Соответственно, и начать этот рассказ имеет смысл с воспоминаний молодой женщины по имени Эмбер Кейс, абсолютно никакого отношения к Шеннону, на первый взгляд, не имеющей...

Воспоминания относятся к раннему детству девочки – из самого начала 1990-х, когда Эмбер было всего 4 или 5 лет. Ребенок был явно неординарный – внимательные родители быстро это заметили, так что папа читал дочке перед сном не обычные в таком возрасте сказки, а разные истории из совсем не детской научно-популярной книжки «Эволюция сознания».

И вот как-то однажды за подобным чтением, когда потребовалось наглядно пояснить интересную идею, папа взял лист бумаги, нарисовал на нем две точки, А и Б, после чего спросил у дочери про самый короткий путь между точками. Эмбер сказала: «Прямая линия». Да, согласился отец, но можно еще короче – и сложил лист бумаги так, что теперь две точки стали соприкасаться...

«Так я впервые узнала про идею "кротовых нор" в пространстве», – рассказывает Эмбер Кейс. Идея про сжатое время и сжатое пространство столь глубоко поразила маленькую девочку, что с той поры она стала думать об этом чуть ли не каждую ночь. И ныне, уже давно став взрослой, окончив университет и обретя среди профессионалов широкую известность в качестве одного из лидеров «цифровой философии», Кейс по-прежнему часто думает о межпространственных туннелях. Но уже в несколько ином, антропологическом контексте:

«Когда вы погружаетесь в антропологию действительно глубоко, вы обнаруживаете, что тут изучается компрессия пространства и времени. Инфотехнологии – вот что теперь сжимает расстояние между точками А и Б, то есть расстояние между людьми...» 

Самый главный текст в этом сборнике, знаменитый шедевр ученого под названием «Математическая теория связи», публикация которого в 1948 году ознаменовала рождение совершенно новой научной области под названием «теория информации», начинался с такой фразы:

Ни в 1948 году, ни в начале 1990-х, ни даже сегодня в науке как не было, так и нет действительно полного понимания того, насколько глубокие концепции и тайны в устройстве природы, материи и сознания затронула «Математическая теория связи», равно как и многие другие из его работ, сделанных позднее и по сию пору считающихся легкомысленными развлечениями эксцентричного ученого-инженера.

Собственно, и сам Шеннон отнюдь не считал, что занимался делами великой важности, о чем неоднократно говорил примерно в таких словах:

Самое занятное здесь то, что едва ли не все из «совершенно бесполезных вещей», устройство которых с огромным любопытством изучал Шеннон, теперь демонстрируют прямое и непосредственное отношение к решению наиболее трудных задач новейшей теоретической физики...

Для зачина такой факт. Буквально только что по историческим меркам, осенью 2015 года, в США начала работать очень мощная и представительная международная коллаборация ученых под названием «It from Qubit» (Это все из кубита[1]). В нее входят известнейшие в науке люди, исследующие существенно разные области фундаментальной теоретической физики и квантовых вычислений. Они собрались в команду для того, чтобы совместными усилиями решить-таки «задачу задач» – о сведении квантовой теории микромира и теории гравитации макрокосмоса в единую согласованную картину. Причем сделать это совершенно определенно планируется на основе квантовой теории информации...

Надо сразу подчеркнуть, что на сегодняшний день подобные идеи звучат все еще очень необычно не только для людей, далеких от науки, но также и для множества ученых, профессионально занимающихся разработкой актуальных физических проблем. По сию пору практически всюду, от учебных курсов университетов до планов научных исследований в академиях, задачи развития фундаментальных основ физики и задачи построения эффективных квантовых компьютеров существуют совершенно отдельно друг от друга.

То есть у научного сообщества в целом пока и близко нет ощущения, что вместе с решением сугубо прикладной задачи создания настоящего квантового вычислителя любого нужного размера человечество одновременно постигнет и великую тайну природы. Ту самую причину, из-за которой на протяжении вот уже столетия никому из мудрейших никак не удается совместить в единую картину теорию квантовой физики и теорию гравитации Эйнштейна.

Чтобы стало яснее, отчего квантовая информатика в качестве «ключа ко всему в природе» пока что воспринимается большинством ученых со скепсисом и недоверием, имеет смысл хотя бы вкратце обрисовать, что конкретно принесла человечеству теория информации Шеннона. 

Когда Клод Шеннон в 1940-е годы задался целью решить главную проблему связи – об эффективной доставке сообщения из точки А в точку Б, – он сразу сформулировал задачу предельно абстрактно. Сообщение может быть чем угодно: буквой, словом, фразой, числом, речью, музыкой, картинкой. Без разницы что – ЭТО просто надо передать из одного места пространства в другое, а для пересылки требуется коммуникационный канал.

Как любят излагать идею теперь, Шеннон отделил среду передачи от собственно сообщения. Сейчас идея может казаться тривиальной, но в те времена уже существовал дикий зоопарк разнообразных технологий связи, причем каждая жила собственной жизнью. Телефон и телеграф, радиосвязь и телевидение, радары и еще множество других систем, в изобилии придуманных в годы Второй мировой войны. Для работы с каждой из них специфику сообщения рассматривали в неразрывном сочетании с физикой конкретной среды передачи.

Революционный подход Шеннона позволил дать объединяющую, общую теорию для всех коммуникаций в целом. Выделив идею «сообщения», он привел все виды связи к единой форме абстрактных математических терминов. Сформулировав на языке математики внятное определение того, что означает весьма смутная прежде концепция «информации» конкретно для инженеров связи, ученый одновременно предложил и аккуратный способ эту информацию измерять. Благодаря этому стало ясно, каким образом информацию следует кодировать – как для защиты от искажений, так и для наиболее быстрой, эффективной передачи.

Фундаментальной же основой для новой теории стала простая и одновременно гениальная идея Шеннона, согласно которой информационное содержимое в сообщении абсолютно любого типа может быть измерено в двоичных цифрах 0 и 1. Или, кратко, в «битах»...

Это был воистину новаторский подход к задаче, совершенно никак не следовавший из того, как решались проблемы прежде, и фактически возвестивший зарю «эпохи информации», подлинная революция в компьютерно-коммуникационных технологиях. 

Далеко не столь очевидным, особенно для компетентного сообщества ученых, пока что представляется другое утверждение, согласно которому появление в науке «бита» как фундаментальной порции информации вполне можно приравнивать к появлению в физике основополагающей идеи о квантах энергии.

Подробнее о том, насколько глубоким и близким к истине на самом деле является данное сопоставление, будет рассказано ниже. А пока – для более адекватного представления о подлинном масштабе вклада Шеннона в науку XX века – полезно привести такое мнение специалиста:

«Понятно искушение сравнивать Шеннона с Эйнштейном... Однако, хотя очертания свершений Эйнштейна огромны, и никто этого не будет отрицать, надо понимать вот что. Ведь мы все не живем на самом деле в эпоху относительности. Мы живем в эпоху информации.

И именно Шеннон – тот человек, чьи отпечатки пальцев сегодня имеются на каждом из наших электронных устройств, на каждом компьютерном экране, в который мы смотрим, на каждом из устройств цифровой связи. Он один из тех, кто преобразовал наш мир до такой степени, что после этой трансформации старый мир просто оказался забыт...» 

Но вспомним помимо общеизвестных фактов и другие бесспорные, но чрезвычайно странные вещи, связанные с Шенноном. О них мало кто знает, а если и знают, то стараются забыть.

Самый поразительный из этих фактов: всем известно, скажем, что о жизни и творчестве Альберта Эйнштейна в мире написано великое множество самых разных биографических книг. Столь же внушительная библиотека биографий имеется и про создателей квантовой физики: Бора, Гейзенберга, Шредингера, Дирака и так далее. Но никто словно не замечает, что о долгой жизни и богатейшем творчестве Клода Шеннона по сию пору не появилось НИ ОДНОЙ подобной книги...

Почему так – никто вам ничего внятного не ответит. Но есть сильные основания предполагать, что это вовсе не случайность. 

Родившийся в 1911 году и покинувший этот мир в 2008-м, Джон Уилер за свою долгую жизнь сумел охватить новую физику столетия не только в переносном, но и в совершенно прямом смысле. До войны ученик и соратник Нильса Бора, в годы войны один из активных создателей атомной бомбы, после войны общепризнанный лидер в развитии гравитационно-геометрических идей Эйнштейна, Уилер известен на этой планете почти всем. Как минимум в качестве отца широко употребимых ныне терминов «черные дыры» и «кротовые норы».

Нобелевскую премию получить ему не довелось, однако для измерения реального масштаба научных вкладов ученого всегда имеются и другие мерки. Например, число и качество учеников, пришедших в науку под руководством наставника. У Джона Уилера данный список не слишком велик, но, по сути дела, это краткий перечень чуть ли не всех ключевых фигур, обеспечивших нынешний перевод физики на язык и понятия квантовой информатики.

Самый первый аспирант Уилера из периода 1930-х  –  впоследствии нобелевский лауреат Ричард Фейнман. Он стал первым из физиков, кто сформулировал и обосновал идею о реалистичности создания квантовых компьютеров. Один из поздних аспирантов Уилера, Дэвид Дойч, в середине 1980-х выдвинул и описал концепцию универсального квантового вычислителя для решения широкого спектра научных задач.

Еще одна знаменитая диссертация, подготовленная под руководством Уилера в 1950-е, была написана Хью Эвереттом, который на базе идей из теории информации Шеннона сформулировал принципиально новую интерпретацию квантовой механики и заложил основы для весьма популярной ныне концепции мультиверса, или многомирия. Существенно иной взгляд на приложение информатики выдвинул в 1970-е годы другой аспирант Уилера, Якоб Бекенштайн, поначалу занимавшийся исследованиями термодинамической энтропии черных дыр, затем сумевший преобразовать эту физику в понятия теории информации, и в итоге заложивший фундамент для выстраивания голографической концепции мироздания.

Наконец, нельзя не упомянуть и самого последнего из аспирантов Уилера, Макса Тегмарка. Ныне Тегмарк широко известен как автор концепции «математической вселенной», сочетающей в единое целое материю и сознание, а также как автор идеи о том, что сознание является одним из фазовых состояний материи – подобно тому, как у всякого твердого тела есть состояния жидкости или газа.

Абсолютно во всех из этих работ учеников Уилера очевидно просматривается опора на теорию информации Шеннона. Причем и в текстах самого Джона Уилера, где он оттачивал и развивал свою концепцию «Это все из бита», постоянно и естественным образом идут отсылки к теории информации. Но при этом, что не может не поражать, нигде ни словом не упоминается имя Клода Шеннона. И даже в основополагающей обзорной статье «Поиск взаимосвязей», процитированной в начале этого раздела и содержащей внушительную библиографию на 179 позиций, нет ни единой ссылки на его работы.

Никто и никогда на эти умолчания не обращает внимания, поэтому и объяснений для столь странного игнорирования никем не предлагается. Хотя понятно, наверное, что это никак не может быть «случайным недосмотром» – слишком уж заметную роль идеи Шеннона играют во всей этой истории.

Как сам факт этого проекта и темы его исследований, так и конкретные имена участников долгое время были государственной тайной. Ныне уже многое – хотя и далеко не все – из истории JASON рассекречено и открыто опубликовано. Клод Шеннон никогда и никакого участия в данном проекте не принимал.

Более того, хотя в 1940-е годы на протяжении всего периода войны он активно работал над секретными задачами в стенах Bell Labs, в конце 1950-х Шеннон не только покинул этот исследовательский центр, но и вообще фактически ушел с передовых рубежей науки, занявшись тихой преподавательской деятельностью в Массачусетском технологическом институте.

В отличие от другой компьютерной звезды МТИ тех лет, отца кибернетики Норберта Винера, Шеннон не делал никаких громких политических заявлений с осуждением милитаристов. Однако жизнь и работу свою он выстроил на тех же по сути принципах, что и Винер, абсолютно никак не участвуя в усилиях государства и коллег по утверждению американского военно-технического доминирования в мире. 

Сегодня общепризнано, что теория информации Шеннона при своем рождении опережала уровень тогдашних технологий связи и компьютеров примерно на четверть века. Про то, насколько опережали свое время последующие разработки Шеннона – из периода его домашне-гаражного творчества, никаких общепризнанных мнений нет, известно о них немногим. Но хотя бы несколько ярких примеров надо привести обязательно.

Когда на рубеже 1980-90-х годов началось развитие направления квантовых компьютеров, центральное место в теории заняла новаторская (как принято считать) концепция «кубита» – физического носителя бита информации, который в силу своей квантовой природы находится в состоянии суперпозиции, одновременно объединяющей в себе оба состояния 0 и 1, а в классическое однозначное состояние переходит на этапе получения ответа – в соответствии с вероятностными законами уравнений.

А вот как, для сравнения, выглядит разработка Клода Шеннона из начала 1960-х годов – специализированный аналоговый мини-компьютер, имевший размер пачки сигарет и созданный им для повышения шансов на выигрыш в рулетку. С точки зрения механики природа рулетки представляет собой суперпозицию двух состояний: колесо крутится в одну сторону, шарик бегает по колесу в противоположном направлении. Уравнения циклического движения для обеих частей системы достаточно просты. Однако при каждом запуске шарика вмешивается очень много обстоятельств, отчего исход эксперимента оказывается случайным событием. Но как и в квантовой механике, для успешного решения задачи здесь вовсе не требуется знать точный ответ, достаточно лишь умело оперировать вероятностями исходов. Именно это, собственно, и делал компьютер Шеннона – хорошо предсказывая вероятный сектор приземления шарика, исходя из его известной скорости запуска и начальной скорости вращения колеса рулетки... Для людей, знакомых с физикой кубита, аналогии тут совершенно прозрачные.  

Другой пример – из области фундаментальной физики, где вплоть до сегодняшнего дня теоретическая наука не в силах внятно объяснить загадку равенства масс. Иначе говоря, непонятно, как работает в природе тот механизм, из-за которого инертная масса объекта, определяющая изменение его скорости в зависимости от приложенной силы, оказывается в точности равна его массе гравитационной, определяющей силу притяжения к Земле. Равенство это ниоткуда, вообще говоря, не следует, однако упорно сохраняется в измерениях любой точности – объяснения этому пока нет.

Клод Шеннон, ясное дело, прямого ответа на этот вопрос нам тоже не оставил. Но всю свою жизнь очень активно интересовался теорией и практикой жонглирования. В области теории он доказал на этот счет особую математическую теорему, емко и кратко описывающую весь процесс. А в области практики не только умело жонглировал сам, имея почетный диплом «доктора» этого дела, но и мастерил множество разнообразных жонглирующих машин. Самый же впечатляющий из аппаратов этого ряда был сконструирован и настроен со столь высокой точностью, что мог жонглировать тяжелыми шариками сколь угодно долго, пока его не выключали.

Главным фактором успеха в этой нетривиальной задаче было то, что жонглировала машина не «на подброс», а «на отскок». При подбросе предметов ловить их жонглеру приходится в момент наибольшей скорости, что есть дело сложное. А вот при жонглировании на отскоке, наоборот, шарики у Шеннона кидаются вниз, на мембрану барабана, а ловятся в самый подходящий момент – когда они подвисают в воздухе. Или иначе, когда кинетическая энергия объекта становится в точности равна его энергии потенциальной...

Пока что никто не видит тут простой ответ на фундаментальную загадку природы о равенстве инертной и гравитационной масс, однако ждать, судя по всему, осталось уже недолго – принимая во внимание популярность у современных теоретиков идеи о Вселенной как о «мире на мембране».     

Наконец, пример третий тоже непосредственным образом связан с устройством Вселенной. В частности, с весьма нетривиальной геометрической структурой или топологией пространства космоса. Сам Шеннон, как обычно, совершенно не думал, что этот его интерес имеет столь величественные масштабы. Но как и ко всем своим бесполезным затеям, относился к идее построения «зеркальных комнат» с большим энтузиазмом. 

История эта относится к последним годам полноценной жизни Шеннона, поскольку вскоре болезнь Альцгеймера стала необратимо разрушать мозг ученого. Однако в 1987-м, когда болезнь еще не взяла свое, Шеннон во время интервью обозначил такую тему:

Вопрос (журнал OMNI): Это правда, что вы исследовали идею зеркальных комнат?

Шеннон: Да. Я пытался установить все возможные варианты зеркальных комнат, имеющие смысл. То есть таких комнат, чтобы если вы смотрели по сторонам, находясь внутри, то все пространство оказалось бы поделенным на целую кучу комнат и вы находились бы в каждой из них, а вся эта картина уходила бы в бесконечность без каких-либо противоречий.

Я думаю, что было бы семь таких комнат. Я планировал их все построить – здесь, у себя в доме, места тут хватает – и устраивать людям волнующий аттракцион. Самым простым вариантом был бы обычный куб, где вы просто увидели бы бесконечную серию себя самих, уходящую в дальнюю даль. А все пространство было бы вполне разумно поделено на такие кубические структуры. Но вот другие типы комнат, вроде тетраэдра и так далее, обещали намного более сложные и интересные структуры. И я бы их построил, если бы только сумел закончить все другие мои проекты!

Чтобы по достоинству можно было оценить этот незавершенный проект Шеннона из 1980-х, надо иметь хотя бы общее представление о том, что в начале 2000-х годов астрофизические исследования фонового космического излучения позволили выявить в геометрии Вселенной отчетливые сигналы о замкнутой додекаэдрической топологии пространства. Или иначе – признаки устройства космоса как зала зеркал (подробности см. в ссылках дополнительного чтения)... 

В этом интересном контексте самое время вспомнить про цифрового философа Эмбер Кейс. Вспомнить, во-первых, для того, чтобы процитировать ее известные слова о творчестве Клода Шенона, которые теперь – в свете новой информации – должны прозвучать совершенно по-особому:

Ну а во-вторых, вспомнить еще и для того, чтобы процитировать слова коллег и поклонников творчества самой Эмбер Кейс:

Несложно, вероятно, заметить, что в точности те же самые слова – причем куда в большей степени – можно отнести и к Клоду Элвуду Шеннону. Воистину человеку из будущего.