Что такое «образ» машины? Возможно ли, чтобы наличие этого «образа»,
воплощенного в одной машине, позволило любой машине, не обладающей
какими-либо специфическими функциями, воспроизвести такую же машину,
которая была бы либо абсолютно похожа на исходную, либо слегка
отличалась от нее, причем так, что это отличие можно было бы истолковать
как результат изменчивости?
Может ли новая и несколько измененная машина сама функционировать в
качестве прототипа даже в том случае, когда она отличается от своего
собственного машинного прообраза?
Здесь автор поставил своей целью дать ответ на эти вопросы, и ответ
положительный. Значение того, что я здесь выскажу, или, вернее, того,
что я уже высказывал в более специальном аспекте своей книги
«Кибернетика», связано с тем, что математики обычно называют
доказательством теоремы существования.
Здесь я намерен дать набросок идей. Я приведу лишь один метод, который
позволяет машинам воспроизводить друг друга. Я вовсе не хочу сказать,
что это единственно возможный метод воспроизведения; я не хочу также
сказать, что этот метод машинного воспроизведения пригоден для
биологического воспроизведения, так как это, безусловно, не так. Однако,
как бы ни отличалось механическое воспроизведение от биологического, это
сходные процессы, завершающиеся одними и теми же результатами; вот
почему анализ одного процесса может привести к выводам, имеющим значение
для исследования другого процесса.
Для серьезного анализа проблемы создания одной машиной другой машины по
своему образу и подобию мы должны остановиться подробнее на понятии
«образ и подобие» и уточнить его.
Следует при этом помнить, что существуют образы и
образы. Пигмалион создал статую Галатеи по образу и подобию своего
идеала возлюбленной, но, после того как боги вдохнули жизнь в его
статую, она стала образом его возлюбленной в значительно более реальном
смысле. Она превратилась из «зримого» образа в функциональный образ.
Копировальный станок может воспроизвести по модели ружейного ложа
образец, который, в свою очередь, может быть использован для создания
ружейного ложа, и это просто сделать потому, что назначение самого
ружейного ложа очень просто. С другой стороны, электрическая схема может
выполнять сравнительно сложную функцию, а ее изображение, воссозданное
печатной машиной, использующей типографскую металлическую краску, может
функционировать так же, как изображаемая ею схема.
Такие печатные схемы сейчас нашли очень широкое распространение в
различных областях современной электротехники.
Таким образом, помимо изображений, передающих внешний образ объекта, мы
можем иметь и его функциональный образ. Эти функциональные образы —
копии, выполняющие функции своего оригинала, могут иметь, а могут и не
иметь внешнего сходства с ним. Независимо от того, будут они или не
будут иметь сходство, они могут заменить оригинал в его действии, и в
этом заключается гораздо более глубокое подобие копии оригиналу. Здесь
мы рассмотрели возможность воспроизведения машин с точки зрения их
функционального подобия.
Но что такое машина? С некоторой точки зрения машину можно рассматривать
как первичный двигатель, т. е. как источник энергии. В данном случае мы
будем опираться на другую точку зрения. Для нас машина — это устройство
для преобразования входных сообщений в выходные.
С этой точки зрения сообщение — это последовательный ряд величин,
представленных в виде соответствующих сигналов. Такие величины могут
быть и электрическим током, и напряжением, но они не исчерпываются лишь
этими двумя физическими величинами. Кроме того, составные сигналы могут
быть либо непрерывными, либо дискретными. Машина преобразует
определенное число таких входных сообщений в определенное число выходных
сообщений. При этом каждое выходное сообщение в любой момент времени
зависит от входных сообщений, полученных до этого момента. На своем
техническом жаргоне инженер высказал бы эту мысль так: «Машина — это
преобразователь с множеством входов и выходов».
Однако большая часть рассматриваемых ниже вопросов в большей или меньшей
степени отличается от тех проблем, которые возникают при рассмотрении
преобразователей с одним входом и одним выходом. Это может натолкнуть
инженера на мысль, что дальше пойдет речь о хорошо ему известной
классической выдаче определения импеданса или адмитанса электрической
цепи или же об определейии отношения напряжений.
Однако это не совсем точно. Импеданс и адмитанс и отношение напряжений —
понятия, которые могут быть использованы с любой степенью точности лишь
в случае линейных цепей, т. е. цепей, для которых сумма входных сигналов
за определенное время соответствует сумме соответствующих выходных
сигналов.
Это условие выполняется в цепях, составленных из чисто активных
сопротивлений, емкостей, чисто индуктивных сопротивлений, и в цепях,
подчиняющихся законам Кирхгофа и состоящих исключительно из комбинаций
этих элементов. Для этих цепей входной сигнал, с помощью которого можно
испытать данную электрическую цепь,— это напряжение, описываемое
тригонометрической функцией, частоту которого можно изменять, а
амплитуда и фаза его точно известны. Тогда выходной сигнал будет
представлять собой серию колебаний той же частоты; при этом, сравнивая
амплитуду и фазу выходного сигнала с входным, можно получить полную
характеристику цепи или преобразователя.
Если цепь нелинейна и содержит, например, выпрямители или ограничители
напряжения и другие подобные приборы, то входной сигнал, описываемый
тригонометрической функцией, уже не будет наиболее подходящим
испытательным сигналом. В этом случае «тригонометрический» входной
сигнал не будет давать «тригонометрического» выходного сигнала. Более
того, строго говоря, линейных цепей вообще не существует, а существуют
только цепи с лучшим или худшим приближением к линейности.
Испытательный входной сигнал, который мы выбрали для нелинейных цепей
(кстати, им можно пользоваться
и для линейных цепей), имеет статистический
характер. Теоретически, в отличие от тригонометрического входного
сигнала, частоту которого нужно изменять во всем диапазоне частот, это
единый статистический ансамбль входных сигналов, которые могут быть
использованы для всех преобразователей. Такой сигнал известен под
названием «дробовый шум».
Выходной сигнал преобразователя, получающийся при заданном входном
сообщении,— это сообщение, которое зависит одновременно от входного
сообщения и от свойств самого преобразователя.
При самых обычных условиях преобразователь задает способ преобразования
сообщения и мы рассматриваем выходное сообщение как преобразованное
входное сообщение. Однако существует ряд обстоятельств (и они в основном
возникают, если входное сообщение несет минимум информации), когда мы
можем рассматривать информацию, содержащуюся в выходном сообщении, как
исходящую главным образом от самого преобразователя. Нельзя представить
себе входное сообщение, которое несет меньше информации, чем хаотический
поток электронов, создающих дробовый шум; поэтому входной сигнал
преобразователя, возбуждаемого дробовым шумом, можно рассматривать как
сообщение, отображающее действие самого преобразователя.
В самом деле, выходной сигнал характеризует действие самого
преобразователя при любом возможном входном сообщении. Это происходит
благодаря тому, что в конечном интервале времени существует конечная
(хотя и малая) вероятность того, что дробовый шум на входе создаст на
выходе любое возможное сообщение с любой заданной степенью точности. По
этой причине статистика сообщения, получаемого на выходе преобразователя
при заданном нормированном статистическом входном сигнале, формирует
«функциональный образ» преобразователя, и вполне понятно, что он может
быть использован для воссоздания эквивалентного преобразователя в другом
физическом исполнении. Следовательно, если мы знаем, как преобразователь
будет реагировать на входной шумовой сигнал, то мы знаем в силу самого
факта, как он будет реагировать на любой входной сигнал.
То, что преобразователь — это машина, выступающая, с одной стороны, как
прибор и, с другой — как сообщение,
наводит на мысль о столь дорогой физику дуальности,
примером которой служит двойственная природа волн и частиц. Этот дуализм
напоминает нам о том, что суть биологической смены поколений можно метко
выразить известным афоризмом (не помню, кому он принадлежит — Бернарду
Шоу или Самуэлю Батлеру): «Курица — это лишь средство, используемое
яйцом, чтобы снести другое яйцо».
Итак, машина может создавать сообщение, а сообщение может создавать
другую машину. Ранее эта мысль была уже использована мною; в частности,
я говорил, что в принципе возможно переслать человеческое существо по
телеграфу. Позвольте мне тут же заметить, что трудности, возникающие при
этом, намного превышают мои способности их преодолеть. В настоящее
время, а возможно и в течение всего существования человеческого рода,
такая идея может оказаться практически неосуществимой, но это не значит,
что ее нельзя постичь.
Даже совершенно не касаясь трудностей практического использования идеи в
случае с человеком, отметим, что она безусловно осуществима в случае
созданных человеком машин меньшей степени сложности. Именно это я и
предлагаю в качестве метода самовоспроизведения нелинейных
преобразователей. Сообщения, в которых может быть воплощена функция
заданного преобразователя, будут также охватывать все воплощения
преобразователя, имеющие тот же функциональный образ. Среди этих
воплощений есть по меньшей мере одно с определенным типом физической
структуры, и именно это воплощение я предлагаю воссоздать по сообщению,
несущему функциональный образ машины.
При описании какого-то конкретного воплощения, которое будет мною
выбрано для функционального образа машины, подлежащей воспроизведению, я
даю также формальный признак этого образца. Для того чтобы это описание
было чем-то большим, чем плод расплывчатой фантазии, оно должно быть
облечено в математические термины, а математический язык — это язык,
малодоступный широкому кругу читателей, для которых эта книга
предназначается. Я уже выразил эти идеи математическим языком в книге
«Кибернетика», в главе IX, выполнив тем самым свой долг перед
специалистами. Однако, если бы я оставил рассмотрение данного предмета
на той стадии, я бы не выполнил своего долга перед читателем, для
которого предназначена эта книга.
Вот почему я постараюсь далее ограничиться тем, что перескажу смысл
математических выкладок, выражающих суть данного предмета.
Если мы используем один и тот же аппарат и для анализа машин, и для их
синтеза, проводимого в соответствии с результатами анализа, то мы
воспроизведем функциональный образ этой машины. На первый взгляд может
показаться, что это потребует вмешательства человека. Однако легко (во
всяком случае намного легче, чем провести анализ и синтез) добиться
того, чтобы результаты анализа представлялись не в виде отсчетов по
шкалам приборов, а как показания ряда потенциометров.
Итак, насколько нам позволяют число доступных элементов и точность
современной техники, мы заставим черный ящик неизвестной нам структуры
перевести функциональные свойства (образ действия) на комплексный белый
ящик, первоначально приспособленный к восприятию любого функционального
образа. Это в сущности очень похоже на то, что происходит в
основополагающем акте воспроизведения живой материи. Здесь тоже
субстрат, способный принять множество форм (в данном случае молекулярных
структур), заставляет принять какую-то определенную форму благодаря
наличию структуры, которая уже обладает данной формой.
Когда я представил результаты своего анализа само-размножающихся систем
на суд философам и биохимикам, то они были встречены следующим
заявлением: «Но ведь эти два процесса совершенно различны. Любая
аналогия между живым и неживым, несомненно, совершенно поверхностна. В
настоящее время процесс биологического размножения раскрыт до мельчайших
деталей, и он ничего не имеет общего с процессом, который вы
приписываете размножению машин».
С одной стороны, машины сделаны из стали и латуни, тонкая химическая
структура которых не имеет ничего общего с их функциями как частей
машин. Живая же материя остается живой вплоть до мельчайших частей,
которые характеризуют ее как один и тот же тип материи, а именно — до
молекулы. Кроме того, размножение живой материи происходит хорошо
известным путем, в котором цепочка нуклеиновых кислот как матрица
определяет расположение аминокислот в сййтезируемых молекулах, и эта
цепочка — двойная, состоящая из пары дополнительных спиралей. Когда они
отделяются, то каждая из них вбирает в себя молекулярные остатки,
необходимые для восстановления двойной спирали исходной цепочки.
Ясно, что в деталях процесс воспроизведения живого вещества отличается
от процесса воспроизведения машин, который я здесь набросал. Габор в
одной из работ указал на пути воспроизведения машин, определяемых менее
жесткими законами, чем тот, который я привел. Они, пожалуй, в большей
степени будут схожи с явлением размножения живых существ. Живая материя,
безусловно, имеет тонкую структуру, более присущую ее функциям и
процессу размножения, чем части неживой машины, хотя это и может не
относиться в равной мере к тем новейшим устройствам, которые
функционируют на принципах физики твердого тела.
Однако даже живые системы не являются живыми (по всей вероятности) ниже
молекулярного уровня. Кроме того, при всех различиях между живыми
системами и обычными механическими системами неверно было бы
отказываться от мысли, что системы одного типа могут в какой-то мере
помочь нам раскрыть сущность организации систем другого типа.
Такой случай вполне возможен, когда пространственная и функциональная
структуры, с одной стороны, и сообщения во времени — с другой,
взаимообратимы. Шаблонное рассмотрение процесса воспроизведения еще не
раскрывает нам полностью всей картины этого сложного процесса. Должен,
по-видимому, существовать какой-то обмен информацией между молекулами
генов и молекулярными остатками, который нужно искать в питательной
жидкости, причем эта связь должна быть динамической. Было бы вполне в
духе современной физики предположить, что предшествующим звеном в такой
связи были какие-то поля излучения. Неверно было бы категорически
утверждать, что между процессом воспроизведения у машин и у живых
существ нет ничего общего.
Осторожным и консервативным умам высказывания подобного рода часто
кажутся менее рискованными, чем поспешные высказывания об аналогии
живого и неживого. Однако, если опасно утверждать без достаточных
доказательств, что существует аналогия, в равной
мере опасно отвергать аналогию, не доказав ее нелогичность.
Интеллектуальная честность — это не то же, что отказ от принятия
интеллектуального риска, а отказ даже рассмотреть новую концепцию,
вызывающую эмоциональное возбуждение, не имеет особого оправдания с
этической точки зрения.
Мысль о том, что бог якобы создал человека и животных, что живые
существа воспроизводятся по своему подобию и что существует возможность
воспроизведения машин,— все это явления одного порядка, вызывающие такое
же эмоциональное возбуждение, какое в свое время вызвала теория Дарвина
об эволюции и происхождении человека. Если сравнение человека с
обезьяной наносило удар по нашему самолюбию (но мы теперь уже преодолели
этот предрассудок), еще большим оскорблением ныне считают сравнение
человека с машиной. Каждая новая мысль в свой век вызывает некоторую
долю того осуждения, которое вызывал в средние века грех . колдовства.
Я уже упоминал о возможности наследования свойств в процессе их
самовоспроизведения и о дарвиновской теории эволюции на основе закона
естественного отбора. В «машинной генетике», рассматриваемой в качестве
одного из типов эволюции через естественный отбор, мы должны учитывать и
изменчивость и наследование изменчивости. Предполагаемый нами вид
генетики машин охватывает оба фактора. Изменчивость возникает из-за
неточности осуществления процесса копирования, в то время как
скопированная машина сама может служить прототипом для дальнейшего
копирования. В действительности в то время как в исходном
одноступенчатом процессе копирования копия оказывается похожей на
оригинал не по внешнему виду, а по функциональному образу, на
последующей стадии копирования пространственная структура сохраняется и
копия содержит уже и внешние и функциональные признаки оригинала.
Очевидно, что в процессе копирования в качестве нового оригинала может
быть использована предыдущая копия. Иными словами, изменения наследуемых
свойств сохраняются, хотя они и подвергаются дальнейшим изменениям.