в книге «Что такое жизнь?». Это законы и принципы неравновесной термодинамики, кибернетики, эволюционной теории, теории вычислений и теории динамических систем.

Поэтический метанатурализм решает эту проблему, признавая, что со временем представления о естественном меняются, по мере возникновения новых явлений, таких как жизнь, разум и технологии, и по мере того, как мы формализуем эти явления с помощью математики и вычислительных моделей. Поскольку наши модели реальности всегда будут страдать от некоторой неопределенности и неполноты, грань между физическим и метафизическим никогда не будет абсолютно четкой. Возможно, что сегодняшняя метафизика – это завтрашняя физика. Например, согласно традиционным научным стандартам, концепцию мультивселенной следует считать метафизической идеей, поскольку это непроверяемая теория, во всяком случае, на данный момент.

Это нарушает требование Поппера о том, что научная теория должна быть фальсифицируемой. Тем не менее многие ведущие физики современности считают, что мультивселенная существует, несмотря на отсутствие эмпирических доказательств. Исключением является радикальная редукционистка Сабина Хоссенфельдер, которая даже сравнивает веру в мультивселенную с религиозной верой. Вскоре мы вернемся к этой теме. Суть в том, что по мере нашего понимания мира и начала формализации нами сложных явлений, когда-то казавшихся неподвластными науке, сфера физического и естественного будет расширяться, причем бесконечно, благодаря появлению новых феноменов с новыми видами свойств. Она также может расшириться, если мы обнаружим, что реальность больше и сложнее, чем мы изначально предполагали.

Современная космическая телеология – вычислительная или дарвиновская телеология – устраняет все разрывы в объяснениях в эволюционной истории, опровергая утверждение креационистов о несократимой сложности и, в свою очередь, забивая гвоздь в крышку гроба любых теорий разумного замысла, которые объясняют происхождение жизни чем-либо сверхъестественным. Но сведение телеологического развития космоса к ряду естественных механизмов не объясняет загадку того, почему мы находимся в самоорганизующемся мире, который становится все более самосознающим и вычислительно мощным благодаря череде неизбежных событий. У нас больше нет несократимой сложности в креационистском смысле, но у нас есть несократимые эмерджентные явления, такие как жизнь и сознание, которые нельзя объяснить путем редукции – то есть в терминах атомов, следующих по фиксированным траекториям, – не потеряв при таком объяснении чего-то важного.

Итак, мы смогли объяснить неизбежное возникновение жизни и прогрессивную эволюцию в направлении более высокой сложности научно, без упоминания чего-либо сверхъестественного, но теперь мы имеем своего рода космическую программу, которой нужно дать обоснование. В данном случае «расплетение радуги» лишь делает ее более загадочной и более романтичной. Отвечая на вековые экзистенциальные вопросы («как мы сюда попали?» и «куда мы идем?»), этот новый космический нарратив ставит перед нами другие вопросы, требующие долгих размышлений и обсуждений.

Например, если наша Вселенная окажется лишь одной из многих, будут ли другие вселенные иметь тенденцию к увеличению сложности и знаний, или же наша Вселенная уникальна? Подразумевает ли самоорганизующаяся вселенная, что мы живем в симуляции или чем-то ей подобном? Если да, то означает ли это, что существовал руководствовавшийся целью агент или коллектив агентов, которые разработали аппаратное и программное обеспечение системы – другими словами, установили законы, фундаментальные постоянные и начальные условия, – а затем позволили системе развиваться в соответствии со своей внутренней динамикой?

Граница между теорией симуляции и механистической теорией разумного замысла (жизнь порождается внутренними законами, которые представляются тонко настроенными) едва различима, если она вообще существует. Если мы способны создавать симулируемых агентов в симулируемых мирах, как можно доказать, что мы сами не являемся такими созданиями? Может ли конечное состояние Вселенной, которое описал Пол Дэвис, выполнять некую функцию в более всеобъемлющей «базовой реальности»? Хотя подобные размышления пока еще относятся исключительно к области философии, ясно, что наука показывает нам Вселенную, которая является рациональной, постижимой и самореализующейся.

Давайте рассмотрим эту идею немного подробнее, поскольку для многих это важнейший вопрос нового космического нарратива. Почему Вселенная, как это видится, тонко настроена для возникновения разумной жизни?

Проблема тонкой настройки

Чтобы понять, почему такая изначально метафизическая теория, как теория мультивселенной, была принята основными направлениями физики, нам нужен заключительный краткий урок истории. Открытие так называемой тонкой настройки физических постоянных, сделанное физиками-теоретиками в 1970-х годах, создало проблему для атеизма, которую некоторые ученые отчаянно стремились решить. Космологи, в частности сэр Мартин Рис и Пол Дэвис, объяснили, что если бы значение той или иной константы нашей Вселенной, например гравитационной постоянной, постоянной Планка или скорости света, было бы несколько иным, то невозможной была бы не просто жизнь во Вселенной, но даже, скорее всего, звезды, планеты и физические объекты. Стивен Хокинг писал: «Законы науки в том виде, в котором мы их знаем сейчас, содержат много фундаментальных величин, таких как заряд электрона и отношение массы протона к массе электрона. <…> Удивительно, что значения таких величин были, по-видимому, очень точно подобраны, чтобы обеспечить возможность развития жизни»³.

Дэниел Деннет, один из наиболее авторитетных атеистов и скептиков, так описал загадку тонкой настройки в «Опасной идее Дарвина»:

По мере того как мы все больше и больше узнаем о развитии Вселенной после Большого взрыва, об условиях, сделавших возможным формирование галактик и звезд, и о тяжелых элементах, из которых сформировались планеты, физиков и космологов все больше и больше поражает, насколько законы природы чувствительны к изменениям. Скорость света составляет приблизительно 186 000 миль в секунду. А что, если бы она была равна 185 000 миль в секунду или 187 000 миль в секунду? Изменилось ли бы что-то в этом случае? Что, если бы сила тяжести была на 1 % больше или меньше существующей? Фундаментальные физические постоянные – скорость света, гравитационная постоянная, сильные и слабые взаимодействия на субатомном уровне, постоянная Планка – имеют значения, которые, разумеется, допускают, чтобы развитие Вселенной привело к наблюдаемому нами результату. Но оказывается, что если мы представим самое незначительное изменение любой из этих величин, то тем самым постулируем Вселенную, в которой ничего такого бы не произошло и в которой, по всей вероятности, никогда бы не смогло появиться хоть что-то жизнеподобное: ни планет, ни атмосферы, никаких твердых тел, никаких элементов за исключением водорода и гелия или, может быть, даже без этих исключений – лишь скучное гомогенное вещество в состоянии раскаленной плазмы или столь же скучное ничто. Так не чудо ли, что законы как раз таковы, что мы существуем? В самом деле, так и хочется добавить, что мы были на волосок от гибели! Нуждается ли этот удивительный факт в объяснении, и если да, то какое объяснение ему можно дать?[23]

К разочарованию многих атеистов, это возобновило дебаты о космическом творце. Но, оговоримся, имеется в виду бог деизма, не вмешивающийся в физический мир и никак не участвующий в жизни людей. Эту позицию следует отличать от доктрины разумного замысла, утверждающей, что определенные события в истории Вселенной, такие как происхождение жизни, случились в результате сверхъестественного вмешательства бога. Этот неудачный ярлык привел к большой путанице, а между тем физическая модель, включающая разумного творца, конструктора или программиста, который не вмешивается в процессы Вселенной, вполне согласуется с наукой.

Эта модель включала бы теории, предполагающие, что мы живем в моделируемой вселенной, поскольку они подразумевают наличие некоего разумного программиста. Такие теории – это современные вариации деистических взглядов многих гигантов математики и естественных наук, таких как Исаак Ньютон, Готфрид Лейбниц, Джеймс Клерк Максвелл, Артур Эддингтон, Макс Планк, Вернер Гейзенберг и Курт Гёдель, а также многих других. Эти люди науки верили в бога как творца физических законов и констант, изобретателя механистической Вселенной, которая развивается и раскрывается по мере протекания естественных процессов. Знаменитый атеист Ричард Докинз охотно признает, что такая концепция бога действительно рациональна, поскольку в ней бог – это просто достаточно развитый интеллект. Если мы способны создавать симулированные миры, то нет причин полагать, что этого не могло делаться раньше. Докинз сказал в одном из интервью: «Мы могли бы взять деистического бога, который изобрел законы физики, – своего рода бога физиков, бога, в которого может верить кто-то вроде Пола Дэвиса, бога-математика, бога, который изначально собрал воедино космос, а затем сидел сложа руки и наблюдал, как все развивается. Я полагаю, что существование такого деистического бога можно было бы обосновать, приведя достаточно веские доводы. Это не тот вариант, который принял бы лично я, но, полагаю, что это повод для серьезной дискуссии»⁴.

В том же интервью Докинз добавил: «Возможно, вы смогли бы убедить меня в том, что во Вселенной существует некая созидательная сила. Что был какой-то физический, математический гений, сотворивший все – расширяющуюся Вселенную, задумавший квантовую теорию, теорию относительности и все такое. Возможно, вы смогли бы убедить меня в этом».

Итак, является ли факт того, что законы физики и постоянные в некотором смысле точно настроены для развития жизни, доказательством существования разумного творца? Не обязательно. Есть объяснение, которое обрадовало большинство атеистов, хотя мы увидим, что оно отягощено тяжелым философским багажом.

Решения проблемы тонкой настройки

Проблема тонкой настройки объясняется двумя разными способами при помощи двух вариантов антропного принципа в соответствии с двумя противоположными физическими теориями, обе из которых столетие назад считались бы по своей сути метафизическими теориями, поскольку ни одна из них не поддается прямой проверке, по крайней мере, на данный момент. Опять-таки это нарушение требования Поппера о том, что научная теория должна быть фальсифицируемой, но не повод игнорировать возможные объяснения тайны тонкой настройки, поскольку тайны оправдывают теории, которые могли бы дать объяснения, разгадывающие тайну. Не забывайте, что сегодняшняя метафизика может стать физикой завтрашнего дня.

Сильный антропный принцип предполагает, что параметры Вселенной точно настроены таким образом, чтобы она могла порождать жизнь и разум. В этой телеологической модели реальности Вселенная развивается в соответствии с программой, гарантирующей, что жизнь будет распространяться по космосу либо вечно, либо до тех пор, пока не возникнет своего рода космическая «точка Омега». Согласно сильному варианту антропного принципа, природа имеет разумный план и по своей сути является целенаправленной и осмысленной. Хотя эта позиция может показаться мистической, возникновение жизни во Вселенной и тенденция космоса к самоорганизации – это вычислительные процессы, неизбежно происходящие благодаря «космическому коду», который аналогичен генетическому коду, но этот план развития закодирован в законах и фундаментальных физических постоянных.

Если наша Вселенная – единственная вселенная в реальности, тогда вероятность случайно оказаться в тонко настроенном космосе крайне мала. Сильный антропный принцип подразумевает план, и поэтому он приписывает тонкую настройку законов и констант какому-то разумному творцу или программисту. Шон Кэрролл, который не поддерживает строгий антропный принцип и не считает, что наша Вселенная была создана разумом, намеренно сотворившим космос с жизнью, все же утверждает, что аргумент тонкой настройки – это «лучший имеющийся у нас аргумент в пользу существования бога». В книге «Вселенная. Происхождение жизни, смысл нашего существования и огромный космос» Кэрролл открыто признает, что «существование жизни в лучшем случае немного повышает вероятность истинности теизма». То же самое можно сказать и о деизме, который отличается от теизма тем, что деистический творец никогда не вмешивается, поэтому законы физики никогда не нарушаются. Кэрролл считает, что доктрины теизма и натурализма фундаментально противоположны, хотя деизм и натурализм не обязательно должны быть таковыми.

Вопрос о том, является ли деистический творец богом или технологически развитым существом (или коллективным разумом), представляется чисто семантическим, как отмечает Фримен Дайсон: «Я не провожу четкого разграничения между разумом и богом. Бог – это то, чем становится разум, выходя за пределы нашего понимания»⁵.

Опять же, нет принципиальной разницы между идеей о том, что наша Вселенная – это симуляция, созданная сверхразвитыми разумными существами, и идеей о том, что она была создана богом с невообразимыми способностями. Конечно, если Вселенная спроектирована разумным агентом, то возникает вопрос: кто или что создало этого агента? Это, похоже, ведет к бесконечной регрессии, которая не нравится ученым и философам. Является ли реальность, в которой обитает бог, также тонко настроенной на неизбежное появление бога? Если это так, то мы сталкиваемся с той же самой проблемой, которая возникает, если мы предполагаем существование бога-творца. И если бы нам каким-то образом удалось объяснить, как возник бог, опираясь на логические процессы, тогда мы могли бы просто использовать тот же механизм для объяснения нашего собственного появления и существования, снова выведя бога за скобки объяснения. Поскольку такое объяснение тайны тонкой настройки сопряжено с некоторыми серьезными проблемами, давайте перейдем к его альтернативе – слабому антропному принципу.

Слабый антропный принцип сам по себе эксплицитно не определяет позицию по данному вопросу, но делает это имплицитно. Это тавтология, гласящая, что мы находимся во Вселенной, которая, по-видимому, тонко настроена для жизни, поскольку, если бы фундаментальные постоянные не способствовали жизни, то не появились бы и сознательные агенты, способные размышлять над такими вопросами. Если есть наблюдатели, способные задавать вопросы о своем происхождении, то эти наблюдатели обязательно оказываются в мире, где есть законы и постоянные с такими значениями, которые позволяют им существовать. Иначе говоря, тонкая настройка параметров нашей Вселенной не должна вызывать удивления – это единственный способ, которым все могло быть устроено, учитывая тот факт, что мы здесь!

Дилемма мультивселенной

Итак, говорит ли нам слабый антропный принцип что-нибудь интересное? Если встать на позицию, что существует лишь одна Вселенная и ничего другого в реальности нет, тогда придется объяснить, почему из всех возможных вселенных существует именно та, которая поддерживает жизнь и сознание, а также (если вы принимаете тезис этой книги) бесконечный рост сложности и непрерывное накопление знаний. Но если не предполагать, что наша Вселенная единственная, то проблема тонкой настройки исчезает. Идея мультивселенной – обширной совокупности очень большого или даже бесконечного числа вселенных – предлагает логическое решение для ученых и философов, возражающих против религиозных импликаций сильного антропного принципа.

Согласно концепции мультивселенной, мы находимся во вселенной, которая кажется намеренно настроенной для жизни, но это просто иллюзия, поскольку наша Вселенная – лишь одна из многих в преимущественно безжизненной мультивселенной. Эта модель предполагает, что существует вселенная для каждой возможной комбинации значений фундаментальных постоянных, и чисто случайно некоторые из них порождают нечто интересное, например жизнь. Эта позиция, популярная среди атеистов, вновь снижает значимость жизни и восстанавливает идею о том, что реальность в ее совокупности бесцельна и по большей части, если не абсолютно, бессмысленна. Сознательные агенты, способные размышлять над экзистенциальными вопросами, – просто кратковременные аномалии в бескрайности пространства и времени.

Сегодня многие ведущие физики-теоретики и космологи поддерживают идею космологической мультивселенной, несмотря на невозможность проверить ее эмпирически. Поскольку вселенные каузально изолированы (то есть никоим образом не взаимодействуют), нельзя непосредственно измерить что-либо за пределами нашей вселенной. Как интересно: в основе своей метафизическая теория принимается как физическая теория! Почему? Потому что она является, видимо, единственным приемлемым объяснением тайны тонкой настройки, не требующим наличия разумного творца.

Это указывает на ценное наблюдение, которое философы в основном игнорировали. Мы должны усвоить, что в любой конкретный момент времени нет четкой границы между физическим и метафизическим. По той же причине, по которой метафизическая теория, подобная теории мультивселенной, может стать наукой, теория, постулирующая существование творца (то есть такая, которую можно назвать сверхъестественной теорией), также может стать естественной теорией, если мы рассмотрим возможность обитания творца в собственной физической реальности, из которой он возник в результате механических процессов. Мы вскоре вернемся к этой возможности.

Хотя некоторых объяснение проблемы тонкой настройки мультивселенной, основанное на слабом антропном принципе, устраивает (как, например, Макса Тегмарка из Массачусетского технологического института), многие ученые и философы отмечают, что у этого объяснения есть свой груз проблем, и многие из его последствий труднее принять, чем идею о том, что наша Вселенная создана разумом. Согласно модели Тегмарка, хотя мультивселенная преимущественно безжизненна, в ее огромном пространстве существуют все логически возможные вселенные, в том числе все те, которые вы можете вообразить, а также и совершенно невообразимые. Это включает в себя вселенные, в которых вы работаете клоуном, и вселенные, в которых по чистой случайности некий статистик, пытающийся понять законы вероятности, подбрасывает монетку тысячу раз, и она всегда выпадает орлом вверх. Можете себе представить, насколько искаженной должна быть наука во вселенной, где совершенно случайно происходят длинные цепочки маловероятных событий.

В мультивселенной Тегмарка также есть вселенные, где разумные существа возникают в результате самоорганизации и дарвиновской эволюции и затем создают симулированные миры с симулированными агентами, функционально неотличимыми от агентов «реального мира». Другими словами, мультивселенная настолько обширна, что, несмотря на относительную редкость феномена жизни, порождающих жизнь вселенных все равно очень много, и в некоторых из них есть творцы миров или программисты миров. Таким образом, космологическая мультивселенная (в отличие от мультивселенной «множественных миров», которую мы обсудим позже) включает вселенные, в которых есть разумные творцы, и вселенные, которые производят разумных творцов. Таким образом, как минимум для некоторых наблюдателей теория симуляции или теория Бога (что, как мы теперь видим, в сущности, одно и то же) была бы истинной, однако это была бы тривиальная истина, а не конечная истина.

В общем и целом теория мультивселенной, связанная со слабым антропным принципом, гласит: все, что можно вообразить, должно где-то существовать, – и такое решение проблемы тонкой настройки ничуть не лучше того, которое подразумевается сильным антропным принципом. Более того, нарратив сильного антропного принципа может логически существовать внутри модели мультивселенной, что представляется проблематичным, хотя можно было бы интерпретировать это как логическую совместимость двух вариантов реальности.

Космологический естественный отбор

Теперь, когда мы рассмотрели оба главных объяснения тайны тонкой настройки, которое из них можно назвать более совместимым с новым космическим нарративом, изложенным в этой книге? Какая теория лучше объясняет самоорганизующуюся Вселенную, где жизнь не только возникает, но и распространяется по космосу таким образом, что всю Вселенную можно рассматривать как пробуждающуюся благодаря сознательным агентам, появившимся вследствие ее законов и параметров?

Статистический довод против теории мультивселенной можно сформулировать следующим образом: если объяснение мультивселенной, за которое выступают атеисты, верно и Вселенная в основном безжизненна, то должно существовать сравнительно небольшое количество вселенных, благоприятных для жизни, хотя размер этого множества может быть ошеломляюще огромным по сравнению с теми числами, которыми мы привыкли оперировать. Далее можно предположить, что среди всех вселенных, благоприятных для жизни, будут вселенные, где появляется только одноклеточная жизнь, и вселенные, где разумная жизнь появляется, но никогда не покидает планету, а также вселенные, где разумная жизнь непрерывно эволюционирует и расширяется бесконечно. Пол Дэвис называет те вселенные, где жизнь возможна, но является мимолетной и незначительной, минимально биофильными вселенными, а те, где жизнь влияет на космическую эволюцию, оптимально биофильными.

Минимально биофильные миры просто благоприятны для жизни, тогда как оптимально биофильные миры телеологичны – то есть постоянно развиваются в направлении повышения уровня интеллекта. Это различие абсолютно принципиально, поскольку, если мы действительно находимся в оптимально биофильной вселенной, как предполагает новый космический нарратив этой книги, тогда это создаст большую проблему для объяснения через гипотезу мультивселенной и для слабого варианта антропного принципа. Почему мультиверсное решение проблемы тонкой настройки терпит фиаско, если мы видим, что эволюционный процесс в нашей вселенной бесконечен?

Разумные вселенные, предположительно, требуют более тонкой настройки, поэтому можно ожидать, что набор минимально биофильных вселенных будет значительно больше, чем набор оптимально биофильных вселенных. Другими словами, будет намного больше вселенных, где жизнь зарождается, но является преходящей и космически незначительной. Теперь перейдем к самому важному моменту. Если существует гораздо больше просто благоприятных для жизни вселенных, по сравнению с полноценными телеологическими вселенными, то статистически более вероятно, что мы должны были бы оказаться во вселенной, где жизнь преходяща и космически незначительна. Тот факт, что мы обитаем в телеологической вселенной, где генерация знаний может (и, предположительно, будет) продолжаться вечно, свидетельствует в пользу некоторого проявления сильного антропного принципа. На «везение» это не спишешь.

Для тех, кто не готов принять квазирелигиозный смысл сильного антропного принципа, есть третий вариант, способный объяснить, почему телеологические вселенные очень широко распространены и мы не должны удивляться, что живем в одной из них. Этот третий вариант также полностью соответствует дарвиновской природе реальности, которая служит объединяющей темой этой книги. Более того, это объяснение импонирует нашим авторитетным атеистам и скептикам, таким как Ричард Докинз и Дэниел Деннет. Этот третий путь обеспечивается теорией под названием «космологический естественный отбор» и, возможно, является лучшим объяснением тайны тонкой настройки – тайны, которая становится еще более загадочной, когда осознаешь, что жизнь играет решающую роль в крупномасштабной эволюции Вселенной.

Благодаря работе Стивена Хокинга о сингулярностях мы теперь знаем, что черные дыры и Большой взрыв имеют общее физическое свойство. И то и другое – точки, где кривизна пространства-времени приближается к бесконечности. Наша Вселенная, по-видимому, возникла из сингулярности (Большого взрыва), а затем начала производить сингулярности (формирование черных дыр). Главная идея Ли Смолина заключается в том, что, когда в нашей Вселенной образуется черная дыра, она создает «дочернюю вселенную» на другой стороне в результате нового большого взрыва. Смолин предполагает, что вновь созданная вселенная будет наследовать физические параметры (законы и постоянные) от родительской вселенной. Однако, поскольку природа является термодинамически шумной на фундаментальном уровне, то, предположительно, должно произойти нечто аналогичное мутации, которая вызывает небольшую настройку, изменение фундаментальных постоянных или законов новорожденной вселенной, в результате чего она оказывается либо более, либо менее точно настроена для роста сложности. Дэниел Деннет описывает это так:

Его основная идея состоит в том, что сингулярности, известные как черные дыры, являются, по сути дела, местом рождения дочерних вселенных, в которых фундаментальные физические константы немного отличаются (случайным образом) от физических констант вселенной-прародительницы. Следовательно, согласно гипотезе Смолина, мы наблюдаем как неравномерное воспроизводство, так и мутации – две ключевые характеристики дарвиновского алгоритма отбора. Вселенные, в которых физические константы случайным образом оказались таковы, что в них чаще появляются черные дыры, ipso facto будут иметь больше потомков, которые тоже будут иметь больше потомков, и так далее…[24]⁶

Если отнестись к этой идее серьезно, к чему призывают такие авторитетные космологи, как Леонард Сасскинд, то мы имеем дело с мультивселенной нового типа: такой, которая начинается с одной вселенной, но постоянно растет по мере формирования и дифференциального воспроизведения дочерних вселенных. Это дарвиновская мультивселенная, эволюционирующая и порождающая новые явления. Если образование черных дыр является методом воспроизводства, то естественный отбор должен благоприятствовать вселенным, лучше создающим черные дыры. В этой теории особенно интересно, что поскольку условия, способствующие образованию черных дыр, являются теми же условиями, которые благоприятствуют углеродной жизни, то по техническим причинам, которые Смолин объясняет в «Жизни космоса», этот космологический процесс воспроизведения неизбежно порождает биофильные вселенные, где жизнь возникает как устойчивое явление.

Если проследить космологический естественный отбор до его логических выводов, то он благоприятствует не только вселенным, создающим жизнь, но и вселенным с разумной жизнью. В частности – технологически развитым разумным существам, умеющим создавать черные дыры с целью сохранения жизни. Эту возможность рассматривали такие физики, как Луис Крейн и Пол Соренсен, а также специалист по сложным системам Джеймс Гарднер в замечательной книге 2003 года «Биокосм». Смолин высказался об этом в статье, опубликованной в Physics Today:

Пол Соренсен предлагает применение космологического естественного отбора, согласно которому разумные существа мотивированы создавать искусственные черные дыры, настраивая ансамбль вселенных в пользу тех вселенных, которые гостеприимны для разумной жизни. Варианты этой идеи предлагали Луис Крейн и Эдвард Харрисон, но вариант Соренсена отличается возможностью объяснить, почему законы Вселенной оказались понятны нам. Его идея элегантна, но давайте подождем, пока несколько предсказаний космологического естественного отбора не будут тщательно проверены и подтверждены… прежде чем пускаться в рассуждения о последствиях, которые трудно проверить⁷.

Некоторые суперзвезды космологии, в том числе Алан Гут и Мартин Рис, полагают, что в далеком будущем, вполне вероятно, удастся создавать черные дыры или дочерние вселенные, используя такие технологии, как ускорители частиц. Если такой способ возможен, то нет никаких оснований считать, что разумная жизнь когда-нибудь не достигнет этого. И если мы действительно достигнем этого и продемонстрируем, что это возможно, тогда это увеличит вероятность того, что наша Вселенная также является результатом разумной инженерии.

Космологический естественный отбор согласуется с объединяющей теорией реальности и выводит универсальный дарвинизм за рамки универсума. Это привлекательно для эволюционистов, поскольку объясняет, как сложная Вселенная, тонко настроенная для жизни, возникает из реальности, начинающейся с простой безжизненной Вселенной, порождающей черную дыру. Хотя некоторые атеисты могут воспринять эту теорию как опровержение сильного антропного принципа, мы приходим к выводу, что она описывает телеологическую реальность, то есть реальность, создающую жизнь и имеющую цель. В эволюционирующей мультивселенной, описываемой космологической теорией естественного отбора, жизнь не только неизбежно возникает, но и быстро начинает доминировать, в результате чего растущий ансамбль вселенных включает в основном, если не исключительно, оптимально биофильные вселенные, которые еще больше укрепляют жизнь и разум. Итак, эта модель реальности в конечном счете имеет ту же телеологическую структуру, что и наша Вселенная.

Похоже, что наши лучшие решения тайны тонкой настройки описывают реальность, в которой жизнь, интеллект и сознание имеют фундаментальное значение и растут безгранично. Теперь мы можем задать тот самый вопрос: есть ли бог? Да, существует эволюционный процесс, который неизбежно и постоянно создает все более мощные разумы, неотличимые от богов. Являемся ли мы порождениями такого бога? Это не исключено, и мы сами можем стать им. Но все боги появляются в результате бесконечного эволюционного процесса, создающего функциональные формы с возрастающей вычислительной сложностью. Таким образом, представляется более точным считать богом сам этот процесс. С точки зрения поэтического метанатурализма бог – это алгоритм вечной рекурсивной эмерджентности.

Осмысление квантовой механики

Сейчас общеизвестно, что в квантовом масштабе – микроскопическом масштабе, который не увидеть невооруженным глазом, – реальность становится очень странной. Частицы, которые не являются объектами наблюдения или измерения, существуют одновременно в нескольких местах – это явление называется квантовой суперпозицией. Это означает, что в квантовом масштабе электрон (например) не имеет материальной формы и четко определенного положения в пространстве. Физические объекты на этом уровне будто бы размазаны облаком потенциального существования, и трудно сказать, подходит ли вообще для их описания прилагательное «физический». Это облако возможностей описывается математической структурой под названием «волновая функция».

Но когда мы пытаемся измерить, где находится этот электрон, то внезапно волновая функция «коллапсирует», и размытый электрон становится материально существующим в определенной точке пространства. Волновая функция представляет собой статистическое распределение, описывающее вероятность того, что одно возможное положение проявится относительно других возможностей, когда квантовая система будет исследоваться измерительным прибором ученого. Это позволяет предположить, что реальность не является полностью детерминированной, ее эволюция имеет случайный, вероятностный или стохастический характер. В момент измерения система становится частью классического мира – материального, воспринимаемого нами мира, – который каким-то образом возникает из странного квантового мира суперпозиции.

Природа этого коллапса волновой функции пока остается для физиков загадкой, поскольку мы не до конца понимаем, почему простое наблюдение за квантовой системой заставляет природу выбирать определенный результат и почему из всех возможных вариантов выбирается именно этот конкретный результат. Эта загадка известна как проблема измерения, и родоначальники квантовой механики, в том числе Эйнштейн, считали эту проблему одним из наиболее важных вопросов изначальной природы реальности.

Если переход от квантового к классическому происходит только тогда, когда квантовая система наблюдается или измеряется, то означает ли это, что физическая реальность, когда мы не смотрим на нее и не исследуем ее каким-то образом, находится «не здесь»? Эйнштейн однажды сказал: «Мне нравится думать, что Луна есть, даже если я на нее не смотрю». Луна, как и любой другой физический объект, состоит из материи – в основе своей субатомных частиц, которые являются квантовыми системами. Почему же Луна не находится в состоянии размытой суперпозиции, когда ее не наблюдают?

Еще одна знаменитая реплика Эйнштейна – «бог не играет в кости» – связана с другим аспектом проблемы измерения. Если наблюдаемый результат процесса измерения действительно случаен, это, по-видимому, означает, что эволюционная траектория воспринимаемого нами классического мира по крайней мере частично определяется случайными событиями. Будущее в этом случае не является жестко детерминированным, и хотя это кажется хорошей новостью для концепций вроде агентности и свободы воли, само по себе это подразумевает, что события будущего фактически непредсказуемы, как бросок игральных костей.

Эйнштейну очень не нравилась эта идея случайности в природе, потому что она противоречила его религии – религии пантеизма, согласно которой бог проявляется в присущей природному миру гармонии и порядке, что ему представлялось логичным и понятным. Был предложен ряд теорий скрытых переменных, призванных показать, что коллапсирование волновой функции на самом деле не является случайным и что Вселенная эволюционирует полностью детерминированным образом. Если бы мы смогли сформулировать такую теорию, мы бы узнали, почему та или иная квантовая суперпозиция при измерении переходит в одно состояние, а не в другое. Однако все предложенные теории скрытых переменных были опровергнуты экспериментальными данными, а это, видимо, подтверждает, что коллапс волновой функции – действительно вероятностное событие.

Итак, каковы потенциальные решения проблемы измерения, предлагаемые современной наукой? На сегодняшний день среди них наиболее популярны многомировая интерпретация квантовой механики и модель коллапса волновой функции, известная как декогеренция. Хотя эти модели не являются несовместимыми, каждая из них может существовать отдельно друг от друга, поэтому мы рассмотрим их как независимые идеи.

Многомировая интерпретация находит все больше сторонников среди ведущих физиков, поскольку она полностью снимает проблему измерения. Эта интерпретация гласит, что нет никакого коллапса волновой функции, исключающего прочие возможности в пользу одного определенного результата. Вместо этого в момент, когда происходит измерение и мы воспринимаем определенный результат в нашей реальности, вселенная разветвляется на ряд параллельных вселенных, причем каждая вселенная соответствует одному из возможных исходов, заданных волновой функцией. Итак, если вы ученый и проводите измерение в квантовой системе, то после измерения останется одна вселенная, где вы наблюдали один возможный результат, и другая, где вы наблюдали другой, а также третья, где вы наблюдали еще один результат, и так далее. Другими словами, все возможные пути, по которым могла бы пойти эволюция Вселенной, реализуются в какой-то ветви многомировой мультивселенной. В этой картине бытия вся мультивселенная следует детерминированной траектории, где постоянно происходит ветвление, а единственное, что в ней случайно, – это то, в какой вселенной вы окажетесь после измерения. Это, конечно, странная идея, но что в квантовой механике не является странным?

Однако такое объяснение влечет за собой ряд проблем. Во-первых, как и в космологической теории мультивселенной, эти предполагаемые другие вселенные не поддаются непосредственному измерению, что делает модель непроверяемой, по крайней мере в настоящее время. Другая проблема заключается в том, что все это звучит абсолютно безумно: оказывается есть еще и «ты», существующий во все большем числе параллельных вселенных. Это вновь приводит к идее о том, что существуют все логически возможные вселенные, включая вселенные, где вы стали профессиональным клоуном, а также вселенные, где вы решили проблему измерения.

Опровержение гипотезы множественных миров

Тот же статистический аргумент, который применялся для опровержения космологической гипотезы о мультивселенной, может быть использован для опровержения гипотезы множественных миров. Если многомировая интерпретация верна, то было бы маловероятно, что мы оказались бы во вселенной, где разум неизбежно и бесконечно эволюционирует и расширяется в пространстве. Существует множество логических сценариев, при которых разумная жизнь на Земле по той или иной причине не может покинуть планету. Но если новый космический нарратив, представленный в этой книге, верен и адаптивную сложность (жизнь) нельзя уничтожить или сдержать, поскольку она постоянно учится и приспосабливается, тогда эволюционная траектория нашей Вселенной не является произвольной или случайной. В результате рекурсивной эмерджентности космос постоянно самоорганизуется и движется в направлении все большей сложности и вычислительной способности.

Оказаться во вселенной с телеологической траекторией (оптимально биофильной вселенной), когда на большинстве мыслимых путей через многомировую мультивселенную жизнь является мимолетной (минимально биофильные вселенные), тоже представляется крайне маловероятным. Итак, либо многомировой мультивселенной не существует, либо все или большинство параллельных миров, в которых существует жизнь, тоже телеологичны и движутся ко все большей сложности и разумности. Мы не можем исключить последнее предположение, поскольку вполне возможно, что любой мир, подчиняющийся второму закону термодинамики, также порождает возрастающую сложность в неравновесных условиях. Если вы находите всю эту нить рассуждений неправдоподобной, то вы не одиноки.

К счастью, есть другое альтернативное объяснение, устраняющее обе претензии Эйнштейна к квантовой механике, и оно опирается на упомянутый ранее процесс декогеренции. Декогеренция объясняет, почему Луна действительно существует, независимо от того, смотрим мы на нее или нет, и почему внешняя реальность существует независимо от наблюдателей, конструирующих измерительные приборы для изучения природных явлений. Макроскопический мир, который мы видим вокруг, не содержит крупномасштабных объектов в суперпозиции состояний – в отличие от субатомной частицы, стул находится либо здесь, либо там, но не и то и другое одновременно, – поскольку квантово-волновые функции постоянно коллапсируют под воздействием их физического окружения, которое можно считать измерительным устройством природы. Например, любой атом в любой момент времени находится в контакте с окружающим океаном частиц, которые сталкиваются с ним и заставляют его принимать то одно классическое состояние, то другое, а не существовать в размытом промежуточном состоянии. И чем больше физическая система, тем быстрее ее квантовое состояние схлопывается в классическое.

Когда частицы материи выводятся из равновесия потоком энергии или такой силой, как гравитация, они образуют агрегаты, которые быстро схлопываются, поэтому Вселенная постоянно вызывает коллапс квантовой реальности и преобразует ее в классическую реальность. Декогеренция объясняет, почему для коллапса волновых функций не требуется сознательный наблюдатель или даже измерительное устройство: это происходит естественным образом все время, пока квантовая система не изолирована от своего шумного окружения.

Но сама по себе концепция декогеренции не говорит нам, почему имеет место один конкретный результат измерения, а не другой, и не отвечает на вопрос о том, является ли происходящее просто делом случая. И вот тут очень кстати приходится квантовый дарвинизм – новая и модная интерпретация квантовой механики, которая идеально вписывается в парадигму универсального дарвинизма, продолжая нарратив о том, что реальность в основе своей дарвинистична. Если объединяющая теория реальности сможет объяснить как проблему тонкой настройки, так и проблему измерения, она будет в большей степени достойна звания «теории всего», чем любая другая предыдущая теория.

Переход от квантового к классическому – форма естественного отбора

Квантовый дарвинизм утверждает, что классический мир возникает из квантового мира, поскольку большинство квантовых систем – открытые системы, которые взаимодействуют с окружающей средой, что вызывает декогеренцию. Но итоговый вариант классического масштаба, который складывается в результате этих взаимодействий, выбирается природой не случайно. В частности, квантовое состояние преобразуется в классическое состояние, которое представляет собой наиболее стабильную конфигурацию между этой квантовой системой и системами, с которыми она взаимодействует в окружающей среде. Коллапс волновой функции вызван процессом естественного отбора, известным как einselection, что расшифровывается как индуцированный окружением суперотбор.

Войцех Журек, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории и основоположник квантового дарвинизма, утверждает, что классическое состояние системы, выбираемое из спектра возможностей, описываемых волновой функцией, – это состояние с наименьшей внутренней энтропией, которое одновременно является состоянием, производящим наибольшую энтропию среды. Эти предпочтительные состояния называются указательные состояния (pointer states), и они отражают информацию из волновой функции, пережившую вызванный средой квантовый коллапс. Другими словами, переход от квантового к классическому является формой естественного отбора, и классический мир, предположительно, эволюционирует в сторону наиболее стабильного, организованного мира из всех возможных миров.

Согласно Журеку, состояние системы, пережившей коллапс, одновременно наилучшим образом закрепляет ее информацию в среде. Иначе говоря, отбирается та система, которая наиболее тесно связана со своей средой и наилучшим образом адаптирована к ней. Как писал для цифрового журнала Quanta научный журналист Филип Болл, недавние экспериментальные данные подтверждают подход квантового дарвинизма к коллапсу волновой функции, хотя для дальнейшей проверки этой теории необходимы дополнительные исследования.

В рамках концепции вычислительной вселенной, которую отстаивает Сет Ллойд, Вселенную можно рассматривать как гигантский квантовый компьютер, использующий вычислительную способность квантовой суперпозиции для вычисления траектории движения мира, что в среднем увеличивает сложность и функциональность. В этой модели существует как случайность, так и необходимость: то есть реальность имеет вероятностную или стохастическую природу, но результаты статистически смещены в сторону целевых состояний, которые могут описываться аттракторами.

Индуцированное гравитацией образование неравновесных структур, таких как звезды и планеты, являющихся необходимым условием существования вселенных с жизнью в том виде, в каком мы ее знаем, можно рассматривать как эмергенции, происходящие в результате дарвиновского отбора одних возможных квантовых состояний, а не других. Если этот взгляд верен, то Эйнштейн был скорее прав, чем неправ, когда сказал, что «бог не играет в кости». Бог играет в кости, но эта игра подстроена. Траектория космической эволюции, возникающая в результате всех этих вероятностных взаимодействий, предсказуема – не в деталях, но в общих чертах. Похоже, все дороги неизбежно ведут к появлению космического разума, поскольку Вселенная вычисляет телеологический путь через область возможного.

Прежде чем закончить с квантовой механикой и двинуться дальше, я должен отметить, что в модели реальности, предлагаемой поэтическим метанатурализмом, где происходят истинные эмергенции, в которых появляются новые причинные сущности, может быть место больше чем для одной интерпретации квантовой механики. Когда появляются агенты, обрабатывающие информацию, правила могут действовать немного иначе. В многоуровневой модели реальности квантовый дарвинизм мог бы описывать логику коллапса волновой функции до появления агентов, тогда как другая интерпретация могла бы объяснять индуцированный агентом коллапс волновой функции. Два подхода к разгадке квантово-механической тайны, объясняющие действия агентов, – это квантовое байесианство и реляционная квантовая механика. Реляционная квантовая механика – интерпретация, предложенная Карлом Ровелли, – постулирует, что классическая реальность возникает из корреляций, которые выстраиваются между взаимодействующими системами, такими как квантовые системы и их окружение.

Как говорилось в шестой главе, Ровелли показал, что дарвиновская адаптация путем естественного отбора создает корреляции между системой и ее окружением, что генерирует в системе адаптивную информацию, порождающую биологическую агентность. Возможно, решения проблемы измерения, предложенные Журеком и Ровелли, сходятся в одном фундаментальном процессе. Квантовое байесианство, или сокращенно «кьюбизм» [QBism. – Прим. пер.], – это еще одна интерпретация квантовой механики, которая философски согласуется с новым космическим нарративом, представленным в этой книге, а уникальна она тем, что в ней говорится о роли опыта. Ее основатель Кристофер Фукс описывает свое решение проблемы измерения следующим образом:

В кьюбизме измерение – это действие, которое агент предпринимает для получения определенного опыта. Результатом измерения является полученный таким образом опыт. Следовательно, результат измерения является личным для агента, осуществляющего измерение. В этом смысле квантовая механика, как и теория вероятностей, является теорией одного пользователя. Измерение не показывает ранее существовавшее значение. Напротив, результат измерения создается в ходе акта измерения ⁸.

Хотя пока не очевидно, каким образом все эти различные интерпретации могут быть частью базового объяснения, связывающего коллапс волновой функции с космической эволюцией и генерацией знаний, было бы неудивительно обнаружить, что они непротиворечивы. Объединяющая теория реальности, согласно которой реальность – это история пробуждения космоса, способна показать такую непротиворечивость. Космологический естественный отбор и квантовый дарвинизм сообща расширяют интегрированный эволюционный синтез, позволяя этой доктрине объяснить природные явления от мельчайших до самых крупных масштабов. Физики не замечали этот новый космический нарратив, потому что смотрели лишь на части, а не на целое, на частицы, а не на процессы. Конкретные значения фундаментальных постоянных – это такие значения, которые необходимы для того, чтобы работал дарвиновский алгоритм изменчивости и отбора.

Что означает самоорганизация Вселенной для человечества?

Поскольку парадигма космической телеологии предполагает, что судьба Вселенной и судьба разумной жизни тесно переплетены, это имеет некоторые интересные последствия для этики и морали. Большинство современных философов утверждают, что любая цель, которую мы приписываем жизни, по своей сути субъективна и, следовательно, не является реальной в каком-либо объективном смысле. Согласно распространенному убеждению, «нельзя получить „должно“ из „есть“» – это логически означает, что мы не можем извлечь моральные уроки из фактов о природе. Однако это убеждение вытекает из близорукого и ограниченного представления о Вселенной, которая не заинтересована в жизни.

Поскольку Вселенной изначально присуща тенденция к самоорганизации во все более сложное состояние, коллективная цель разумной жизни вытекает из фундаментальных законов природы. Будучи людьми, мы в какой-то степени запрограммированы воспринимать себя как нечто отдельное от природы, но это интуитивное отношение обманчиво. По самой своей сути мы являемся сложными проявлениями природы и свидетельством физических законов, управляющих постоянным созданием нового как по форме, так и по функциям. Если достижение максимально сложного состояния – это имманентная цель природы, то напрашивается логический вывод, что разумная жизнь – проявления природы, являющиеся самосознающими и демонстрирующими целенаправленное поведение, – должна в целом стремиться действовать в соответствии с этой внутренней тенденцией – тем, на что мы были генетически запрограммированы задолго до того, как кто-то осознал это, ввиду естественного отбора. Именно телеологическая природа Вселенной создает космический контекст, наделяющий жизнь смыслом и целью, и эта цель состоит в том, чтобы наполнить космос разумом и опытом в результате процветания, размножения и расширения.

Как уже говорилось во введении, хотя эту эволюционную траекторию жизни во Вселенной, судя по всему, определяют физические законы и постоянные, суровая правда заключается в том, что экзистенциальный успех homo sapiens отнюдь не гарантирован. Нет никакого закона или силы природы, мешающих нашей конкретной цивилизации уничтожить саму себя. Тот факт, что люди, по крайней мере в некоторой степени, являются автономными агентами со свободой воли, означает, что именно нам делать выбор между вымиранием и трансцендентностью, но у нас есть все стимулы стремиться ко второму и избегать первого. В результате коллективных усилий, достигая интеллектуального, культурного и технологического прогресса, человечество способно продолжить помогать космосу в его великом процессе пробуждения. Распространение знаний о нашем эмерджентном космическом предназначении будет способствовать экспоненциальному технологическому и социальному прогрессу, который может позволить жизни неуклонно развиваться, а биосфере – распространяться по Вселенной.

Путь к Омеге

Такая космическая повестка дает человечеству четкие ориентиры и рациональный этический кодекс. Этот кодекс основан на предпосылке, что мы несем ответственность за то, чтобы приносить пользу живой сети, включающей в себя не только людей, но и всю разумную жизнь, а также биосферу, поскольку сохранение жизни критически зависит от целых экосистем. Если мы заботимся о будущем наших детей и их потомков, то такая задача является нашим моральным долгом. Если мы хотим видеть Вселенную не холодной и безжизненной, а все более разумной и созидательной, то это еще и духовный долг.

Многие полагают, что если вы разобрались во всей подноготной природы, то духовное мировоззрение просто несовместимо с научным. Хотя это распространенная идея, она совершенно ошибочна. Духовность просто относится к чувству связи с чем-то большим, чем мы сами, и не имеет ничего общего со сверхъестественным. Вновь процитируем Карла Сагана: «Наука не враг духовности, напротив: научное знание – глубочайший источник духовного»[25]⁹. Эйнштейн разделял эту точку зрения и считал, что единственный путь к истинному духовному просветлению – это тропа, по которой мы идем, стремясь к научным открытиям. «Чем дальше продвигается духовная эволюция человечества, тем более определенно мне представляется, что путь к истинной религиозности проходит не через страх жизни, страх смерти и слепую веру, но через стремление к рациональному знанию»¹⁰.

Итак, в чем же смысл жизни и смысл существования, согласно этому новому мировоззрению? В книге «Жизнетворная пыль» нобелевский лауреат Кристиан де Дюв дает удовлетворительный ответ на этот вопрос:

Если Вселенная не бессмысленна, то в чем ее смысл? Мне кажется, что этот смысл нужно искать в структуре Вселенной, порождающей мышление посредством жизни и разума. Мышление, в свою очередь, – это способность, благодаря которой Вселенная может размышлять о себе, открывать собственную структуру и постигать такие имманентные сущности, как истина, красота, добро и любовь. Таков смысл Вселенной, как я это вижу.

Но чтобы осознать свой смысл и трансцендентную цель, космос нуждается в нашей помощи. Как пишет Джеймс Гарднер в книге «Биокосм»: «Вселенная, как, несомненно, согласился бы де Дюв, не может продемонстрировать чудо сознательной мысли или ее лучшие проявления – истину, красоту, доброту и любовь – сама по себе. Чтобы сделать это, Вселенной настоятельно нужна помощь таких скромных смертных организмов, как мы».

Итак, что мы можем сделать прямо сейчас, чтобы помочь Вселенной в ее процессе космического пробуждения?

Помимо самосознания, существует более высокий уровень осознанности, который может быть достигнут разумными агентами, называемый метасознанием. Этот новый уровень самореференции соответствует осознанию самосознания, но также указывает на то, что агент понимает, что он является частью более крупной сети агентов, в совокупности представляющих собой взаимозависимое, взаимосвязанное целое, которое мы называем биосферой, а конкретнее, глобальным мозгом. С точки зрения поведения метасознание означает, что вы осознаете свою причинную силу и решаете оптимизировать процесс принятия решений таким образом, чтобы ваш выбор соответствовал вашим долгосрочным целям и целям общества, в которое вы встроены.

Метасознание необходимо заведомо культивировать, чтобы оно полностью проявилось в агенте, и когда осознание осознания осознанности станет мейнстримом, достигнутая в результате синергия поднимет человечество на новые высоты. Но метасознание не роскошь: если мы не поймем, что единственный способ преодолеть наши коллективные экзистенциальные проблемы – это действовать сообща, то наша цивилизация потерпит крах. Следовательно, хотя нации должны сохранять индивидуальность (не забываем, что сила в разнообразии), они также должны стремиться к общности интересов, которая приводит к синергии за счет минимизации конфликтов и поощрения сотрудничества. Оптимальные сложность и вычислительные возможности достигаются за счет баланса разнообразия или дифференциации, с одной стороны, и интеграции или взаимосвязи – с другой.

Чтобы согласовать наши интересы, мы должны иметь общее мировоззрение, а поскольку «космическая телеология» – это многозначный термин, то, возможно, лучшим названием для мировоззрения, представленного в этой книге, будет «космическая перспектива», которая мало отличается от религии, возникновение которой предвидели Саган и Эйнштейн. Саган писал: «Религия – неважно, старая или новая, – прославляющая открытое современной наукой величие Вселенной, вызывала бы восторг и почтение, которое и не снилось традиционным культам. Рано или поздно такая религия возникнет»[26]¹¹.

«Религия» – это еще один многозначный термин, но духовная идеология, которая направляется наукой и опирается на технологии, имеет универсальную мораль и общую экзистенциальную цель, станет мировоззрением будущего. Это должно произойти, если мы хотим, чтобы наша цивилизация выжила. С космической точки зрения нет никаких «мы» и «они», есть только «мы». Поскольку все мы являемся частью взаимозависимого целого, нас должно объединять стремление к достижению наибольшего блага для наибольшего числа людей.

Хотя мечта о космической религии может показаться кому-то безнадежно идеалистичной, я действительно верю, что это в высшей степени разумное и достижимое мировоззрение, к которому в итоге будет двигаться любое просвещенное общество. Исследование, проведенное в 2017 году, в ходе которого было опрошено более шестисот человек, показало, что психоделические опыты, в ходе которых растворяются эго и идеологические рамки, чаще всего меняют политические убеждения и взгляды людей, делая их более гуманными и прогрессивными ¹².

В частности, они стали негативнее относиться к авторитаризму и больше заботиться о благополучии других людей и природы. Таким образом, научное просвещение и высшие состояния сознания естественным образом приближают нас к космической перспективе, раскрывая взаимосвязанную природу нашего общества. Я не предлагаю всем, кто старше восемнадцати лет, съесть сегодня вечером волшебных грибов, хотя это был бы увлекательный эксперимент. Я говорю, что нам нужна когнитивная перезагрузка, и мы можем осуществить ее, если будем мыслить и вести себя как глобальные граждане планетарного суперорганизма под названием «Гея».

Нашей главной коллективной целью должна быть гиперсвязанность. С каждым годом количество способов социального общения с другими людьми, даже с находящимися в самых отдаленных местах, нарастает в геометрической прогрессии, постоянно увеличивая поток информации. Это неизбежно помогает повышению социальной осведомленности и обмену знаниями. Также математическим фактом является то, что рост количества соединений между узлами повышает вычислительную производительность сети. Если человеческая цивилизация сейчас действительно представляет собой одну огромную нейронную сеть, где каждый человек и устройство действуют как узел или нейрон, то, следовательно, социальные сети обладают способностью генерировать мощные сетевые эффекты. Мы должны использовать все инструменты информационной эпохи и изобретать новые. Возможность технологии блокчейн способствовать появлению самоорганизующихся систем всех типов только начинает изучаться.

Да, в мире есть серьезные проблемы, но если бы у нас не было проблем, нам бы никогда не пришлось искать новые решения. Проблемы подталкивают прогресс. Давайте примем свои главные экзистенциальные вызовы и объединим усилия, чтобы справиться с ними. Пришло время забыть о различиях и начать мыслить о себе исключительно как о людях, вовлеченных в общую биологическую и моральную борьбу. Если космическая перспектива и философия поэтического метанатурализма или какое-либо подобное эволюционное и эмерджентное мировоззрение смогут навести мост между редукционистским подходом и мировыми религиями, тогда мы сможем надеяться, что из нынешнего моря хаоса возникнет новый уровень порядка и функциональности.

Знание – это просвещение, знание – это трансцендентность, знание – это сила. Тенденция к разупорядоченности, описываемая вторым законом термодинамики, требует, чтобы жизнь постоянно приобретала знания, давая всем нам индивидуальную и коллективную цель путем создания ограничений, которые заставляют нас творить. Осознав свою эмерджентную цель, мы сможем жить более осмысленной жизнью в гармонии друг с другом и с устремлениями природы. Вы не космическая случайность. Вы космический императив.