Тени разума. В поисках науки о сознании - Пенроуз Роджер. Страница 14
Математические доказательства неразрешимости с помощью вычислительных методов десятой проблемы Гильберта и задачи о замощении весьма сложны, и я, разумеется, не стану и пытаться приводить их здесь {13} . Центральное место в каждом из этих доказательств отводится, в сущности, тому, чтобы показать, каким образом можно запрограммировать машину Тьюринга на решение задачи о диофантовых уравнениях или задачи о замощении. В результате все сводится к вопросу, который Тьюринг рассматривал еще в своем первоначальном исследовании: к вычислительной неразрешимости проблемы остановки— проблемы определения ситуаций, в которых работа машины Тьюринга не может завершиться. В §2.3мы приведем несколько примеров явных вычислительных процедур, которые принципиально не могутзавершиться, а в §2.5будет представлено достаточно простое доказательство — основанное, по большей части, на оригинальном доказательстве Тьюринга, — которое, помимо прочего, показывает, что проблема остановки действительно неразрешима вычислительными методами. (Что же касается следствий из того самого «прочего», ради которого, собственно, и затевалось упомянутое доказательство, то на них, в сущности, построены рассуждения всей первой части книги.)
Рис. 1.2. Плитки полиомино и замощения ими бесконечной евклидовой плоскости (допускается использование зеркально отраженных плиток). Если брать полиомино из набора (с) по отдельности, то ни одно из них не покроет всю плоскость.
Рис. 1.З. Набор из трех полиомино, покрывающий плоскость апериодически (получен из набора Роберта Аммана).
Каким же образом можно применить такой класс задач, как задачи о диофантовых уравнениях или задачи о замощении, к созданию «игрушечной» вселенной, которая, будучи детерминированной, является, тем не менее, невычислимой? Допустим, что в нашей модели вселенной течет дискретноевремя, параметризованное натуральными (т.е. целыми неотрицательными) числами 0, 1, 2, 3, 4, …. Предположим, что в некий момент времени nсостояние вселенной точно определяется одной задачей из рассматриваемого класса, скажем, набором полиомино. Необходимо установить два вполне определенных правила относительно того, какой из наборов полиомино будет представлять состояние вселенной в момент времени n+ 1 при заданном наборе полиомино для состояния вселенной в момент времени n, причем первое из этих правил применяется в том случае, если полиомино покрываютвсю плоскость без зазоров и наложений, а второе — если это не так. То, как именно будут выглядеть подобные правила, не имеет в данном случае особого значения. Можно составить список S 0, S 1, S 2, S 3, S 4, S 5, … всех возможных наборов полиомино таким образом, чтобы наборы, содержащие в общей сложности четноечисло квадратов, имели бы четные индексы S 0, S 2, S 4, S 6, …, а наборы с нечетнымколичеством квадратов — нечетные индексы S 1, S 3, S 5, S 7, …. (Составление такого списка не представляет особой сложности; нужно лишь подобрать соответствующую вычислительную процедуру.) Итак, «динамическая эволюция» нашей игрушечной вселенной задается теперь следующим условием:
Из состояния S nв момент времени tвселенная переходит в момент времени t+ 1 в состояние S n +1, если набор полиомино S nпокрывает плоскость, и в состояние S n+2, если набор S nне покрываетплоскость.
Поведение такой вселенной полностью детерминировано, однако поскольку в нашем распоряжении нет общей вычислительной процедуры, позволяющей установить, какой из наборов полиомино Sn покрывает плоскость (причем это верно и тогда, когда общее число квадратов постоянно, независимо от того, четное оно или нет), то невозможно и численное моделирование ее реального развития. (См. рис. 1.4.)
Рис. 1.4. Невычислимая модель «игрушечной» вселенной. Различные состояния этой детерминированной, но невычислимой вселенной даны в виде возможных конечных наборов полиомино, пронумерованных таким образом, что четные индексы S nсоответствуют четному общему количеству квадратов в наборе, а нечетные индексы — нечетному количеству квадратов. Временная эволюция происходит в порядке увеличения индекса ( S 0, S 2, S 3, S 4, …, S 278, S 280, …), при этом индекс пропускается, когда предыдущий набор оказывается не в состоянии замостить плоскость.
Безусловно, такую схему нельзя воспринимать хоть сколько-нибудь всерьез — она ни в коем случае не моделирует реальную вселенную, в которой все мы живем. Эта схема приводится здесь (как, собственно, и в НРК, с. 170) для иллюстрации того часто недооцениваемого факта, что между детерминизмом и вычислимостью существует вполне определенная разница. Некоторые полностью детерминированные модели вселенной с четкими законами эволюции невозможно реализовать вычислительными средствами. Вообще говоря, как мы убедимся в §7.9, только что рассмотренные мною весьма специфические модели не совсем отвечают реальным требованиям точки зрения C. Что же касается тех феноменов, которые отвечают-таки этим самым реальным требованиям, и некоторых связанных с упомянутыми феноменами поразительных физических возможностях, то о них мы поговорим в §7.10.
1.10. Завтрашний день
Так какого же будущего для этой планеты нам следует ожидать согласно точкам зрения A, B, C, D? Если верить A, то настанет время, когда соответствующим образом запрограммированные суперкомпьютеры догонят — а затем и перегонят — человека во всех его интеллектуальных достижениях. Конечно же, сторонники Aпридерживаются различных взглядов относительно необходимого для этого времени. Некоторые вполне разумно полагают, что пройдет еще много столетий, прежде чем компьютеры достигнут уровня человека, принимая во внимание крайнюю скудость современного понимания реально выполняемых мозгом вычислений (так они говорят), обусловливающих ту тонкость поведения, какую, несомненно, демонстрирует человек, — тонкость, без которой, конечно же, нельзя говорить о каком бы то ни было «пробуждении сознания». Другие утверждают, что времени понадобится значительно меньше. В частности, Ханс Моравек в своей книге «Дети разума» [ 267] приводит вполне аргументированное доказательство (основанное на непрерывно ускоряющемся развитии компьютерных технологий за последние пятьдесят лет и на своей оценке той доли от всего объема функциональной активности мозга, которая на сегодняшний день уже успешно моделируется численными методами) в поддержку своего утверждения, будто уровень «эквивалентности человеку» будет преодолен уже к 2030 году. (Кое-кто утверждает, что это время будет еще короче {14} , а кто-то даже уверен, что предсказанная дата достижения эквивалентности человеку уже осталась в прошлом!) Однако чтобы читатель не очень пугался того, что менее чем через сорок (или около того) лет компьютеры во всем его превзойдут, горькая пилюля подслащена одной радужной надеждой (подаваемой под видом гарантированного обещания): все мы сможем тогда перенести свои «ментальные программы» в сверкающие металлические (или пластиковые) корпуса роботов (конкретную модель, разумеется, каждый выберет себе сам), чем и обеспечим себе что-то вроде бессмертия [ 267, 268].