Физика как Эволюция, Солярис как Апокалипсис

Жизнь как многоуровневое обучение: о серии статей с Ванчуриным, Кацнельсоном и Вольфом об эволюции, теории обучения и термодинамике. trv-science.ru, 22.02.2022
Случилось так, что около восьми лет назад у Евгения Кунина и его ближайшего коллеги-биолога Юрия Вольфа началось большое и плодотворное сотрудничество с известным физиком-теоретиком Михаилом Кацнельсоном. Давно живущий и работающий в Нидерландах, Кацнельсон всегда был что называется «твердотельщиком», успешно занимающимся такими проблемами, как физика магнитных и сверхпроводящих материалов. Мировую же славу и почёт он обрёл вместе с ярким приходом в науку чудо-материала графена. Отчасти потому, что у Кацнельсона с самого начала были близкие контакты с пионерами графена, Андреем Геймом и Константином Новосёловым, а в основном, конечно же, просто благодаря тому солидному научному вкладу, который и он лично сумел внести в развитие данного направления. [o8]

Когда же плодотворные труды над физикой графена примерно к 2012 году достигли ощутимой стадии насыщения, скажем так, у Кацнельсона, как и у всякого творческого человека, возникла естественная потребность поработать над чем-нибудь другим – не менее интересным. Этим «другим» стали два существенно разных поначалу направления, разрабатываемых в параллели.

Первое – это уже упомянутое сотрудничество с Куниным и Вольфом, сосредоточенное на попытках внедрения уравнений и более строгих подходов теоретической физики в исследования эволюционной биологии. Сразу же необходимо подчеркнуть, что как к идее биологов о выведении жизни из концепции бесконечного мультиверса, так и к антропному принципу в целом, Кацнельсон всегда относился крайне скептически. Его как физика в этом сотрудничестве интересовало нечто иное – сложные системы, их возникновение и развитие:

Вопрос: Но вас обоих [с Куниным] волнует появление жизни?

Кацнельсон: … Меня не волнует проблема появления жизни. Я – физик, которого интересует проблема сложности. Сложности именно физико-химических процессов. В своё время я пришел к выводу, что для того, чтобы понять, что такое сложность физико-химических процессов, нужно знать, что понимают под “сложностью” биологи. Потому что они много про это написали. Вот и причина. [o9]

Второе направление исследований, сильно интересующее Кацнельсона и практически никак, казалось бы, не связанное с биологией, – это попытка рационального объяснения природы в основах квантовой физики:

Последние лет семь-восемь, я с моими друзьями и соавторами Хансом де Радтом и Кристель Микильсен пытаюсь, если угодно, «демистифицировать» квантовую механику. Потому что проблема есть. Есть знаменитое высказывание Ричарда Фейнмана, что квантовую механику не понимает никто. Его все повторяют, цитируют, и это, наверно, совершенно правильная констатация того положения дел, которое было, когда он об этом говорил, — в начале 60-х. Но на мой взгляд, если не понимаешь — так постарайся, проделай какую-то работу и пойми. А представляют так, что квантовую механику невозможно понять, и пытаться не надо. Но это неправильно. Понять можно. [o10]

Ну а когда и на этом пути у исследователей стали появляться интересные результаты, произошло знакомство Кацнельсона с русско-американским теоретиком-космологом Виталием Ванчуриным. Который по схожей в чём-то траектории тоже отошёл в тот период от привычных исследований и углубился в нечто действительно для себя новое. В подходы к проблемам фундаментальных основ физики с позиций машинного обучения нейросетей. Логику этого неочевидного подхода Ванчурин поясняет примерно так:

Несмотря на множество попыток объяснения, эффективность глубокого машинного обучения пока что так и не понята. Это довольно удивительно, принимая во внимание, что нейросеть – это очень простой и хорошо задаваемый математический объект. Что же делает анализ сложным, это то, что глубокие нейросети в типичном случае описываются очень большим числом параметров (весовая матрица, вектор смещения, обучающие данные и т. д.). Для таких систем большинство аналитических методов оказывается мало полезным, и приходится опираться на численное моделирование.

Эта ситуация очень похожа на то, что происходит в физике. Физические системы (как классические, так и квантовые) часто могут иметь точное решение, когда количество степеней свободы мало, однако задача становится неразрешимой, когда число степеней свободы большое. К счастью, имеется набор идей, доказавших свою высокую полезность для анализа физических систем со многими степенями свободы. Это статистическая механика. Главная суть [моей затеи] – применить эти методы теоретической физики к анализу машинного обучения. [o11]

Затея Ванчурина стала быстро приносить интересные результаты, позволив с новых позиций взглянуть на основы квантовой физики и гравитации. Когда же стало ясно, что близкие научные интересы двух теоретиков – космолога и твердотельщика – имеют не только интересный общий фундамент в виде концепции вселенной как обучаемой нейросети, но и вполне отчётливо сопрягаются с проблемами эволюционной биологии, Кацнельсон свёл Ванчурина с Куниным и Вольфом.

Вот так и родилась «команда четырёх всадников», удивившая ныне мир своей теорией Физики Эволюции.

О ценном вкладе нового участника их команды Евгений Кунин отзывается так:

[ Виталий Ванчурин ] — Это самое главное имя! Виталий — достаточно молодой физик-теоретик, который занимается инфляционной космологией и работал с такими известными и замечательными физиками-космологами российского происхождения, как Андрей Линде, Александр Виленкин и Вячеслав Муханов — самый цвет современной космологии. В какой-то момент Ванчурин стал интересоваться физико-математической теорией обучения, которая в некотором смысле позволяет создать Новую Физику, физику эволюционирующих систем, к которым относится и вся наша Вселенная. Эта теория обучения позволяет по-новому взглянуть на все протекающие во Вселенной процессы эволюции, из которых жизнь является ярчайшим, но частным случаем, и компактно всё это описать… [o1]

Что есть
В процитированных словах Кунина имеется немалая доля иронии. Начиная с того, что «достаточно молодому физику-теоретику» Ванчурину через три года исполнится 50 (пятьдесят) лет… Глядя, скажем, с позиций оргкомитета Нобелевской премии, где средний возраст награждаемых лауреатов в области физики уже давно перевалил за 70, без малого пять десятков лет в биографии человека действительно могут выглядеть как «почти молодость». Да и для Кунина с Кацнельсоном, которые старше Ванчурина примерно лет на 20, их коллегу по коллаборации естественно относить к «поколению детей».

Но это всё, впрочем, так – смешные пустяки к слову. Действительно же существенно в иронии ситуации то, что нынешние результаты Ванчурина в новой команде весьма ощутимо подрывают позиции его прославленных учителей – «самого цвета современной космологии». Сам Виталий формулирует это следующим образом:

Вопрос: У вас в одной из статей есть вывод, что Вселенная самонастроена на возникновение жизни. Не расскажете подробнее о своём понимании этой идеи?

Ванчурин: Так мы противопоставляем себя популярной концепции в космологии, в рамках которой наблюдаемую Вселенную объясняют с точки зрения антропного принципа: Вселенная такова, какой мы её видим, потому что в любой другой Вселенной мы не задавали бы такого вопроса, так как жизни бы не существовало.
…
Но есть ответ, как мне кажется, получше антропного. Вселенная такая не просто потому, что в других нет жизни, а потому, что она учится. Из-за того что она учится, ей выгодно, с точки зрения теории обучения, произвести внутри себя наблюдателей, которые будут наблюдать. Другими словами, … Мы наблюдаем такую Вселенную не потому, что её кто-то подкрутил для жизни, а потому, что она сама подкручивает все свои параметры, и при них она лучше учится, при них каждый наблюдатель внутри лучше приспособлен к наблюдению всего, что находится вокруг.

Наверное, Виленкин и Линде будут не очень довольны этим нашим заключением, но это то, что следует из теории обучения… [o12]

Евгений Кунин, ясное дело, тоже прекрасно осознает, сколь революционные, без преувеличений, перемены сулит их теория Физики как Эволюции для устоявшегося мировоззрения учёных. Не говоря уже о подрыве «непоколебимых» догм в основах науки. Об этом «подрывном начале», впрочем, Кунин действительно предпочитает не говорить ничего, но о наличии у него определённых предчувствий на данный счёт может свидетельствовать следующая, к примеру, цитата {, где начинающие рушиться ныне догмы выделены фигурными скобками}:

Вопрос: В одной из статей вы говорите, что жизнь — редкая вещь, но она в принципе не уникальна…

Кунин: То, что жизнь возможна, в доказательстве не нуждается, а вот то, что она возникает в какой-то степени закономерно… Да, здесь мы делаем такое предположение, и нужно сказать с совершенной откровенностью, что для меня это … смена мировоззрения.

Я всегда считал жизнь невероятной вещью, возникнувшей случайно на бесконечных просторах пространства и времени. Эти наши теоретические построения заставляют нас думать, что жизнь — это всё-таки закономерный процесс, … возникающий в ходе эволюции сложных систем.

Вселенная эволюционирует с образованием разных уровней обучения и эволюции с самого начала {, с момента Большого взрыва}. Существующие во Вселенной структуры самоорганизуются с возрастающей локальной сложностью. {Разумеется, в целом энтропия Вселенной возрастает, согласно второму закону термодинамики иначе быть не может, но} в огромном числе локальных окружений происходит существенное снижение энтропии в процессе обучения… [o1]

Перефразируя сказанное чуть-чуть по-другому, исследователи вполне отчётливо осознают, что полученные ими результаты – об изначально встроенном в систему самообучении и о её постоянном эволюционном усложнении – практически никак не сочетаются со священными догмами науки. Ни с идеей о Big Bang (термоядерном взрыве, якобы «породившем всё»), ни со вторым началом термодинамики (требующим нарастания беспорядка, а не увеличения сложности в системе). [i3]

А поскольку и сама концепция в основе новой теории, и подкрепляющая её сильная математика выглядят для разработчиков весьма убедительно, сам собой встаёт и вопрос о том, как проверить и подтвердить теорию экспериментами. Михаил Кацнельсон говорит на данный счёт так:

На мой взгляд, эти две статьи [o2, o3] суммируют то, что мы до сих пор делали. Но полного удовлетворения ни у кого из нас нет: всё-таки если мы действительно хотим попытаться использовать методы и подходы теоретической физики в биологии, то не следует забывать о том, что физика — наука экспериментальная и в ней, в конце концов, очень важно то, что ты начинаешь обсуждать какие-то экспериментальные данные, что-то можешь объяснить или, ещё лучше, предсказать.

Эта цель пока не достигнута, потому что у нас есть некая концептуальная схема и, что очень важно, математический аппарат, которым можно пользоваться. Это надо применять к реальным задачам, к реальным системам, пытаться проверить какие-то предсказания — как раз то, чем мы сейчас начали заниматься… [o13]

Поскольку опубликовано и сказано это всё буквально только что, в феврале 2022, результаты работ с экспериментальной проверкой теории планируется получить в обозримом будущем. Как будут выглядеть эти результаты, никто, понятное дело, пока не знает. Но зато можно в общих чертах обрисовать, как будет выглядеть дальнейшее развитие теории для Физики как Эволюции.

Что будет – и при чём здесь Солярис
В сентябре 2021 года исполнилось сто лет со дня рождения великого фантаста, футуролога и визионера Станислава Лема. В связи с этой круглой датой в СМИ появлялись комментарии от самых разных известных людей относительно того, какое влияние Лем и его книги оказали на их жизнь. Нашлось что сказать и нашим главным героям. [o14]

Вопрос для Кунина: Какой текст у Лема вы больше всего любите?
Евгений Кунин: «Сумма технологии» была исключительно интересна, но реальное впечатление и влияние на меня произвёл «Солярис».
Вопрос: Повлиял ли Лем на ваше желание стать учёным?
Кунин: На желание — нисколько, совершенно другие были стимулы. Но на ход моих скромных мыслей о природе и происхождении жизни «Солярис» влиял и влияет. Потому что он ставит вопросы о возможности фундаментально другой организации жизни, по сравнению с земной, и, более конкретно, о том, обязательна ли для жизни индивидуальность, различение своего и чужеродного. Ответ — обязательна, и в этом смысле Солярис невозможен.

Вопрос для Кацнельсона: Повлиял ли Лем на ваше желание стать учёным?
Михаил Кацнельсон: Были гораздо более сильные влияния, но […] Многочисленные замечания о случайности и о природе эволюции, разбросанные по книгам Лема, мы всерьёз обсуждаем в научных дискуссиях с коллегами, например с Евгением Куниным. Недавно был крайне интересный разговор вокруг цитаты из «Непобедимого» — насчёт того, что жизнь либо не возникает вообще, либо создаёт невероятное разнообразие форм. Ну и «Солярис», конечно, как пример от противного (такого быть не может, но очень интересно обсудить, почему). В этом смысле Лем — единственный писатель-фантаст, который практически напрямую влияет на мою научную работу…

После таких ответов естественно задаться вопросом. Всё-таки почему же обоих из предводителей междисциплинарной коллаборации – и биолога Кунина, и физика Кацнельсона – так сильно зацепил именно «Солярис» Лема? Ведь они вроде бы совершено уверены, что «такого быть не может»?

Согласно основам Физики Эволюции (от ККиВВ), одной из важных особенностей любой самообучаемой системы – включая и человека, конечно – является многослойная структура переменных, в которой каждый слой работает с иной скоростью. В переложении на многоэтажную структуру сознания человека это означает, что внутренние уровни (медленно эволюционирующие от жизни к жизни слои) нашего разума и помнят, и знают существенно больше, чем наш внешний, быстро обучающийся слой «активного разума».

Из автобиографических свидетельств Станислава Лема достоверно известно, что роман «Солярис» – это по сути своей Апокалипсис. То есть важные и необычные «новые знания» о нашем будущем, получаемые человеком при необычных обстоятельствах. В конкретном случае с Лемом – как череда неожиданных видений, предоставленных его активному разуму из недр собственного сознания. [i4]

На самом высоком из уровней нашего сознания (наблюдающем за эволюцией и не разделяющем мир на своё и чужое) все мы изначально знаем, что полученная Лемом информация – это даже не «то, что может быть», а то, как природа устроена на самом деле. Как единая вселенная, в циклах своего существования ветвящаяся и эволюционирующая подобно своим фрагментам – биологическим организмам. И одновременно мыслящая как распределённый повсюду супер-разум, сплетённый из кос сознания всего, что есть во вселенной.

Более того, на нижнем из интеллектуальных, эволюционирующих уровней нашего сознания – в современной математике, теоретической физике и информатике – уже наработан по сути весь технический инструментарий и концептуальный аппарат, необходимый для постижения того, как вся эта скрытая от нас механика и биология «вселенской нейросети» устроена в терминах реальной науки (голографии, акустики и оптики, волн и частиц). [i5]

Осталось только собрать всё уже наработанное в одно понятное и самосогласованное целое.

Ну а команда Кунина и Кацнельсона, Вольфа и Ванчурина – это не просто готовый для такой задачи мощный коллектив, но и учёные, уже сделавшие очень важные первые шаги в нужном направлении.

# источник

энтропия

-Вселенная, как и любая другая замкнутая система, стремится к состоянию с максимальной энтропией [4]. Все происходящие в ней процессы, от горения звезд до формирования планет, ведут к увеличению общего беспорядка. Энергия, изначально сконцентрированная в звездах и галактиках, постепенно рассеивается в пространстве, становясь все более равномерно распределенной.