Читать книгу Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер - Сет Ллойд - Страница 3

– Спочатку був біт, – так розпочав я.

У каплиці в монастирі XVII століття, який прихистив Інститут дослідження комплексних систем у Санта-Фе, зібралося багато вчених-завсідників: фізиків, біологів, економістів, математиків, – серед них і лауреати Нобелівської премії. Великий старець від астрофізики та квантової гравітації Джон Арчибальд Вілер доручив мені надскладне завдання – прочитати лекцію на тему «Все походить від біта». Я прийняв завдання. І коли мене почали долати сумніви, чи варто було, відступати вже виявилось надто пізно. Я тримав яблуко в руці.

– Усе, що існує, походить із інформації, або бітів, – продовжив я, нервово підкидаючи яблуко в повітрі. – Це яблуко є ідеальним прикладом. Яблука вже тривалий час асоціюються з інформацією. Яблуко – плід знань, чий смак приніс у світ смерть та інші негаразди. Воно містить інформацію про добро і зло. Саме за траєкторією падіння яблука Ньютон відстежив закон усесвітнього тяжіння, а викривлена поверхня яблука є образом викривленого просторово-часового континууму Ейнштейна. Ще безпосередніше: у насінні яблука зашифровано генетичний код – структуру майбутніх яблунь. І остання деталь, але не найменша за значенням: яблуко містить вільну енергію – енергію, збагачену калоріями-бітами, потрібними нашому організмові для функціонування.

Я вкусив яблуко.

– Без сумніву, в цьому яблуку міститься багато видів інформації. Але скільки інформації там?

Я поклав яблуко на стіл та обернувся до приладової панелі, щоб виконати деякі обчислення.

– Цікаво відзначити, що кількість бітів у яблуку відома від початку ХХ століття, ще до того, як з’явилося слово «біт». Спочатку комусь може здатися, ніби в яблуку міститься безліч бітів, але це не так. Насправді закони квантової механіки, які керують усіма фізичними системами, роблять скінченною кількість бітів, необхідну для зумовлення мікроскопічного стану яблука та його атомів. Кожному атому, згідно з його розташуванням та швидкістю, відповідають лише декілька бітів; кожному ядерному спіну1 в атомному ядрі відповідає лиш один-єдиний біт. Унаслідок цього в яблуку міститься лише в кілька разів більше бітів, ніж атомів, – кілька мільйонів мільярдів мільярдів нулів та одиниць.

Я повернувся обличчям до аудиторії. Раптом помічаю – яблука немає. Отакої. Хто б міг його взяти? Я кинув погляд на доброзичливе обличчя Вілера та на безтурботний вираз Мюррея Ґелл-Манна, нобелівського лауреата, автора відкриття кварків та володаря одного з найбільш авторитетних поясів чемпіона з фізики у світі.

– Я не можу продовжувати без яблука. Немає його – немає біта, – заявив я і присів.

Це тривало лише мить, доки яблуко не віддав єхидний інженер із Bell Laboratories. Я взяв його й тримав на висоті, щоб ускладнити спробу вчинити чергову крадіжку. Та це виявилося помилкою. Деякий час, правда, здавалося, що все добре. Я продовжив:

– Усі біти рівні за кількістю інформації, яку вони можуть передавати. Біт (скорочення від терміна «бінарна одиниця інформації») має два розрізнювальні стани – 0 або 1, «так» або «ні», орел або решка. Будь-яка фізична система з такими станами містить чітко один біт. Система з більшою кількістю станів – більше бітів. Система з чотирма станами (наприклад: 00, 01, 10, 11) містить два біти; система з вісьмома станами (наприклад: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) – три біти і так далі. Як я вже казав, квантова механіка гарантує: будь-яка фізична система зі скінченною енергією, що міститься в скінченному об’ємі простору, має обмежену кількість розрізнювальних станів, і тому їй відповідає обмежена кількість бітів. Інформацію містять усі фізичні системи. За словами Рольфа Ландауера, науковця з корпорації IBM, «інформація – фізична».

У цей момент Ґелл-Манн перебив мене:

– Невже всі біти справді рівні? От, наприклад, біт, який каже нам про те, чи деякі широко відомі математичні гіпотези істинні. Порівняйте його з бітом у довільному киданні жеребу. Деякі біти важливіші за інші.

– Так, погодився я. Різні біти відіграють різні ролі у Всесвіті. Усі біти передають одну й ту саму кількість інформації, але якість і важливість тієї інформації різняться. Значущість «так» залежить від того, яке питання поставлено. Два біти інформації, що встановлюють природу пари нуклеотидів у ДНК яблука, значно важливіші для поколінь майбутніх яблук, ніж біти інформації, породженої тепловим зміщенням атома карбону в одній із молекул яблука. Лише кілька молекул та їхніх супровідних бітів необхідні для передачі запаху яблука, тоді як мільярди і мільярди бітів потрібні для того, щоб дати яблуку поживну цінність.

– Але, – запитав Ґелл-Манн, – чи існує математично точний спосіб кількісного визначення значущості біта?

– У мене немає готової розгорнутої відповіді на це питання, – відповів я, все ще тримаючи яблуко. – Значущість біта інформації залежить від того, яким чином обробляється інформація. Інформацію передають усі фізичні системи, і коли вони еволюціонують у часі, то трансформують і обробляють ту інформацію. Якщо електрон «тут» – це 0, то електрон «там» – 1, і коли електрон пересувається «звідси» «туди», він перевертає свій біт. Природна динаміка фізичної системи може вважатись обчисленням, у якому біт не лише передає 0 або 1, але й також є інструкцією: 0 може означати «роби це», а 1 – «роби те». Значущість біта залежить не лише від його цінності самої по собі, а й від того, яким чином ота цінність діє на інші біти впродовж тривалого часу в процесі обробки інформації, що утворює динамічну еволюцію Всесвіту.

Я продовжував визначати біти яблука та детально роз’яснювати роль, яку ті біти відіграють у процесах, що формують характеристики яблука. Все йшло добре. Я виконував завдання на тему «Все походить від біта» й успішно відповідав на численні питання. Принаймні мені так здавалося.

Коли я закінчив лекцію та зійшов з трибуни, хтось підскочив до мене ззаду. Одна особа в аудиторії серйозно сприйняла мою проблему з викраденням яблука. То був Дойн Фармер, високий чоловік атлетичної статури, один із засновників теорії хаосу. Він схопив мене за руки та змусив випустити яблуко. Щоб вирватися з його лещат, я штовхнув його до стіни. Зображення фракталів та фото індіанців попадали. Та звільнитися не вдалось, бо Фармер штовхнув мене додолу. Ми котилися по підлозі, перекидаючи стільці. А яблуко зникло. Перетворилося просто на біти.