Джеймс Глик: Связь между хаосом и информацией проходит через энтропию
Свежий номер
РГ-Неделя
Родина
Тематические приложения
Союз
Свежий номер
Общество
27.07.2016 11:03
Поделиться
Как придумали теорию хаоса и почему путешествовать во времени стало модно только столетие назад
Журнал «Кот Шрёдингера»
Джеймс Глик — американский публицист, признанный в США «одним из величайших научных писателей всех времён». Его книги «Хаос. Создание новой науки», «Информация. История. Теория. Поток» стоят в одном ряду с культовыми популярными работами Стивена Хокинга, Ричарда Докинза и Стивена Джея Гулда. При этом Глик вовсе не учёный — он журналист, который, однажды заинтересовавшись исследователями и их открытиями, решил стать научным свидетелем и биографом идей.
[КОТ ШРЁДИНГЕРА] Как научный писатель вы родились из хаоса — в смысле вашей первой серьёзной научно-популярной работой была книга «Хаос. Создание новой науки», вышедшая в 1987 году.
Как вы вышли на эту тему и почувствовали её важность?
[ДЖЕЙМС ГЛИК] Вы знаете, у меня не было никакой научной подготовки — я начинал как самый обычный журналист. В 1980-е я работал в The New York Times, был репортёром и редактором, писал очерки про учёных. И вот однажды, разговаривая со знакомыми математиками и физиками, я от кого-то из них услышал, что зарождается новая научная дисциплина, в рамках которой исследуется хаос. Я подумал тогда: «Это интересно! Звучит как-то не по-научному». И постепенно стал во всём этом разбираться. Сначала сделал материал об одном из основателей теории хаоса Митчелле Фейгенбауме. Потом написал статью о Бенуа Мандельброте. Он известен как отец фрактальной геометрии и никогда не использовал слово «хаос». Но, работая над текстом, я понял, что тут пахнет чем-то намного более масштабным: Мандельброт и Фейгенбаум в действительности занимались одним и тем же. В тот момент я и решил написать книгу о новой невероятной науке.
* Наиболее страстные защитники новой науки утверждают, что грядущим поколениям XX век будет памятен лишь благодаря созданию теорий относительности, квантовой механики и хаоса.
Хаос, заявляют они, стал третьей из революций, последовательно освобождавших физику из тенёт ньютоновского видения мира. По словам одного физика, теория относительности разделалась с иллюзиями Ньютона об абсолютном пространстве-времени; квантовая механика развеяла мечту о детерминизме физических событий; и, наконец, хаос развенчал Лапласову фантазию о полной предопределённости развития систем. Из этих трёх открытий лишь теория хаоса применима к Вселенной, которую мы можем наблюдать и ощущать, к объектам, которые доступны человеку…»
(Хаос. Создание новой науки. — С.-П.: Амфора, 2001)
[КШ] Теория хаоса… Звучит красиво, но слишком непонятно. О чём эта наука, что именно изучали и какие цели ставили перед собой исследователи?
[ДГ] Эти «учёные хаоса» пыталась работать с очень человеческими проблемами — такими, которые встречаются в обыденной жизни. В то время самой престижной физикой в США была физика высоких энергий. Её невероятный успех, если это можно назвать успехом, был связан с созданием атомной бомбы.
Там крутились огромные деньги. Но эта физика была очень эзотерична, то есть совершенно недоступна простому человеку, который не специалист по кваркам и спинам…
А «учёные хаоса» говорили об облаках, о турбулентности в жидкостях, о дыме, о сердечной аритмии. Хаос был очень и очень междисциплинарной сферой. Эта наука была не просто физикой или только математикой — она объединила людей, которые раньше не имели обыкновения работать вместе: биологов, экономистов и многих других. Представители различных научных областей заговорили на одном языке и увидели, что проблемы, которые казались разными, в действительности связаны между собой.
[КШ] Наверное, поначалу работу этих учёных никто не одобрял и не понимал?
[ДГ] Всё было именно так. Я ходил по встречам и заседаниям, где собирались пионеры теории хаоса. Среди них были математики, в основном молодые парни, которые, увлекаясь новой наукой, рисковали академической карьерой: они не могли убедить своих научных руководителей и тьюторов, что занимаются настоящим делом, ставят на ноги новую научную дисциплину.
Я сам тогда был молодым репортёром, и на меня эта атмосфера производила невероятное впечатление. Я искренне старался передать её в своей книге.
*Учёные, первыми обратившие внимание на феномен хаоса, могли многое поведать о постигших их разочарованиях и даже об открытой враждебности, с которой они подчас сталкивались. Выпускников убеждали не писать диссертации по неизвестной дисциплине, о которой их руководителям мало что известно, — подобное ляжет тёмным пятном на всю карьеру. Исследователь, занимавшийся физикой элементарных частиц, прослышав о новой математике, начал использовать в своей работе сие чудесное, хотя и весьма мудрёное изобретение, однако делал это втайне от коллег. Почтенные профессора, шагнув за пределы общепринятых научных изысканий и ощутив непонимание, а зачастую и просто негодование собратьев по цеху, пугались возрастного кризиса. Но испуг отступал перед искусом пережить волнение, порождаемое действительно неизведанным».
(Хаос. Создание новой науки.
— С.-П.: Амфора, 2001)
[КШ] В последнее время появилось множество книг и статей про информацию как средство упорядочения хаоса. Вот и вы спустя 24 года после издания «Хаоса» выпустили книгу «Информация. История. Теория. Поток». Связаны ли как-то между собой эти истории?
[ДГ] Когда я писал книгу о хаосе, то брал интервью у множества учёных, и некоторые из них упоминали статью американского математика и инженера Клода Шеннона «Математическая теория связи» — с неё, собственно, начинается то, что сегодня называется теорией информации. Когда я узнал об этом, по моей спине пробежал холодок. Такой же, как при первом упоминании учёными мужами слова «хаос». Я подумал: «Неужели наука и этим интересуется?» Потому что слово «информация» никак не увязывалось у меня с представлением о том, что может служить объектом научного исследования.
[КШ] Но как-то эти понятия удалось соотнести?
[ДГ] Конечно. Эти парни использовали теорию информации для того, чтобы анализировать хаотические системы.
Они объяснили мне, что существует связь между хаосом и информацией. И эта связь проходит через энтропию. Речь идёт об измерении соотношения порядка и беспорядка в физических системах, а также в системах информационных. Вот чем, оказывается, была теория информации — с самого начала это была история о борьбе порядка с хаосом!
*Между подходами Винера (Норберта Винера, американского математика, основоположника кибернетики. — «КШ») и Шеннона существовала разница. Для Винера энтропия была мерой беспорядка, для Шеннона — неопределённости. На самом деле оба осознавали, что это одно и то же. Чем больше присущего языку порядка существовало в отрывке английского текста — порядка в виде статистических структур, сознательно или подсознательно известных говорящим на языке, — тем больше в нём предсказуемости и тем меньше, в терминах Шеннона, информации передаётся каждой последующей буквой. Когда подопытный уверенно угадывает следующую букву, она избыточна, её появление не несёт новой информации.
Информация — это неожиданность».
(Информация. История. Теория. Поток. — М.: Сorpus, 2016)
[КШ] В оригинале ваша книга называется The Information. Вы используете определённый артикль, то есть речь идёт не об информации вообще, а о каком-то конкретном сообщении. В русском переводе этот смысл теряется. Для чего вы используете этот артикль, какую нагрузку он несёт?
[ДГ] Ха! Это сложный вопрос. Даже для английского языка это необычное название — игра со смыслом. По-русски ведь книга называется Informaciya, верно? Проблема правильной передачи названия возникла не только с русским вариантом. Когда книгу переводили на другие языки, мне приходилось долго дискутировать с моими зарубежными издателями на этот счёт.
Предполагалось, что название будет немного странным, забавным, если вы понимаете, о чём я. Когда вы говорите «the information», то имеете в виду что-то вроде: «Я собираюсь поделиться с вами информацией», или «Я сообщу вам нечто, что вам необходимо знать», или «Я объясню вам основы, сообщу новости».
Сказать «the information» — значит завести речь о чём-то содержательном, отличном от общей болтовни.
[КШ] Вы хотели одновременно и привлечь внимание, и донести содержание…
[ДГ] Наверное, так. Это книга о слове, которое ещё лет сто назад было совсем неважным, абстрактным. А сегодня стало очень значимым — мы постоянно слышим разговоры об «информационной эпохе». Слово «информация» теперь обозначает нечто определённое, специфическое, реальное.
Мы говорим, что музыка, визуальные образы, текст и даже гены — это всё разные типы информации. И используем этот термин для описания вещей, которые кажутся несопоставимыми. Несколько десятков лет назад никто и подумать не мог, что все эти сущности чем-то похожи.
[КШ] И почему же представления поменялись?
[ДГ] Из-за возникновения в середине XX века новой науки — теории информации. Конечно, появилась она не в одночасье, её путь был достаточно извилистым. Однако со временем во многом благодаря Клоду Шеннону стало понятно, что информация является чем-то вещественным — её можно измерить с целью проведения исследования.
И вот после этого признания учёные словно прозрели: они поняли, что слова, музыка, картинки — это одно и то же. Ну а когда ты делаешь для себя такое открытие, то вдруг оглядываешься на всю историю человечества и видишь её совершенно иначе.
*За три столетия до Шеннона новая наука, физика, не смогла продвинуться вперёд, пока Исаак Ньютон не дал старым и расплывчатым словам «сила”, «масса”, «движение” и даже «время” новые значения. Ньютон превратил эти термины в обозначение количества, сделал возможным их применение в математических формулах. До тех пор, например, движение было таким же размытым и общим термином, как информация. Для последователей Аристотеля движение отвечало за широкий спектр разнообразных процессов: созревание персика, падение камня, рост ребёнка, разложение тела. Это было слишком общо. Прежде чем применение законов Ньютона стало возможным, прежде чем научная революция смогла победить, от большей части разновидностей движения пришлось отказаться. <…> То же самое произошло с информацией.
Появилась необходимость в обряде очищения. А затем, когда информацию упростили, очистили и начали исчислять в битах, оказалось, что она повсюду…»
(Информация. История. Теория. Поток. — М.: Сorpus, 2016)
[КШ] В этой книге у вас есть удивительная фраза, что вся история человечества была путём осознания информацией самой себя. Как это понимать?
[ДГ] Прежде я ни разу не писал об истории до ХХ века. Поэтому множество вещей, которые историки принимают как данность, были для меня сюрпризом. Мы знаем, что Исаак Ньютон был одним из создателей классической физики и что он открыл закон всемирного тяготения. Но он-то не знал того, что он первооткрыватель! И никто другой не знал. И пока писал книгу, я спрашивал себя: «А как бы они это узнали?» Сейчас у нас есть интернет, до него были хотя бы научные журналы. Но у Ньютона и его современников даже их не было.
Историки, услышав такие рассуждения, недоуменно пожали бы плечами. Но мне хотелось показать читателям, что мир тогда был совсем другим, в нём главенствовала медленная информация.
Но она совершенствовалась: появился первый научный журнал, потом первые научные сообщества — информация ускорялась, и постепенно мир полностью поменялся.
[КШ] Этой осенью у вас выходит новая книга — я слышал, вы расскажете в ней о путешествиях во времени. Это так?
[ДГ] Да, но есть нюансы. Эта книга тоже началась с личного открытия. Меня поразил тот факт, что до Герберта Уэллса никому и в голову не приходила такая фантазия, как создание устройства для путешествия во времени! Роман «Машина времени» вышел в 1895 году, то есть совсем недавно. Почему никто до этого не задавался вопросами: «А что, если бы я мог перенестись на сто лет вперёд? Мир был бы совсем другим?» Мне очень захотелось выяснить, почему мысль о путешествиях во времени всё-таки зародилась. Докапываясь до истины, я узнал, что за последние сто лет у человечества кардинально изменилось восприятие времени: оно стало более сложным. И все эти фантазии о будущем — мечты, свойственные человеку XX века. Так что моя новая книга не совсем про путешествия — она о времени как таковом и об отношении людей к нему.
[КШ] Каждая ваша книга представляет собой сплав естественно-научного, технического и гуманитарного знания. Вам удаётся создать какую-то междисциплинарную гармонию. Рассказы о физике и математике не кажутся занудными и сложными, наверное, потому, что вы повествуете прежде всего о рождении и развитии идей. Я бы назвал ваш стиль письма reporting on ideas — репортажи об идеях. Вы не против?
[ДГ] О, мне нравится ваше название! Одно время я тоже думал, как классифицировать своё творчество, но, так и не найдя подходящее слово, прекратил эти размышления… Когда я собирал материал для своей первой книги, я был совсем молодым репортёром, много путешествовал, брал интервью у учёных, заставлял их объяснять мне то, чем они занимаются. Я не писал учебник о хаосе и даже не пытался объяснить, что это за наука и какое она имеет значение. Мне хотелось рассказать о самих учёных, о том, как они делают открытия и что при этом чувствуют. И это было как раз тем, что вы назвали репортажем об идеях.
А вот в случае с Ньютоном, когда я писал про него, всё было немножко иначе. Мне не с кем было встретиться и расспросить о чувствах и ощущениях. Я много читал о Ньютоне, и для меня его история была не о физике и математике, а о том, что он видел мир не так, как все его современники и предки.
[КШ] Вы часто подчёркиваете, что вы не учёный, а именно журналист. Меня это удивляет: обычно приходится наблюдать обратное — репортёры, пишущие о науке, стесняются признаться, что они просто журналисты.
[ДГ] Не сталкивался с таким, не знаю. Понимаете, учёные могут долго и упорно писать о предмете своего исследования, рассматривая его с разных сторон. Я быстро начинаю скучать от этого — не хочу писать о вещах, которые меня утомляют. А то, что меня увлекает как неучёного, — это идеи и культура, в которой мы живём. Но о них можно рассказывать только обращаясь к науке, ведь лишь благодаря ей мы знаем о мире всё, что знаем.
[КШ] Позиция ясна. Тогда скажите, на кого вы равняетесь как писатель?
[ДГ] На Джона Хёрси.
За пример беру его книгу «Хиросима». В ней всего 100-150 страниц — история о том, что происходило в Хиросиме, после того как на неё сбросили атомную бомбу. В США в то время все говорили об этой бомбе, восхищались ею. Шла гонка вооружений. А Джон был одним из немногих, кто воспринял этот триумф испытателей сильнейшего оружия массового уничтожения как страшную трагедию и просто уехал в Японию. Он колесил по стране, смотрел на руины, разговаривал с выжившими. Увидел всё своими глазами, услышал всё своими ушами. И написал об этом. Получилась очень мощная книга, потому что автор не пытался как-то изворачиваться и что-то выдумывать, а честно писал о том, чему стал свидетелем. И я стараюсь поступать точно так же.
Подготовил Иван Шунин
Поделиться
НаукаКот Шрёдингера
Хаос. Создание новой науки – аналитический портал ПОЛИТ.РУ
Издательство Corpus представляет книгу Джеймса Глика «Хаос. Создание новой науки» (перевод Михаила Нахмансона и Екатерины Барашковой).
Бестселлер американского журналиста Джеймса Глика, переведенный более чем на два десятка языков, рассказывает историю возникновения науки о хаосе. Начав со случайного открытия метеоролога Эдварда Лоренца, пытавшегося создать модель долгосрочного прогноза погоды, Глик последовательно реконструирует всю цепочку внезапных озарений и необычных экспериментов, которые привели ученых к осознанию, что существуют еще неизвестные им универсальные законы природы. Глик не только рассказывает историю рождения новой науки, но и размышляет над тем, каким образом происходит научный прогресс и какова в нем роль безумных гениев, занимающихся поисками нестандартных решений вопреки имеющемуся знанию.
Предлагаем прочитать начало одной из глав книги.
Странные аттракторы
В больших круговоротах — малые,
Рождающие скорость,
А в малых — меньшие и меньшие,
Рождающие вязкость.
Льюис Ричардсон
Проблема турбулентности имеет богатую историю.
Все великие физики так или иначе размышляли над ней. Плавный поток разбивается на валы и вихревые токи; беспорядочные изгибы разрушают границы между жидкостью и твердой поверхностью; энергия крупномасштабного движения быстро перетекает в мелкие завихрения. Почему? Пожалуй, самые разумные идеи предлагали математики; большинство же физиков попросту опасались тратить время на изучение турбулентности, которая казалась почти непостижимой. Доказательством тому может служить история о Вернере Гейзенберге, известном ученом, занимавшемся квантовой физикой. На смертном одре он признался, что хотел бы задать Господу Богу два вопроса: об основах относительности и о причине турбулентности. «Но думаю, что Господь может ответить мне только на первый из них», — заметил Гейзенберг.
Теоретическая физика и явление турбулентности закончили игру вничью: наука словно подошла к заколдованной линии и замерла возле нее. Вблизи этой магической границы, где жидкости ведут себя упорядоченным образом, есть над чем поработать.
К счастью, плавно текущая жидкость ведет себя совсем не так, как если бы каждая из бессчетного множества молекул двигалась самостоятельно: капельки жидкого вещества, исходно находившиеся рядом, обычно остаются поблизости друг от друга, словно лошади в упряжке. Инженеры-гидротехники располагают вполне надежными уравнениями, описывающими поведение такого ламинарного потока: они используют знания, накопленные еще в XIX веке, когда движение жидкостей и газов являлось одной из первостепенных проблем физической науки.
К нашему времени эта проблема уже ушла в тень, и даже самые глубокие умы верили, что в динамике жидкостей не осталось тайн, кроме одной, неведомой и небесам. С практической стороны все выглядело таким понятным, что с легким сердцем могло быть отдано на откуп специалистам-техникам. По мнению физиков, динамика жидкости из научной проблемы превратилась в инженерную. Молодые светила физики находили себе занятия получше, и исследователи жидкостной динамики попадались уже только на инженерных факультетах университетов.
У практиков интерес к турбулентности всегда был на первом плане, но при этом оставался несколько односторонним и сводился к вопросу, как устранить это явление. Иногда турбулентность даже желательна (как, например, в реактивном двигателе, где эффективное возгорание зависит от быстрого образования смеси), но в большинстве случаев она равносильна бедствию. Турбулентный воздушный поток, воздействуя на крыло самолета, затрудняет взлет. Турбулентный поток внутри нефтепровода задерживает движение жидкости. Правительства и корпорации вкладывают огромные средства в конструирование самолетов, турбинных двигателей, гребных винтов, подводных лодок и других подобных устройств, которые двигаются в жидкой или газообразной среде. Исследователей интересует кровоток в сосудах и сквозь сердечные клапаны, их заботят вихревые токи и водовороты, пламя и ударные волны при взрывах различного типа. Считается, что проектом атомной бомбы во время Второй мировой войны занимались физики-ядерщики, но в действительности все относящиеся к ядерной физике вопросы были решены еще до начала работ, а ученые в Лос-Аламосе занимались газо- и гидродинамическими аспектами.
Что же представляет собой турбулентность? Полную неупорядоченность во всех масштабах, крошечные вихри внутри огромных водоворотов. Турбулентность неустойчива и в высшей степени диссипативна, то есть обладает способностью замедлять движение, истощая энергию. Она суть беспорядочное движение. Но все же каким образом течение жидкости превращается из плавного в турбулентное? Представьте безупречно гладкую полую трубку, в высшей степени стабильный источник водоснабжения, причем вся конструкция надежно защищена от вибраций. А теперь задайте вопрос: как же в потоке, текущем внутри трубы, может появиться что‑то беспорядочное?
Кажется, все правила здесь терпят фиаско. Когда поток плавный, или ламинарный, небольшие помехи исчезают, однако сразу же вслед за появлением турбулентности их количество резко возрастает, загадывая науке новую загадку. Русло ручья у подножия скалы превращается в водоворот, который все увеличивается, расщепляется и кружится по мере движения воды вниз по течению, а струйка сигаретного дыма, что тихо вьется над пепельницей, вдруг ускоряется и, достигнув критической скорости, распадается на бурные вихри.
Порог турбулентности можно наблюдать своими глазами и измерять в ходе лабораторных экспериментов; его можно протестировать для каждого крыла самолета или гребного винта при испытании в аэродинамической трубе. Тем не менее уловить его природу сложно. Как правило, полученным данным не хватает универсальности: изучение методом проб и ошибок крыла «Боинга-707» ничего не дает для проектирования крыла истребителя F-16. Даже суперкомпьютеры оказываются почти беспомощными перед лицом хаотичного движения вещества.
Представим, что нечто сотрясает жидкость, вызывая волны внутри нее. Жидкость обладает вязкостью, и по этой причине сообщенная ей при встряхивании энергия из нее уходит. Если перестать встряхивать жидкость, она естественным образом придет в состояние покоя. Когда вы встряхиваете жидкость, вы сообщаете ей энергию на низкой частоте, или, иными словами, вызываете большие колебания, но первое, что вы заметите после, — что большие колебания как будто разбиваются на мелкие. Образуются вихревые токи, а внутри них — вихревые токи поменьше, каждый из которых рассеивает энергию потока и делает это в характерном ритме.
Еще в 1930‑х годах Андрей Колмогоров предложил некоторое математическое описание, которое помогло представить динамику этих вихревых токов. Ученый рассматривал их во все меньшем и меньшем масштабе — до тех пор, пока не достиг предела, при котором вихри становились столь крошечными, что вязкость вещества на них уже не влияла.
Для простоты описания Колмогоров представил, что вся жидкость состоит из небольших вихревых потоков и в этом смысле везде одинакова. Но подобное предположение об однородности неверно, о чем догадался еще Пуанкаре сорок лет назад, понаблюдав в бурной реке за тем, как водяные завихрения перемежаются с участками спокойного течения. Таким образом, нестабильность течения локальна и энергия фактически рассеивается лишь в части пространства. Если внимательно разглядывать турбулентный поток любого масштаба, можно заметить, что обнаруживаются все новые и новые области спокойного течения. Таким образом, гипотеза об однородности уступает место предположению о перемежаемости.
Такое отчасти идеализированное описание выглядит в высшей степени фрактальным, с чередующимися бурными и плавными зонами, которые заметны при любом масштабе, начиная от крупного и заканчивая мелким. Но и эта картина в определенной мере представляет собой не полное отражение действительности.
Весьма близким к сформулированному выше, но в то же время самостоятельным является вопрос о том, как начинается турбулентность. Каким образом поток жидкости пересекает границу между плавным и бурным? Какие промежуточные стадии пройдет турбулентность, прежде чем даст о себе знать в полной мере? Для ответа на эти вопросы существовала теория, выглядевшая несколько более убедительно. Эта общепринятая парадигма обязана своим появлением Льву Ландау, великому русскому ученому, чьи разработки в области гидродинамики задали стандарт в физической науке. Модель Ландау описывает нагромождение соревнующихся ритмов. Он предположил, что, когда в систему поступает больше энергии, одна за одной возникают новые частоты, каждая из которых несовместима с предыдущей, словно скрипичная струна отзывается на усиление движения смычка звучанием второго, диссонирующего, тона, а затем — третьего, четвертого и так далее, до тех пор пока звуки не сольются в непостижимую какофонию.
Любое жидкое или газообразное вещество представляет собой совокупность единичных частиц-молекул, число которых столь велико, что может показаться бесконечным. Если бы каждая частица двигалась сама по себе, появилось бы бесконечно много вариантов движения жидкости (говоря научным языком, бесконечно много «степеней свободы») и уравнения, описывающие движение, включали бы бесконечное количество переменных. Однако ничего подобного не происходит: движение каждой молекулы в значительной степени зависит от движения ее соседок и степеней свободы (по крайней мере, при спокойном течении) может быть лишь несколько. Потенциально сложные движения остаются связанными, расположенные рядом частицы не расходятся вовсе или расходятся плавно и линейно, образуя аккуратные линии на фотографиях, сделанных в аэродинамической трубе. Частицы в струйке сигаретного дыма также некоторое время поднимаются вверх как единое целое.
Затем появляется возмущение, многообразие таинственных бурных порывов. Иногда такие движения даже получали имена: «осциллятор», «перекрестные ролики», «узел», «зигзаг», «вздутые вены» (какие бывают при варикозном расширении).
По мнению Ландау, возникающие нестабильные движения попросту скапливались, накладываясь одно на другое и создавая таким образом витки с частично совпадающими скоростями и размерами. Умозрительно такая общепринятая модель турбулентности, казалось, подходила под реальные факты, а на ее бесполезность с точки зрения математики смотрели сквозь пальцы. Модель Ландау позволяла сохранить достоинство, хотя то было полное фиаско.
Представим, что вода со слабым свистом медленно струится по трубке или течет внутри цилиндра. Мысленно увеличим давление, вызывая тем самым появление ритмичных колебаний вперед и назад. Жидкость медленно бьет в стенки трубки. Вновь повернем воображаемую рукоятку, увеличив давление. Неизвестно откуда появится вторая частота, не синхронизированная с первой. Дисгармонирующие ритмы, будто соревнуясь, накладываются друг на друга, и вот уже появилось довольно запутанное движение: волны ударяют о стенки трубки, перемешиваясь одна с другой так, что уловить их ритм невозможно.
С ростом давления возникает третья, затем четвертая, пятая, шестая частоты, и все они не соответствуют друг другу, так что поток становится необычайно сложным. Возможно, это и есть турбулентность. Физики приняли такое объяснение, но ни один из них не мог предсказать, когда именно увеличение энергии повлечет возникновение новой частоты или какой та будет. Никто не разглядел этих таинственно появляющихся частот при проведении опыта, потому что теория Ландау о пороге турбулентности фактически не была еще испытана.
Джеймс Глейк: «Информация создает столько же проблем, сколько и возможностей» | Вычисления
Вот парадокс: мы живем в «век информации», и все же информация — безумно неуловимое понятие. Мы обычно путаем его с данными, с одной стороны, и со знаниями, с другой. И все же это ни то, ни другое. Существует загадочная математическая дисциплина под названием «теория информации», которая сегодня лежит в основе всех цифровых коммуникаций и при этом решительно пренебрегает установлением какой-либо связи между информацией и смыслом.
Чтобы преследовать такую неуловимую добычу, нужен смелый автор. Или безрассудный.
Джеймс Глейк — искусный охотник за таинственными идеями. Его первая книга « Хаос » (1987) стала убедительным введением в новую науку о беспорядке, непредсказуемости и сложных системах. Его новая книга « Информация » продолжает ту же традицию. Это ученое, дискурсивное, иногда своенравное исследование очень сложного предмета.
Подзаголовок История, Теория, Потоп выдает игру. Это действительно три книги: одна об истории информации с древнейших времен до наших дней. Он начинается запоминающейся, красиво написанной главой о «говорящих барабанах» Конго и объясняет, как барабан, издающий всего два тона, использовался для быстрой передачи сложной информации на большие расстояния. После этого мы отправляемся в путешествие по истории письменности, возникновению словаря, развитию английского языка, истокам программирования и появлению Сэмюэля Морса и его удивительного электрического телеграфа.
Вторая часть посвящена работе Клода Шеннона, американского математического гения, который в 1948 году предложил общую теорию информации. Шеннон был парнем, который придумал термин «бит» для первичной единицы информации и обеспечил надежную теоретическую основу для электронных коммуникаций (так что в некотором смысле он крестный отец современного мира). Беда заключалась в том, что концептуальная ясность Шеннона зависела от отделения информации от смысла, что и по сей день ставит в тупик всех, кто не является инженером.
Но самые поразительные открытия в книге приходят, когда Глейк начинает исследовать роль информации в биологии и физике элементарных частиц. С того момента, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик взломали структуру ДНК, молекулярная биология фактически стала отраслью информатики. Ибо репликация ДНК — это копирование информации, а производство белков — это передача информации — отправка сообщения.
А еще есть квантовая механика, самая непостижимая часть физики, некоторые из наиболее выдающихся практиков которой, такие как покойный Джон Арчибальд Уилер, начали задаваться вопросом, не может ли их область, в конце концов, быть просто информацией.
«Это из бита», как выразился Уилер. «Каждое оно — каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственно-временной континуум — получает свою функцию, свой смысл, само свое существование… из битов».
Наконец, Глейк исследует «потоп» — поток данных и информации, который сейчас захлестывает нас. В этом разделе Глейк переключается с истории на спекуляции, а это значит, что он сейчас в той же лодке, что и все мы. Этот писатель приветствует его на борту.
Джон Нотон: У этой книги поразительный диапазон, и я многому научился из нее. Он охватывает десятки специализированных областей, некоторые из которых (например, квантовая механика) очень загадочны. Как вам это удалось? Сколько лет это заняло? А ты понял, на что шел?
Джеймс Глейк: Я знал, что это будет растянутый, аморфный проект; Я знал, что он будет посылать побеги и усики во все стороны, и я не знал точно, как мне найти форму. В итоге на это ушло семь лет, но я так или иначе думал об этом долгое время.
Впервые я услышал об этой непонятной вещи, «теории информации», от ученых, занимающихся хаосом. В 1990-х годах я провел некоторое время, собирая материал для спроецированной культурной истории телефона — другими словами, взглянув на предмет с другой стороны. А потом, когда я погрузился в свою последнюю книгу, об Исааке Ньютоне, мне стало казаться, что я уже пишу об информации больше, чем, скажем, о физике.
ДН: Ваш рассказ о жизни и достижениях Ады Лавлейс показался мне очень трогательным. Она вполне может претендовать на звание первого компьютерного программиста, и тем не менее ее история — классический пример того, как блестящие женщины могут быть вычеркнуты из истории, подобно тому, как Розалинда Франклин была в истории о двойной спирали. Было приятно видеть, что ей отдают должное.
JG: Я думаю, что из всех людей, которые приходят и уходят в моей книге, она моя любимица. Хуже того, что она была вычеркнута из истории, она так и не была записана.
Она на короткое время прославилась как дочь Байрона, но никому, за единственным исключением Чарльза Бэббиджа, не довелось увидеть ее огромные математические способности. Мы можем видеть это сейчас в ретроспективе. Она никогда не могла публиковаться под своим именем; никогда не принадлежать к профессиональному обществу; никогда даже не поступать в университет. Тем не менее, работая с Бэббиджем в качестве анонимного младшего помощника, она превзошла его представление о том, что могут делать предложенные им вычислительные машины и чем они могут быть. «Первый программист» подходит. Она была гением.
JN: Самыми трудными для меня были главы, посвященные случайности и физике элементарных частиц, хотя я очень обрадовался, узнав, что великий Ричард Фейнман сказал, что никто не понимает квантовую механику. Были ли эти главы труднее всего писать?
JG: Их было очень весело писать. Наконец я достиг научной границы; точка, где люди, представляющие интерес, живы, работают и доступны для разговора.
Я провел время с Грегори Чайтином [аргентинско-американским вундеркиндом как в математике, так и в информатике], у которого каждый час появляется новая идея, и Чарльзом Беннеттом [исследователем IBM, известным применением квантовой физики в процессе обмена информацией], который показал мне «гроб тети Марты» — его устройство квантовой телепортации — похоронен под грудой книг и бумаг в углу его кабинета.
Тяжело идти нормально. Я считаю, что у всех нас есть право быть немного сбитыми с толку квантовой информатикой и алгоритмической теорией информации.
JN: Клод Шеннон играет центральную роль в книге, и вы очень ярко его изображаете. Чего я не знал, так это того, что докторская диссертация Шеннона была посвящена генетике, рассматриваемой с точки зрения символической логики. Это было для вас неожиданностью?
JG: Полный сюрприз. Я знал, что он написал поразительную магистерскую диссертацию по применению булевой логики к электрическим цепям, но я понятия не имел о работах по генетике.
Я был взволнован, узнав об этом, потому что знал, что связь между информацией и генетикой станет для меня большой темой. А потом оказалось, что работа Шеннона не оказала ни малейшего влияния на современную генетику – он был в своем собственном мире, а диссертация канула в академическое небытие.
Тем не менее, это своего рода интеллектуальная история, которую я просто обожаю. В своих идиосинкразических терминах работа Шеннона в области генетики была явно блестящей. Это было задолго до того, как кто-либо имел представление о ДНК. «Гены» были такими же загадочными и гипотетическими, как атомы для древних греков. Шеннон сказал, что он будет «говорить так, как будто гены действительно существуют», изобрел кучу произвольных символов и приступил к разработке правил рекомбинации и скрещивания, которые, как мы можем видеть задним числом, оказались правильными. Однако он так и не опубликовал его.
JN: Есть интересное совпадение в том факте, что два определяющих прорыва в современных коммуникациях — транзистор и математическая теория информации Шеннона — должны были появиться в одной и той же лаборатории в одно и то же время./origin-imgresizer.eurosport.com/2016/07/04/1889023-39776300-2560-1440.jpg)
ДГ: Думаю, ты знаешь, что я не считаю это совпадением. Место было выбрано правильно: исследовательская лаборатория, которой управляла великая мировая империя связи [Bell Labs, мощное научно-исследовательское подразделение телефонной монополии AT&T], где всевозможным чудакам разрешалось заниматься незавершенными делами без какого-либо явного применения к прибыли. Время было правильным. По земле шагали первые неуклюжие компьютеры с их большими горячими электронными лампами и булевыми схемами. У Шеннона был особый гений — он был одержим правильным набором пестрых идей, необходимых для создания теории информации, — и парни из транзисторов, безусловно, были по-своему особенными. Но эти изобретения должны были появиться, и волей-неволей они появились.
JN: Хотя теория Шеннона была великим прорывом, его настойчивость в отделении информации от значения должна была оттолкнуть многих людей. Было ли желание соединить эти две вещи одной из причин, по которой вы взялись за проект?
ДГ: На самом деле, сначала мне это не пришло в голову.
Мой план с самого начала состоял в том, чтобы изучить происхождение и влияние того, что мы сейчас называем теорией информации, полагая, как и я, что она лежит в основе большей части нашего информационного оборудования и наших информационных сетей и, да, нашего информационного века.
Но, как вы заметили, информация — это не знание. Сейчас мы более болезненно осознаем это, чем когда-либо. Объясняя работу Шеннона, мне постоянно приходилось подчеркивать его точку зрения о неуместности смысла; однако мы прекрасно знаем, что значение — это то, о чем мы действительно заботимся. Это вырисовывалось все больше и больше. В 1950 году в конференц-зале нью-йоркского отеля произошел забавный момент, когда Шеннон пытается объяснить «информацию» антропологам и психологам, таким как Маргарет Мид и Лоуренс Франк, и они немного возмущены. Где люди на этой картинке? Где наши мозги? Если это просто провода и транзисторы, кого это волнует?
И это точно наша проблема сейчас, когда информация дешева, обильна и повсеместна.
Я был воодушевлен, когда наткнулся на комментарий философа и историка Жана-Пьера Дюпюи: «Было неизбежно, что смысл вернется обратно». Я сделал это эпиграфом к моей последней главе. Это наша задача, безусловно.
JN: Разве это не тот случай, когда каждое изменение в нашей коммуникационной среде провоцировало «тревожность перегрузки»? Я могу себе представить, как люди в Венеции в 1560 году жаловались на поток печатных изданий. Или что-то другое в настоящем?
ДГ: Я думаю, что вы необычайно чутки, чтобы представить древние жалобы на информационную перегрузку, но, конечно же, вы правы. Был Лейбниц, оплакивающий «эту ужасную массу книг, которая продолжает расти…». Когда мы жалуемся, что никогда не было так, хорошо иметь некоторый взгляд на вещи. И тем не менее, никогда не было так. Информация никогда не была такой дешевой; наш выбор никогда не был таким многочисленным; какофония еще никогда не была такой грандиозной. Все это знают, и все правы.
Вот почему мы очарованы, если не одержимы, Google, Twitter и всеми остальными видами со странными названиями. Мы знаем, что информация создает столько же проблем, сколько и возможностей.
№ 652: ЭФФЕКТ БАБОЧКИ Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 652.
|
В 1960 году
Лоренц пытался смоделировать погоду. Он написал
упростил уравнения и решил их на примитиве
компьютер. Конечно же, его выход действительно вел себя очень
как настоящая погода. Коллеги наблюдали за его
плечо. Они были очарованы.
Идея была
что если бабочка взмахнет крыльями
Пекин в марте, затем, к августу, ураган
закономерности в Атлантике будут полностью
другой.