Давайте скажем то же самое на языке биологии: одна-единственная мутация в 20-й клетке может повлечь за собой серьезнейшие последствия.





Давайте теперь скажем то же самое на формальном языке теории хаоса: эта система демонстрирует чувствительность к начальному состоянию 20-й клетки.

Давайте сформулируем то же самое максимально глубокомысленно: бабочка в 20-й клетке или взмахнула крылышками, или не взмахнула.

Обожаю такие вещи. Во-первых, с их помощью можно моделировать биологические системы – эту идею внимательно изучил Стивен Вольфрам[134]. Клеточные автоматы к тому же необычайно круты, поскольку их размерность можно увеличить. Версия, которую изучали мы, одномерная: вы начинаете с линии клеток и генерируете новые линии. Игра «Жизнь» (придуманная ныне покойным математиком Джоном Конвеем из Принстонского университета) – это двумерная версия: вы начинаете с решетки ячеек, генерируете решетки следующих поколений и получаете совершенно завораживающие динамические, хаотические паттерны; ячейки в них называются «живыми» и «умирающими». Свойства все те же самые: вы не можете предсказать зрелое состояние, основываясь на начальном, – вы вынуждены моделировать каждый промежуточный шаг; вы не можете понять, каким было начальное состояние, потому что несколько начальных состояний могут сходиться к одному и тому же зрелому (к конвергенции мы еще вернемся); система демонстрирует чувствительность к начальным условиям{167}.

(Существует и другой классический способ познакомить с теорией хаоса. Однако здесь я не стану его касаться, поскольку на собственном преподавательском опыте убедился в его чрезвычайной сложности и/или своей неспособности его доступно изложить. Если вам интересно, почитайте о водяном колесе Лоренца, удвоении периода и значении периода 3 для возникновения хаоса.)

Разобравшись наконец с азами теории хаоса, мы можем переходить к следующей главе, где узнаем о том, как концепции теории хаоса нежданно-негаданно обрели невероятную популярность, заронив семена еще одной разновидности веры в свободу воли.

6

Хаотична ли свобода воли?

ЭПОХА ХАОСА

Вы, наверное, думаете, что потрясение, вызванное в начале 1960-х гг. теорией хаоса, странными аттракторами и чувствительностью к начальным условиям, быстро охватило весь мир, кардинально изменив все на свете – от интеллектуальных философских споров до повседневных забот.

Ничего подобного. Революционную статью Лоренца, увидевшую свет в 1963 г., встретили гробовым молчанием. Прошли годы, прежде чем ему удалось собрать группу единомышленников, в основном физиков-аспирантов из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, которые, согласно поздним легендам, проводили немало времени под кайфом и изучали хаотичность на примере протекающего крана[135]. Ведущие теоретики старательно игнорировали открытия Лоренца и всё, что из них следовало.

Отчасти это пренебрежение объяснялось ужасно неудачным названием новой теории, поскольку на самом деле «теория хаоса» описывает нечто противоположное нигилистическому хаосу – напротив, она исследует структуры, скрытые в кажущемся хаосе. Но основная причина медленного старта этой теории заключалась в том, что исследовать неразрешимые нелинейные взаимодействия между большим числом переменных в парадигме редукционизма – сплошное мучение. Поэтому ученые пытались изучать сложные вещи, ограничивая число рассматриваемых переменных, чтобы объект изучения не шалил и поддавался исследованию. Естественно, это приводило к ложному выводу, что мир в основном штука линейная и аддитивно предсказуемая, а нелинейная хаотичность – всего лишь странная аномалия, которую можно с чистой душой игнорировать. Так продолжалось до того момента, когда закрывать глаза на новые знания стало уже невозможно, поскольку выяснилось, что хаотичность скрывается за самыми интересными сложными вещами. Клетка, мозг, человек, общество устроены скорее как хаотические тучки, чем как редуктивные часы{168}.

К 1980-м гг. теория хаоса как научная дисциплина переживала период бурного роста (это случилось примерно в то время, когда первое поколение укуренных физиков-отступников стало занимать профессорские должности в Оксфорде и основывать компании, применявшие теорию хаоса для извлечения прибыли на фондовом рынке). Откуда ни возьмись появились специализированные журналы, конференции, кафедры и междисциплинарные институты. Печатались научные статьи и книги, посвященные роли хаоса в образовании, корпоративном управлении, экономике и на фондовом рынке, в искусстве и архитектуре (высказывалась интересная идея, что природа кажется нам красивее, скажем, офисного здания в стиле модерн, поскольку она содержит как раз нужную долю хаоса), в литературоведении и в культурных исследованиях телевидения (было замечено, что, подобно хаотическим системам, «телеспектакли и просты, и сложны одновременно»), в неврологии и кардиологии (что интересно, и там и там малая хаотичность оказалась негативным фактором[136]). Были даже научные статьи, посвященные связи теории хаоса с теологией (включая одну с прекрасным названием «Хаос как союз рая и ада», автор которой писал: «Те из нас, кто желает соединить современную культуру с богословской мыслью, не могут позволить себе обойти вниманием теорию хаоса»){169}.

Тем временем интерес к теории хаоса, как ее понимали, прорвался и в сознание широкой публики – кто бы мог такое предсказать? Расплодились настенные календари с фракталами. Романы, стихи, кинофильмы, телевизионные сериалы, многочисленные музыкальные группы, альбомы и песни выносили «странный аттрактор» или «эффект бабочки» в заглавия и на обложки[137]. На сайте фан-клуба мультсериала «Симпсоны» сообщается, что в одном из эпизодов, где Лиза тренирует бейсбольную команду, она читает книгу под названием «Применение теории хаоса к анализу бейсбола». И мое любимое: в романе «Теория хаоса», вышедшем в серии «Обворожительные ботаники» издательства Harlequin, главная героиня кладет глаз на красавчика-инженера Уилла Дарлинга. Несмотря на его расстегнутую рубашку, кубики пресса и бесстыжий томный взгляд, читателю должно быть понятно, что Уилл все-таки ботаник – ведь он носит очки{170}.





Растущий интерес к теории хаоса поднял шум, какой могли бы издавать трепещущие крылья мириад бабочек. Тут уж естественно и неизбежно разные мыслители принялись утверждать, что непредсказуемость и хаотичность человеческого поведения и есть то самое пространство, где резвится свобода воли. Будем надеяться, что уже охваченный нами материал, объясняющий, чем хаотичность является, а чем не является, поможет доказать, что ничего подобного быть не может.

Головокружительная идея, будто хаотичность доказывает существование свободы воли, встречается по крайней мере в двух вариантах.

ПЕРВЫЙ ЛОЖНЫЙ ВЫВОД: СВОБОДНО ВЫБИРАЮЩАЯ ТУЧКА

Верующие в свободу воли особо упирают на отсутствие предсказуемости – на бесконечных жизненных развилках мы выбираем между Х и не-Х, и это порою влечет за собой самые серьезные последствия. И никто, будь он даже семи пядей во лбу, не сможет предсказать результаты каждого такого выбора.

Выступая в том же ключе, физик Герт Эйленбергер пишет: «Такого просто не может быть, чтобы математические конструкции полностью и исчерпывающе отражали реальность». Потому что, пишет Эйленбергер, «математические способности вида Homo sapiens принципиально ограничены в силу своей биологической основы… Вследствие [хаотичности] детерминизм Лапласа[138] не может быть абсолютным, и вопрос о существовании случайности и свободы снова открыт!» Восклицательный знак в конце поставил сам автор; а если уж физик расставляет в своих работах восклицательные знаки, значит, он настроен серьезно{171}.

Биофизик Келли Клэнси придерживается похожего мнения относительно хаотичности в мозге: «Со временем хаотические траектории будут тяготеть к [странным аттракторам]. Поскольку хаосом можно управлять, он обеспечивает необходимый баланс между стабильностью и поиском. А поскольку он непредсказуем, то он серьезный кандидат на динамический субстрат свободы воли»{172}.

К ним присоединяется и Дойн Фармер, что меня расстраивает, если вспомнить, что он был одним из первых апостолов теории хаоса и должен бы знать все это лучше. «В философском плане меня ошеломило, [что хаотичность – это] действенный путь примирения свободы воли с детерминизмом. Система является детерминированной, но мы не знаем, как она себя поведет в дальнейшем»{173}.

И последний пример: философ Дэвид Стинбург напрямую связывает рожденную хаосом свободу воли с моралью: «Теория хаоса позволяет связать факты с ценностями, открывая все их по-новому». И чтобы подчеркнуть эту связь, свою статью Стинбург опубликовал не в каком-то там научном или философском журнале, он опубликовал ее в Harvard Theological Review{174}.

Итак, группа мыслителей отыскала свободу воли в структуре хаотичности. Компатибилисты и инкомпатибилисты наивно спорят, может ли свобода воли существовать в детерминированном мире, но теперь мы можем пропустить весь этот шум мимо ушей, поскольку, как утверждают вышеупомянутые ученые, хаотичность доказывает, что мир не детерминирован. Как резюмирует Эйленбергер, «но поскольку мы теперь знаем, что крошечные, неизмеримо малые различия в начальном состоянии могут привести к совершенно разным конечным состояниям (то есть решениям), физика не способна эмпирически доказать невозможность свободы воли»{175}. С этой точки зрения индетерминизм хаоса означает, что пусть он не помогает доказать существование свободы воли, но зато он позволяет доказать, что и ее отсутствие доказать невозможно.

Но теперь перейдем к критической ошибке, которая сквозит во всех этих рассуждениях: детерминизм и предсказуемость – это совершенно разные вещи. Даже если хаотичность непредсказуема, она тем не менее детерминирована. Эту разницу можно сформулировать несколькими способами. Вот один из них: детерминизм позволяет объяснить, почему что-то произошло, а предсказуемость позволяет сказать, что будет дальше. Другой способ – обратиться к трудной для понимания разнице между онтологией и эпистемологией; в первом случае речь идет о том, что происходит, то есть о детерминизме, а во втором – о том, что поддается познанию, то есть о предсказуемости. Третий способ – это разница между «детерминированным» и «детерминируемым» (давшая нечитабельное название нечитабельной статье философа Харальда Атманспахера «Детерминизм – онтический, детерминируемость – эпистемическая», Determinism Is Ontic, Determinability Is Epistemic){176}.

Специалисты рвут на себе волосы из-за того, что любители уравнивать хаотичность со свободой воли не видят этой разницы. «Постоянно встречается путаница между понятиями детерминизма и предсказуемости», – пишут физики Серджио Капрара и Анджело Вульпиани. Первый в истории философ без имени Г. М. К. Хант из Уорикского университета пишет: «В мире, где идеально точные измерения невозможны, классический физический детерминизм не влечет за собой эпистемического детерминизма». Аналогичную мысль высказывает философ Марк Стоун: «Хаотические системы, даже если они детерминированы, не являются предсказуемыми [то есть эпистемически детерминированными]. То, что хаотические системы непредсказуемы, не означает, что наука не в состоянии их объяснить». Философы Вадим Батицкий и Золтан Домотор в своей работе с замечательным названием «Когда хорошие теории дают плохие предсказания» (When Good Theories Make Bad Predictions) называют хаотические системы «детерминированно непредсказуемыми»{177}.

Вот вам способ осмыслить этот чрезвычайно важный момент. Вернувшись к фантастическому паттерну из прошлой главы, я подсчитал, что его длина составляет около 250 строк, а ширина – 400 столбцов. Итого в нем примерно 100 000 клеток, каждая из которых либо пустая, либо заполненная. Возьмите большой лист разграфленной бумаги, скопируйте начальное состояние этого клеточного автомата, то есть его первую строку, и проведите годик, без сна и отдыха применяя правило 22 к каждой последующей строке, пройдясь простым карандашом по всем 100 000 клеток. В итоге у вас выйдет та же самая картина, что и на рисунке. Отдышитесь и сделайте это во второй раз – результат будет тот же. Поручите дело дрессированному дельфину, обладающему необычайными способностями к повторению, – и получите такой же результат. Сто третий ряд не выйдет другим, поскольку в сто втором ряду вы или дельфин решили вдруг, что судьба какой-нибудь клетки будет зависеть от духа, который вами движет, или от мнения Греты Тунберг. Полученный паттерн – результат поведения полностью детерминированной системы, которая руководствуется восемью инструкциями, составляющими правило 22. Ни на одной из 100 000 развилок никакого другого результата быть не могло (если только не из-за случайной ошибки; но, как мы увидим в главе 10, возводить здание свободы воли на фундаменте случайных сбоев – дело весьма сомнительное). Как невозможно отыскать нейрон, возбуждающийся без всякой причины, так не найти и клетки, состояние которой ничем не обусловлено.

Давайте рассмотрим это в контексте человеческого поведения. На дворе 1922 г., и перед вами 100 молодых людей, которым суждено прожить обычную жизнь. Вам говорят, что примерно через 40 лет 1 из 100 собьется с пути, начнет вести себя импульсивно, неприемлемо, почти преступно. Вот вам пробы крови каждого из них, изучайте. Увы, вы никак не сможете предсказать, у кого из них шанс пойти по кривой дорожке окажется выше случайного.

А теперь перенесемся в 2022 г. Та же когорта, и снова вам сообщают, что через 40 лет один из них слетит с катушек. Но на этот раз у вас есть возможность секвенировать геномы испытуемых. У одного из них обнаруживается мутация в гене под названием MAPT, который кодирует важный для мозга тау-белок. Вуаля – и теперь вы в состоянии точно предсказать, кто из них к 60 годам продемонстрирует симптомы поведенческого варианта лобно-височной деменции{178}.

Вернемся в когорте 1922 г. Интересующий нас тип начал подворовывать в магазинах, кидаться на незнакомцев и прилюдно мочиться. Почему он так себя ведет? Потому что он так решил.

Отщепенец из когорты 2022 г. ведет себя таким же неприемлемым образом. Почему? Потому что в одном из его генов имеется мутация, которая и предопределила такое поведение[139].

Согласно логике только что процитированных мыслителей, поведение человека из когорты 1922 г. порождалось его свободой воли. Не «чем-то, что мы ошибочно полагали свободой воли». Это и была свобода воли. А в 2022 г. это уже не она. С этой точки зрения свобода воли – это то, что мы называем биологией, которую пока не понимаем достаточно хорошо, чтобы делать прогнозы, а когда мы ее поймем, она свободой воли быть перестанет. Не мы перестанем ошибочно принимать ее за свободу воли. Она буквально перестанет ею быть. Что-то здесь не так, если тот или иной акт свободы воли существует лишь до тех пор, пока не уменьшится наше незнание. Да, наше интуитивное представление о свободе воли действительно работает таким образом, но сама свобода воли так не работает.

Мы совершаем какой-то поступок, ведем себя определенным образом, и нам кажется, что мы это поведение сами выбрали, что внутри, отдельно от всех этих нейронов, существует некое «я», обитель воли и субъектности. Наши ощущения буквально кричат об этом, поскольку мы не понимаем и не можем себе вообразить тех скрытых течений нашей биологической истории, которые это поведение вызвали. Непростая задача – преодолеть это интуитивное ощущение, пока ждешь того знаменательного момента, когда ученые научатся точно предсказывать поведение людей. Но соблазн приравнять хаотичность к свободе воли показывает, насколько труднее отказаться от этого ощущения, зная, что наука так никогда и не сможет в точности предсказывать поведение детерминированной системы.

ВТОРОЙ ЛОЖНЫЙ ВЫВОД: БЕСПРИЧИННЫЙ ПОЖАР

Большая часть очарования хаотичности проистекает из факта, что, применив к системе простые правила детерминизма, можно получить что-нибудь затейливое и совершенно непредсказуемое. Как мы только что видели, если спутать хаотичность с индетерминизмом, нас неминуемо затянет в воронку веры в свободу воли. Перейдем к другой проблеме.

Вернемся к рисунку, где было показано, что при применении правила 22 два разных начальных состояния приходят к идентичному паттерну и, следовательно, невозможно узнать, какое из этих двух состояний его породило.

Это явление называется конвергенцией. Термин часто используется в эволюционной биологии. В этом случае речь идет не столько о том, что невозможно сказать, от какого из двух вероятных предков произошел тот или иной вид (например, «Три или пять ног было у предка слонов? Как знать!»). Тут речь скорее о такой ситуации, когда два разных вида приходят к одному и тому же решению задачи на выживание[140]. Представители аналитической философии называют этот феномен – когда к одному и тому же решению можно прийти разными путями – переопределенностью. При конвергенции не избежать потери информации. Ткните в любой ряд в центре клеточного автомата, и вы не только не сможете предсказать, что произойдет, но и не сможете понять, что уже произошло и каким из возможных путей система пришла к своему нынешнему состоянию.

У проблемы конвергенции имеется удивительная параллель в истории права. Так, например, в здании А из-за чьей-то халатности начинается пожар. Рядом, из-за халатности кого-то еще, совершенно независимо от первого, вспыхивает пожар в здании В. Два пожара распространяются навстречу друг другу и сходятся, сжигая здание Б, расположенное между ними. Владелец здания Б подает в суд на соседей. Но на ком из этих двух нехороших людей лежит ответственность? Не на мне, говорит каждый из них в суде, – если бы моего пожара не было, здание Б все равно сгорело бы. И это работало – ни один из владельцев не нес ответственность. Так было до 1927 г., когда в деле «Кингстон против Чикагской и Северо-Западной железной дороги» суд постановил, что ответственность можно делить, а вина может быть частичной{179}.

Еще пример: представьте группу солдат, выстроившихся в расстрельную команду, чтобы привести в исполнение смертный приговор. Независимо от того, насколько энергично жмет солдат на спуск в порыве послушания Господу Богу и стране, его порою гнетет некое двойственное чувство: возможно, чувство вины за убийство человека или опасение, что обстоятельства изменятся и он сам вдруг окажется перед расстрельной командой. Столетия такой практики привели к когнитивной манипуляции – одному из солдат выдавали оружие, заряженное холостыми патронами. Кому оно доставалось, не знал никто, а значит, каждый думал, что оно – в его руках, следовательно, на самом деле он не убийца. Когда были изобретены аппараты для смертельных инъекций, в некоторых штатах их конструкция предусматривала наличие двух разных шприцев с ядом. Два человека жмут на свои кнопки, и автоматический рандомизатор вводит яд из одного шприца в вену приговоренного, а содержимое другого – выливает. Как связаны шприцы и кнопки, нигде не фиксируется. Таким образом, каждый из участников экзекуции знает, что палачом мог быть другой. Милые психологические уловки, размывающие ответственность{180}.

Теория хаоса тянет на похожий психологический трюк. Ее особенность заключается в том, что знание начального состояния не позволяет предсказать, что будет дальше, и это наносит сокрушительный удар по классическому редукционизму. Но невозможность узнать, что случилось в прошлом, разрушает так называемый радикальный элиминативный редукционизм – возможность вычеркивать все вероятные причины, пока не доберешься до той самой причины.

Именно поэтому вы не можете применить радикальный элиминативный редукционизм, чтобы решить, чья халатность вызвала пожар, какая кнопка заставила шприц впрыснуть яд или какое предшествующее состояние породило определенный хаотический паттерн. Но это не означает, что пожар не был вызван ничем, что в изрешеченного пулями приговоренного никто не стрелял или что хаотическое состояние возникло из ниоткуда. Отказ от радикального элиминативного редукционизма еще не доказывает индетерминизма.

Казалось бы, это очевидно. Но как раз что-то такое и подразумевают некоторые из верующих в свободу воли: если мы не можем сказать, что вызвало Х, то не можем и исключить индетерминизм, освобождающий место для свободы воли. Как пишет один видный компатибилист, маловероятно, чтобы редукционизм исключал возможность существования свободы воли, «поскольку цепочка причин и следствий содержит разрывы такого типа, которые опровергают радикальный редукционизм и детерминизм, по крайней мере в том виде, какой требуется для опровержения свободы воли». Боже, помоги мне удержаться от рассмотрения под лупой смысла слова «и», но хаотическая конвергенция не опровергает радикального редукционизма и детерминизма. Она опровергает только первое. К тому же, по мнению этого автора, предполагаемое опровержение детерминизма каким-то боком касается «стратегий, на основе которых мы возлагаем ответственность». Если вы не можете определить, какая из двух поддерживающих вас черепашьих башен тянется до самого низу, это еще не значит, что вы висите в воздухе{181}.

В ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, к чему же мы пришли? Опровержение рефлекторного редукционизма, демонстрация, что хаотичность ведет себя прямо противоположно хаосу, факт, что случайностей в мире меньше, чем предполагается, зато в нем обнаруживаются неожиданная структура и детерминизм – это все замечательно. То же самое касается крыльев бабочки, узоров на морских раковинах и Уилла Дарлинга. Но чтобы перейти отсюда к свободе воли, нужно принять крах редукционизма, который делает невозможным точное описание прошлого или предсказание будущего, за доказательство индетерминизма. Столкнувшись со сложными вещами, некое внутреннее чувство умоляет нас заполнить ошибочными концепциями то, чего мы не понимаем и никогда не сможем понять.

Переходим к следующей, смежной теме.

7

Основы эмерджентности

Две предыдущие главы можно свести к следующему:


– Редукционизм по принципу «разложи на составные части» не помогает понять некоторые чрезвычайно интересные явления, которые касаются нас самих. Напротив, в подобных нам хаотических системах мизерные различия в начальных состояниях влекут за собой серьезнейшие последствия.
– Из такой нелинейности вытекает принципиальная непредсказуемость, которая наводит многих на мысли об эссенциализме, идущем вразрез с редуктивным детерминизмом, – и следовательно, положение «свободы воли быть не может, поскольку мир детерминирован» отправляется ими в утиль.
– Ничего подобного. Непредсказуемость – это не то же самое, что недетерминированность; редуктивный детерминизм не единственный вид детерминизма; хаотические системы – чисто детерминированные, и все вышесказанное перечеркивает этот конкретный способ обосновать существование свободы воли.


Эта глава посвящена смежной области удивительных явлений, которые, похоже, бросают вызов детерминизму. Начнем с кирпичей. Пофантазируем и представим, что они поверили в себя и научились передвигаться на крошечных невидимых ножках. Выпустите один кирпич в поле; он станет бесцельно по нему ползать. Два кирпича – картина та же. Кучка кирпичей – и вот уже некоторые натыкаются друг на друга. Когда такое случается, они взаимодействуют до крайности простыми способами – могут просто улечься рядом и остаться в таком положении или же один заползает на другой. Вот и всё. А теперь разбросайте по полю тьму-тьмущую одинаковых кирпичей, и вот уже они медленно ползают вокруг, мириады укладываются рядками, мириады карабкаются друг на друга… и постепенно они строят Версальский дворец. Удивительно не то, что из простых кирпичей можно построить – ого, нечто настолько сложное, как Версаль[141]. Удивительно, что, если груда кирпичей достаточно велика, этот безмозглый строительный материал, подчиняющийся нескольким простым правилам, без всякого человеческого присмотра сам собирается в Версаль.

Это не та свойственная хаосу чувствительность к начальным условиям, где идентичные составные элементы вовсе не идентичные, если посмотреть на них при большом увеличении, – а затем бабочка, взмахнув крыльями, складывает из них Версаль. Нет, всё не так: соберите вместе достаточное количество простых элементов – и они спонтанно самоорганизуются в нечто потрясающе сложное, изящное, адаптивное, функциональное и классное. При достаточном количестве качество просто… возникает, часто совершенно непредсказуемо[142]{182}.

Как оказалось, подобная эмерджентность наблюдается в сферах, очень близких к тем, что нас интересуют. Огромная разница между грудой бестолковых одинаковых кирпичей и Версалем, в который они самостоятельно выстраиваются, кажется, не объясняется обычными законами причины и следствия. Наша рациональная сторона думает (неправильно…) о таких словах, как «недетерминированный». Наша менее рациональная сторона думает о словах типа «волшебный». В любом случае часть «само–» слова «самоорганизуются» выглядит такой субъектной, такой изобилующей смыслом «будь дворцом, которым ты хочешь быть», что буквально притягивает к себе мысли о свободе воли. Как раз это представление мы и попробуем развенчать в этой и в следующей главе.

РЕЧЬ НЕ О ЛУННОЙ ПОХОДКЕ МАЙКЛА ДЖЕКСОНА

Давайте начнем с того, что эмерджентностью считаться не будет.

Поставьте посреди поля мускулистого парня в ненастоящей военной форме с сузафоном[143]. Поведение его очень простое: он может идти вперед, влево или вправо, и делает он это случайным образом. Выпустите на поле группу таких же оркестрантов, и ничего нового не произойдет: они будут двигаться беспорядочно и безо всякого смысла. Но вот у вас их три сотни, и они вдруг организуются в гигантского Майкла Джексона, пересекающего лунной походкой 45-метровую линию футбольного поля в перерыве между периодами[144].

Разве здесь мы не имеем дело с такими же взаимозаменяемыми, однородными элементами с одним и тем же мизерным репертуаром движений? Почему это не считается эмерджентностью? Потому что здесь есть генеральный план. Не в голове отдельного сузафониста, конечно, но в голове провидца, который постился в пустыне, где его посетило видение прогуливающихся лунной походкой соляных столпов, после чего он вернулся к оркестру с Благой вестью. Это не эмерджентность.

Вот настоящая эмерджентность: начните с одного муравья. Он бесцельно бродит по полю. Десять муравьев заняты тем же самым. Сотня взаимодействует друг с другом со слабым намеком на некие закономерности. Но соберите вместе тысячи муравьев, и они образуют колонию с разделением труда. Они примутся строить из собственных тел мосты или плоты, способные дрейфовать неделями, оборудуют защищенные от воды подземные гнезда с выстланными листьями коридорами, которые ведут к специализированным камерам с особым микроклиматом в каждой: один для выращивания грибов, а другой – для выращивания потомства. Это сообщество, способное изменяться в ответ на меняющиеся требования окружающей среды. При этом система обходится без всякого плана и без планировщика{183}.

Что же тогда приводит к самопроизвольному возникновению сложности?


– Существует огромное количество подобных муравьям элементов: либо полностью идентичных, либо нескольких разных типов.
– Каждый «муравей» обладает ограниченным репертуаром действий.
– Случайные взаимодействия муравья с ближайшими соседями регулируются набором простых правил (например, «ходи с этим камешком в своих крошечных муравьиных жвалах до тех пор, пока не наткнешься на другого муравья с камешком, и тогда бросай свой»). Ни одному муравью не известно ничего, кроме этих простых правил, и каждый действует как автономный агент.
– Из очень сложных феноменов, которые может создать такая система, возникают нередуцируемые свойства, существующие только на уровне системы в целом (например, одна молекула воды не может быть мокрой; «мокрота» рождается лишь из совокупности молекул воды, и изучение одной молекулы не поможет предсказать свойства «мокроты»); на своем уровне сложности эти свойства самодостаточны (вы можете точно предсказать поведение системы, почти ничего не зная о ее компонентах). Как резюмировал нобелевский лауреат физик Филип Андерсон, «больше – это другое»[145]{184}.
– Эти эмерджентные свойства прочны и устойчивы – водопад, например, сохраняет свои свойства с течением времени, несмотря на то что ни одна молекула воды не падает с высоты более одного раза{185}.
Отдельные характеристики зрелой эмерджентной системы могут быть (хотя и не обязательно) непредсказуемыми, что перекликается с темой двух предыдущих глав. Знание начального состояния и правил репродукции (по типу клеточного автомата) дает вам средства для развития сложности, но не средства для ее описания. Или, используя термин, предложенный выдающимся нейробиологом прошлого века Паулем Вайсом, начальное состояние не может содержать в себе «маршрута»[146]{186}.
– Непредсказуемость отчасти объясняется тем, что в эмерджентных системах дорога, по которой вы едете, в это самое время и прокладывается и, по сути, ваше движение по ней влияет на процесс строительства, обеспечивая обратную связь[147]. Более того, цель, к которой вы стремитесь, может, даже еще не существует – вам предстоит взаимодействовать с несуществующей целью, которая в нужный момент при должном везении появится. Кроме того, в отличие от клеточных автоматов, о которых шла речь в предыдущей главе, эмерджентные системы подвержены случайности (на профессиональном жаргоне это называется «стохастические события»), причем последовательность случайных событий тоже важна[148].
– Эмерджентные системы бывают порой невероятно адаптивными, но, несмотря на это, у них не существует ни плана, ни планировщика{187}.


Вот простая версия адаптивности: две пчелы покидают улей и в поисках источника пищи летят куда глаза глядят. Каждая находит по такому источнику, причем один из них лучше другого. Пчелы возвращаются в улей, и ни одна не обладает всей полнотой информации об обоих источниках пищи сразу. И тем не менее все пчелы улья летят прямиком к лучшему.

Вот пример посложнее: в поисках пропитания муравей обходит восемь разных мест. Крошечные муравьиные ножки устают, и в идеале муравью лучше бы посетить каждое место лишь единожды, причем по кратчайшему пути из 5040 возможных (факториал семи). Перед нами разновидность известной задачи коммивояжера, которая веками занимала умы математиков, безрезультатно искавших для нее общее решение. Одна из стратегий решения задачи – это перебор: проверьте все возможные маршруты, сравните их и выберите лучший. Это требует огромной работы и особых вычислительных мощностей – если вам нужно посетить десять мест, придется проверить больше 360 000 маршрутов, а если 15, то их будет уже около 80 млрд. Это просто невозможно. Но возьмите примерно 10 000 муравьев, составляющих типичную колонию, разместите их на восьми кормовых площадках, и они отыщут нечто близкое к оптимальному из 5040 возможных решений гораздо быстрее, чем это делать перебором, и ни один муравей не будет знать ничего, кроме пути, которым шел он сам, а также двух правил (до которых мы еще доберемся). Это так хорошо работает, что специалисты в области информатики решают такие задачи при помощи «виртуальных муравьев», полагаясь на нечто, известное как роевой интеллект[149]{188}.

Та же адаптивность свойственна и нервной системе. Взять хотя бы микроскопического червя, любимца нейробиологов[150]; с точки зрения затрат на установление связей между нейронами нервная система червя демонстрирует оптимизацию, близкую к оптимизации в задаче коммивояжера; то же самое касается и нервной системы мухи. И мозга приматов тоже; в коре головного мозга приматов можно выделить 11 связанных между собой областей. Соединить их можно миллионами разных способов, и развивающийся мозг каким-то образом отыскивает оптимальное решение. Далее мы увидим, что залог успеха во всех таких случаях – применение правил, концептуально схожих с теми, которым подчиняются муравьи, решающие задачу коммивояжера{189}.

Существуют и другие виды адаптивности. Нейрон «хочет» как можно эффективнее распределить массив из тысяч своих дендритных отростков для получения входных сигналов от других нейронов, и даже конкурирует с соседними клетками. Кровеносная система «хочет» как можно эффективнее разветвить тысячи своих артерий, доставляя кровь к каждой клетке тела. Дерево «хочет» как можно эффективнее раскинуть ветви, чтобы уловить листьями максимальное количество солнечного света. И как мы увидим далее, во всех трех случаях задача решается при помощи похожих правил{190}.

Как такое может быть? Давайте посмотрим, откуда берется эмерджентность при использовании простых, схожим образом работающих правил, – на примере муравьев, слизевиков, нейронов, людей и обществ, решающих задачи на оптимизацию. Это занятие немедленно избавит нас от первого соблазна: думать, будто эмерджентность – пример индетерминизма. Ответ тот же, что и в прошлой главе: непредсказуемое – это не то же самое, что недетерминированное. Справиться со вторым соблазном будет посложнее.

СВЕДУЩИЕ РАЗВЕДЧИКИ И СЛУЧАЙНЫЕ ВСТРЕЧНЫЕ

Во многих примерах эмерджентности можно проследить общий мотив: процесс складывается из двух простых этапов. На первом – «разведчики» исследуют окружающую среду; отыскав необходимый ресурс, они сообщают об этом остальной популяции[151]. Сообщение должно содержать информацию о качестве ресурса – например, лучшему ресурсу соответствует более долгий или громкий сигнал. На втором этапе другие особи беспорядочно перемещаются по среде, вооруженные простым правилом, определяющим их реакцию на сообщение.

Вернемся к примеру с пчелами. Две пчелы-разведчицы обследуют окрестности в поисках источников пищи. Отыскав подходящий, пчела возвращается в улей, чтобы рассказать о нем остальным; пчелы сообщают новости посредством известного танца с определенным движением, в рисунке которого закодировано, в каком направлении и на каком расстоянии расположен источник пищи. Важно, что чем лучше источник, тем дольше пчела исполняет одну из фигур своего танца – так она информирует о качестве[152]. На втором этапе другие пчелы беспорядочно бродят по улью и, наткнувшись на танцующую разведчицу, улетают проверить тот источник пищи, о котором она сообщает… после чего возвращаются, чтобы тоже «станцевать» новости. И поскольку чем лучше источник, тем дольше танец, то и вероятность наткнуться на разведчика, сообщающего «отличные» новости, выше вероятности встретить танцора, который принес новости «хорошие». Это повышает вероятность того, что скоро танец отличных новостей будут танцевать уже две пчелы, потом четыре, потом восемь… пока вся колония не сойдется в решении отправиться на оптимальный участок кормления. А та разведчица, что принесла хорошие новости, уже давно перестала танцевать, наткнулась на танцорку с отличными новостями и присоединилась к большинству. Заметьте – в улье нет никакой принимающей решение пчелы, которая получает информацию о двух источниках пищи, сравнивает их, выбирает лучший вариант и ведет за собой остальных. Все дело в том, что пчела, которая танцует дольше, привлекает на свою сторону пчел, которые тоже начинают танцевать дольше: сравнение и оптимальный выбор осуществляются как бы исподволь; в этом и заключается суть роевого интеллекта{191}.

Аналогично предположим, что две пчелы-разведчицы обнаружили два одинаково хороших источника пищи, но один из них расположен в два раза дальше от улья, чем другой. Следовательно, пчеле, отыскавшей пищу ближе, потребуется в два раза меньше времени, чтобы вернуться в улей с новостями, чем пчеле, отыскавшей пищу подальше, – а это значит, что число танцующих на ее стороне пчел начнет удваиваться раньше, экспоненциально подавляя сигнал пчелы, прилетевшей издалека. Вскоре все пчелы отправятся к ближайшему источнику пищи. Муравьи примерно так же подыскивают оптимальное место для нового муравейника. Разведчики отправляются на поиски, каждый находит подходящее местечко; чем оно перспективнее, тем дольше насекомое там остается. Затем другие муравьи рассыпаются по местности, вооруженные правилом: если наткнешься на стоящего муравья, проверь это место на предмет основания колонии. Здесь тоже чем лучше качество, тем мощнее сигнал вовлечения, который к тому же сам себя усиливает. Работа моей коллеги-первопроходца в этой сфере Деборы Гордон показывает дополнительный уровень адаптивности. Подобные эмерджентные системы характеризуются разными параметрами: на какое расстояние муравьи удаляются от муравейника, сколько времени они проводят в хороших местах по сравнению с местами среднего качества и так далее. Дебора продемонстрировала, что в разных экосистемах эти параметры варьируют в зависимости от того, насколько обильны источники пищи, как часто встречаются и насколько затратно само кормление (например, с точки зрения потери жидкости пустынным муравьям кормление обходится дороже, чем лесным); чем успешнее колония эволюционировала в направлении тех параметров, какие подходят для той или иной среды обитания, тем больше вероятность, что она выживет и оставит потомство[153],[154]{192}.

Два этапа – доставка сообщения, а затем вербовка случайных встречных – объясняют, каким образом достигается оптимальное решение задачи коммивояжера при помощи метода виртуальных муравьев. Поместите пригоршню муравьев на каждое из виртуальных мест кормежки; каждый муравей случайным образом выберет маршрут, предполагающий однократное посещение всех остальных кормовых участков, а в процессе будет оставлять за собой феромонный след[155]. Каким образом лучшее качество транслируется в усиленный сигнал? Чем короче маршрут, тем сильнее феромонный след, который оставляет за собой разведчик; феромонам свойственно испаряться, и поэтому более короткий и густой след сохраняется дольше. Появляется второе поколение муравьев: они бесцельно бродят, соблюдая следующее правило: наткнувшись на феромонный след, иди по нему и добавляй свои феромоны к уже имеющимся. В результате чем гуще и, следовательно, долговечнее след, тем выше вероятность, что по нему пойдет еще один муравей, обновляя и усиливая сигнал. Вскоре менее эффективные маршруты исчезают, и остается одно оптимизированное решение. Нет необходимости собирать информацию о длине каждого из возможных маршрутов, чтобы некий центральный орган сравнивал их и направлял муравьев к лучшему решению. Нечто близкое к оптимальному решению возникает само собой[156].

(Вот о чем еще следует сказать: как мы увидим далее, алгоритмы прироста по принципу «деньги к деньгам» объясняют оптимизированное поведение и у людей, и у других биологических видов. Но «оптимальное» еще не означает «хорошее» с моральной точки зрения. В буквальных сценариях «деньги к деньгам» благодаря усиливающемуся сигналу экономического неравенства только богатые и богатеют.)

Теперь давайте посмотрим, как эмерджентность помогает слизевикам решать задачи.

Слизевики – это такие простейшие слизистые организмы, то ли плесень, то ли гриб, то ли амеба, которые существуют как будто только для того, чтобы запутать биологов, пытающихся их как-то классифицировать. Слизевики растут и, подобно ковру, распластываются по поверхностям в поисках микроорганизмов, которыми питаются.

Собственно, слизевик – это миллионы одноклеточных амеб, объединивших свои усилия, чтобы слиться в гигантскую многоядерную клетку, которая расползается по поверхностям в поисках пищи – по всей видимости, это эффективная стратегия охоты[157] (намек на эмерджентность: одна клетка слизевика может расползаться не лучше, чем одна-единственная молекула воды может быть мокрой). Некогда отдельные клетки соединены между собой тяжами, которые растягиваются или сжимаются в зависимости от направления движения слизевика (см. рис.).

Вот эта-то сплоченность и наделяет слизевика умением решать задачи. Поместите каплю слизевика в маленький пластиковый колодец, к которому примыкают два коридора: первый ведет к одной крошке овсяных хлопьев (слизевики их обожают), а в конце другого их две. Слизевик не посылает разведчиков: он расползается в оба коридора и находит оба источника пищи. Но уже через несколько часов слизевик ретируется из коридора с одной крошкой и весь целиком скапливается вокруг двух крошек. Если к одному и тому же источнику пищи ведут два коридора разной протяженности, слизевик сначала распространится в оба, но в итоге выберет тот, что короче. Так же он ведет себя в лабиринтах со множеством коридоров и тупиков[158]{193}.





Сначала слизевик заполняет все пути (панель а); затем он начинает уходить из лишних (панель b), пока не найдет оптимального решения (панель с) (не обращайте внимания на технические пометки)



Ацуши Теро из Университета Хоккайдо продемонстрировал интеллектуальные возможности слизевика, высадив его на ограниченную причудливо изломанным краем поверхность и разложив в ее определенных точках овсяные хлопья. Поначалу слизевик расползся по поверхности, образовав нити, множеством путей соединившие друг с другом все источники пищи. Но по прошествии времени бо́льшая часть нитей втянулась, оставив на поверхности что-то близкое к наикратчайшему пути, соединяющему все источники пищи. Задача о бродячем слизевике. И вот вам факт, который заставляет аудиторию умолять о продолжении, – изломанный край повторял береговую линию в районе Токио; слизевика высадили в точку, соответствующую японской столице, а овсяные хлопья символизировали собой пригородные станции Токийской железной дороги. Схема, созданная нитями слизевика, повторяла схему реальных железных дорог, соединяющих эти станции. Слизевик без единого нейрона против команды инженеров путей сообщения{194}.





Как слизевик это делает? Примерно как муравьи и пчелы. В опыте с двумя коридорами, ведущими к разному количеству пищи, слизевик сначала растекается по обоим, но, когда находит еду, внутренние тяжи сокращаются в направлении большего количества пищи, подтягивая к ней остальную часть слизевика. Важно, что чем лучше источник пищи, тем с большим усилием сокращаются тяжи. Затем тяжи, расположенные чуть дальше в теле слизевика, передают усилие, сокращаясь в том же направлении и увеличивая силу притяжения, которая распространяется все дальше по телу слизевика, пока весь он не перетечет на оптимальный маршрут. Слизевику нечем сравнивать опции и принимать решения. Просто нити слизевика, расползающиеся по двум коридорам, выступают в роли разведчиков, передающих информацию о наилучшем маршруте таким образом, что «деньги притягиваются к деньгам» при помощи механических сил{195}.

Теперь посмотрим на растущий нейрон. Он посылает проекцию, которая разветвляется на два побега-разведчика («конуса роста»), направляющиеся к двум другим нейронам. Если свести формирование мозга к одному простому механизму, можно сказать, что каждый целевой нейрон притягивает к себе конус роста, выделяя в его сторону молекулы-аттрактанты. Один из двух нейронов-мишеней «лучше» другого, он выделяет больше аттрактанта, и в результате конус роста добирается до него быстрее, что заставляет микротрубочку внутри терминала аксона изгибаться в ту же сторону и притягиваться к тому же целевому нейрону. Потом соединенная с ней параллельная микротрубочка, скорее всего, сделает то же самое. Это увеличит механическую силу, разворачивающую в нужную сторону все больше и больше микротрубочек. Второй побег-разведчик втягивается, и растущий нейрон образует синапс с лучшей целью[159]{196}.

Давайте изучим муравьиный/пчелиный/слизевиковый мотив в применении к развивающемуся мозгу, формирующему кору, – самую интересную и эволюционно молодую его часть.

Кора представляет собой шестислойный пласт, покрывающий поверхность мозга; на поперечном срезе видно, что каждый ее слой состоит из нейронов нескольких разных типов (см. рис. ниже).





Многослойная архитектура имеет непосредственное отношение к корковым функциям. Глядя на рисунок, представьте, что изображенный на нем участок коры разделен на шесть вертикальных колонок (лучше всего они видны как шесть плотных скоплений нейронов на уровне стрелки). Нейроны внутри каждой из этих мини-колонок посылают массу вертикальных проекций (то есть аксонов) друг к другу, работая как единое целое; например, в зрительной коре одна мини-колонка может реагировать на свет, падающий на один участок сетчатки, а соседняя мини-колонка обрабатывает свет, падающий на соседний участок[160].

Это муравьиный метод формирования коры. На первом этапе слой клеток в основании коры посылает длинные прямые проекции к ее поверхности – они послужат вертикальным каркасом. Это наши муравьи-разведчики, их называют радиальной глией (не обращайте внимания на буквы на рис. ниже). Изначально их количество избыточно, и те, что проложили не оптимальные, не прямые маршруты, удаляются (с помощью контролируемой гибели клеток). Теперь у нас есть первое поколение исследователей, и те из них, что отыскали оптимальное решение, сохраняются дольше{197}.



Радиальная глия распространяется вовне из центра участка в основании коры



Вы уже знаете, что будет дальше. Новорожденные нейроны беспорядочно суетятся в основании коры, пока не наткнутся на радиальную глию, после чего мигрируют вверх вдоль глиальной направляющей, оставляя за собой след из хемоаттрактантов, которые привлекают других новичков, готовых присоединиться к тому, что вскоре станет мини-колонкой[161]{198}.

Разведчики, сила сигнала в зависимости от качества ресурса и сценарии «деньги к деньгам» – повсюду, от насекомых и слизевиков до человеческого мозга. И все это без генерального плана, без необходимости отдельным элементам системы знать о каких-то вещах кроме тех, что непосредственно их окружают, без того, чтобы какой-то элемент сравнивал варианты и выбирал лучший. Биолог Томас Гексли еще в 1874 г., непостижимым образом предвосхитив эти идеи, писал о механической природе организмов, о том, что они «лишь имитируют интеллект, как пчела имитирует математика»{199}.

Пора перейти к следующему мотиву, свойственному эмерджентным системам.

КАК УМЕСТИТЬ БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШИЕ ВЕЩИ В БЕСКОНЕЧНО МАЛОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Посмотрите на рисунок. Верхний ряд представляет собой обычный отрезок. Удалим его среднюю треть и получим два отрезка второго ряда; их общая длина составляет две трети длины исходного отрезка. Удалим среднюю треть у каждого из двух отрезков второго ряда и получим четыре отрезка, суммарная длина которых составляет четыре девятых длины исходного. Повторяя это действие до бесконечности, мы создадим нечто на первый взгляд невозможное – бесконечно большое число отрезков, чья суммарная длина бесконечно мала.





Попробуем сделать то же самое в двумерном пространстве. Возьмем равносторонний треугольник (1). Присовокупим еще по одному равностороннему треугольнику к каждой его стороне, используя ее среднюю треть в качестве основания для нового треугольника, и получим шестиконечную звезду (2). Проделаем то же самое с каждым из лучей шестиконечной звезды и получим звезду с 18 лучами (3), потом звезду с 54 лучами (4) и так далее и так далее. Если повторять процесс бесконечно, мы создадим двумерную версию той же самой невозможности, а именно фигуру, площадь которой с каждой итерацией прирастает на бесконечно малую величину, зато длина периметра стремится к бесконечности.





А теперь попробуем сделать почти то же самое в трех измерениях. Возьмем куб. Каждую его грань можно представить в виде фигуры из девяти кубиков поменьше, по три в каждом ряду. Удалим средний кубик, останется восемь.





Затем мысленно разделим каждый из этих восьми кубиков на девять крошечных и удалим центральный из них. Бесконечно повторяя то же действие на всех шести гранях куба, мы опять сотворим невозможное: фигуру бесконечно малого объема с бесконечно большой площадью поверхности (см. рис. ниже).





Перед нами, в порядке появления, Канторово множество, снежинка Коха и губка Менгера. Это основа геометрии фракталов: повторяя одну и ту же операцию снова и снова, мы в итоге получаем нечто, в традиционной геометрии невозможное{200}.

Такие вещи помогают глубже понять, например, нашу собственную систему кровообращения. Какую клетку тела ни возьми, ближайший капилляр находится от нее на расстоянии не более нескольких клеток; ко взрослому возрасту кровеносная система выращивает в теле человека больше 75 000 км капилляров. Однако эта невероятно огромная длина сосудов занимает всего 3% объема тела. С точки зрения реальных тел в реальном мире получается, что кровеносная система находится везде, она бесконечна, и при этом занимает бесконечно малый объем пространства{201}.



Рисунок ветвления капилляров



Перед нейроном стоит аналогичная задача: ему необходимо выпустить бахрому дендритных отростков, способных принимать входные сигналы от 10 000 до 50 000 синапсов, при этом дендритное «дерево» должно занимать как можно меньше места и обходиться как можно дешевле.



Хрестоматийное изображение реального нейрона



И конечно, не будем забывать о реальных деревьях, отращивающих настоящие ветки, чтобы максимизировать площадь листвы, поглощающей солнечный свет, и при этом минимизировать затраты на выращивание кроны.

Сходство этих примеров и лежащие в их основе механизмы были бы очевидны Кантору, Коху или Менгеру[162]: это пошаговая бифуркация (раздвоение) – нечто отрастает на определенную длину и делится надвое; две получившиеся ветви снова отрастают на некоторую длину и делятся надвое… и так далее и так далее, и вот уже аорта разветвляется на 75 000 км капилляров, первая дендритная ветвь нейрона делится на 200 000 дендритных шипиков, а ствол дерева увенчивается 50 000 покрытых листьями веточек.

Как возникают подобные бифуркирующие структуры в биологических системах, масштабы которых варьируются от одной-единственной клетки до огромного дерева? Ну, я могу вам точно сказать, как это не происходит – не существует никакой особой инструкции для каждой отдельной бифуркации. Чтобы создать ветвящееся дерево с 16 верхними ветками, вам нужно произвести 15 отдельных бифуркаций. 64 ветки потребуют 63 бифуркации. 10 000 дендритных шипиков нейрона – 9 999 разветвлений. Невозможно выделить по гену, кодирующему каждую из этих бифуркаций, поскольку вам просто не хватит генов (у нас их всего-то около 20 000). Более того, как отмечает Хизингер, чтобы создать таким образом структуру, нужен план, не уступающий по сложности самой структуре, что ставит перед нами вопрос, который нам напомнит о наших черепахах: как создается этот план и как создается план по созданию этого плана? Того же типа проблемы, только в еще большем масштабе встают и перед кровеносной системой, и перед настоящими деревьями.

Здесь нужны инструкции, которые работают одинаково на каждом уровне. Не зависящие от масштаба инструкции, вроде этих:


Шаг 1. Начните с трубки диаметром Z (поскольку геометрически кровеносный сосуд, дендритную ветвь и ветку дерева можно представить в виде трубки).
Шаг 2. Удлиняйте трубку до тех пор (возьмем цифру с потолка), пока она не станет в четыре раза длиннее своего диаметра (то есть 4Z).
Шаг 3. В этой точке трубка раздваивается. Повторите.


На третьем шаге у нас получаются две трубки диаметра 1/2Z. А когда они станут в четыре раза длиннее своего диаметра (то есть 2Z), они раздваиваются и дают начало еще четырем ветвям диаметром 1/4Z, которые, в свою очередь, разделятся надвое, когда каждая достигнет длины 1Z (см. рис. ниже).





И хотя взрослое дерево кажется чрезвычайно сложным, идеальный код для него можно свести к трем инструкциям, для записи которых потребуется несколько генов, а не половина всего генома[163]. Эффекты этих генов могут даже взаимодействовать с окружающей средой. Скажем, вы – ребенок в утробе матери, живущей на большой высоте над уровнем моря, в местности с низким содержанием кислорода в воздухе и соответственно в вашей эмбриональной кровеносной системе. Условия среды вызывают эпигенетические изменения (см. главу 3), в результате которых сосуды вашей кровеносной системы, прежде чем разветвиться, будут вырастать не до четырех своих диаметров, а до трех целых девяти десятых. Тогда вы обзаведетесь более густой сетью капилляров (не уверен, что это решит проблему жизни в высокогорье: я все это придумал)[164].

Выходит, этот фокус можно провернуть, располагая лишь несколькими генами, способными к тому же взаимодействовать со средой. Но давайте перенесемся в реальность настоящих биологических трубочек и того, что делают гены на самом деле. Как они могут кодировать что-то такое абстрактное, как «вырасти в четыре раза длиннее диаметра и затем раздвоиться независимо от масштаба»?

Учеными было предложено несколько разных объяснительных моделей – вот одна из них, особенно элегантная. Рассмотрим эмбриональный нейрон, который собирается сформировать ветвящееся дерево дендритов (хотя в качестве примера мы могли взять любую другую ветвящуюся систему из тех, что уже рассматривали). Начнем с участка поверхностной мембраны нейрона, который должен стать местом, откуда начнет расти дерево (см. рис. ниже, слева). Обратите внимание, что в этом крайне искусственном примере мембрана состоит из двух слоев, а между ними находится некое условное «вещество роста» (заштриховано), кодируемое геном. «Вещество роста» заставляет расположенную прямо под ним область нейрона приступить к отращиванию ствола, который будет отсюда исходить (справа){202}.





Сколько «вещества роста» было вначале? Количество, эквивалентное 4Z, то есть столько, сколько нужно, чтобы ствол, прежде чем остановиться, вырос в длину на 4Z. Почему рост останавливается? Внутренний слой мембраны растет немного быстрее внешнего, так что примерно на длине 4Z внутренний и внешний слои соприкасаются, и «вещество роста» делится пополам. В верхушке «ствола» больше нет «вещества роста», рост останавливается на 4Z. Зато справа и слева от верхушки осталось по такому количеству «вещества роста», какое позволит новым двум верхушкам вырасти на длину 2Z (на рис. слева). И теперь оно заставляет расти расположенные под ним области справа и слева от центра (на рис. справа).





Поскольку новые ветви у́же, внутренний слой их мембраны соприкасается с внешним на длине всего 2Z (см. рис. ниже, слева), что делит «вещество роста» на четыре части, каждой из которых достаточно для роста длины 1Z. И так далее (справа)[165]{203}.





Ключ к этой диффузной геометрической модели – разная скорость роста двух слоев. По сути, внешний слой отвечает за рост, а внутренний – за его прекращение. Во множестве других моделей ветвление происходит похожим образом[166]. Что удивительно, ученым и в самом деле удалось идентифицировать два гена, отвечающие за бифуркации в развивающемся легком; они кодируют молекулы, способные соответственно запускать рост и останавливать его[167]{204}.

Самое интересное, что в этих совершенно разных физиологических системах – в нейронах, кровеносных сосудах, бронхах и лимфатических узлах – работают одни и те же гены, кодирующие одни и те же белки (целый букет белков: VEGF, эфрины, нетрины и семафорины). Это не те гены, что нужны, скажем, для формирования кровеносной системы. Это гены, которые отвечают за ветвление и работают как в одном-единственном нейроне, так и в сосудистых и бронхолегочных системах, состоящих из миллиардов клеток{205}.

Знатоки поймут, что все эти бифуркирующие системы создают фракталы: относительная степень их сложности постоянна и не зависит от степени приближения (следует, однако, признать, что, в отличие от математических фракталов, фракталы биологические не могут ветвиться вечно – в какой-то момент физическая реальность вступает в свои права). Здесь мы ступаем на очень зыбкую почву, поскольку вынуждены признать, что молекулы, упомянутые в предыдущем абзаце, кодируются некими «фрактальными генами». А это значит, что должны существовать и фрактальные мутации, нарушающие нормальное ветвление повсюду – от отдельных нейронов до целых систем органов; и основания для таких предположений действительно есть{206}.

Те же принципы применимы и к небиологической сложности – например, к рекам, которые, впадая в море, ветвятся, формируя дельты. Эти принципы можно приложить даже к культуре. Давайте рассмотрим последнее в этой главе эмерджентное бифуркирующее дерево, которое демонстрирует либо глубоко абстрактную вездесущность явления, либо тот факт, что я слишком далеко захожу со своими метафорами.





Посмотрите на буйно ветвящееся дерево на диаграмме выше; не обращайте внимания на его верхушку – просто прикиньте, сколько там веток.

Что это за дерево? Периметр – это наше настоящее. Кольца отмечают рубежи столетий; в центре – нулевой год нашей эры, а ствол уходит далеко в глубь тысячелетий. О чем же рассказывает нам схема ветвления? Об истории возникновения земных религий: бесконечные бифуркации, трифуркации, тупиковые боковые ветви и так далее. Вот что можно увидеть, приблизив один из секторов{207}:



Крохотный кусочек истории ветвления религий



Чем измеряется диаметр каждой «трубки»? Возможно, интенсивностью религиозной веры – количеством приверженцев, их культурной однородностью, коллективным благосостоянием или властью. Чем больше диаметр, тем больше времени пройдет до момента дестабилизации, вне зависимости от масштаба[168]. Можно ли считать такое развитие событий адаптивным, в том же смысле, что и, скажем, бифуркация кровеносных сосудов? Думаю, в этом месте мне следует признать, что я стою на тонком спекулятивном льду, и на том закончить.

Чем обогатил нас этот раздел? В нем всплывает тот же мотив, что и в предыдущем разделе, который посвящен муравьям, слизевикам и нейронам, прокладывающим свои маршруты: из простых правил взаимодействия элементов системы между собой, которым многие элементы следовали множество раз, рождается оптимизированная сложность. И все это без всякой централизованной власти, сравнивающей варианты и своей волей принимающей решения[169].

ДАВАЙТЕ СПРОЕКТИРУЕМ ГОРОД

Вы входите в градостроительный комитет и после бесконечных совещаний совместными усилиями решаете, где будете строить новый город и насколько он будет большим. Вы уже наметили сетку улиц, определили места для школ, больниц и боулинга. Теперь пора подумать, где будут располагаться магазины.

Сначала комитет по магазинам предлагает разбросать их по всему городу. Решение не идеальное; люди хотят, чтобы магазины были удобно сгруппированы. Точно, говорит комитет, и предлагает собрать все магазины в одном месте в центре города.

Нет, так тоже не пойдет. У такого мегамолла не устроишь удобной парковки, а до магазинов посередине вообще никто не доберется, и они разорятся – скончаются от коммерческого эквивалента нехватки кислорода.

Следующий план: шесть торговых центров одинакового размера, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Идея хорошая, но кто-то замечает, что все 12 кофеен теперь находятся в одном торговом центре; они вытеснят друг друга из бизнеса, при этом ни в одном из пяти оставшихся торговых центров кофеен не будет вовсе.

Начнем сначала, обращая внимание теперь и на тип магазина. В каждом торговом центре должна быть одна аптека, один продуктовый, две кофейни. Кроме того, необходимо принять во внимание взаимодействие между разными типами магазинов. Не ставьте рядом кондитерскую и стоматологию, а вот оптику как раз неплохо было бы поместить поблизости с книжным. Добейтесь правильного соотношения гнезд греха (кафе-мороженое, бар) и мест покаяния (фитнес-центр, часовня). И что бы вы ни делали, не размещайте бутик, торгующий футболками со слоганом «Боже, благослови Америку», рядом с лавкой, где продаются футболки с надписью «Америка без Бога».

Последнее, что теперь осталось сделать, – построить автомагистрали, связывающие торговые центры друг с другом.

И вот наконец торговые кварталы вашего города спроектированы, но сколько для этого потребовалось планерок, на которых сталкивались люди с разным опытом, разными карьерными устремлениями и личными целями, разной готовностью сотрудничать, которой к тому же был нанесен серьезный удар из-за того, что кое-кто съел последний пончик, а кое-кто другой на него за это обиделся.

А теперь возьмите мензурку, полную нейронов. Они только что появились на свет, поэтому у них нет еще аксонов и дендритов: это просто маленькие круглые клетки, которым суждено славное будущее. Вылейте содержимое мензурки в чашку Петри, наполненную питательным бульоном, который нейронам по вкусу. Сейчас они беспорядочно рассеяны по всей чашке. Но вернитесь через несколько дней, поместите чашку под микроскоп, внимательно рассмотрите наши нейроны, и вот что вы увидите:





Во-первых, кучка нейронов объединилась в торговый центр – ой, я имею в виду, сгруппировалась; справа от этого кластера заметно еще одно формирующееся скопление клеточных тел; широкие магистрали проекций соединяют его с центральным кластером, а также с другими, которые не попали в объектив.

Нейронам не потребовалось ни комитета, ни планерок, ни проектировщиков, ни свободного выбора. Тот же самый паттерн, что сгодится и для планирования городской застройки, рождается из нескольких простых правил:


– Все нейроны, беспорядочно рассеянные в питательном бульоне, выделяют хемоаттрактант (молекулярный сигнал), каждый нейрон пытается заставить другие клетки мигрировать поближе к нему. Два нейрона, случайно оказавшиеся ближе прочих друг к другу, первыми из всех нейронов по соседству образуют пару. Это удваивает силу испускаемого ими сигнала, и теперь им проще притянуть к себе третий нейрон, затем четвертый и так далее. И наконец, по принципу «деньги к деньгам» они формируют ядро, центр расширяющегося локального кластера. Точно такие же растущие комплексы рассеяны по соседству.
– Когда сгусток нейронов достигает определенного размера, хемоаттрактант перестает действовать. Как это происходит? Есть такой механизм: когда кластер увеличивается, нейронам в его центре достается меньше кислорода, что заставляет их выделять вещество, которое инактивирует молекулы хемоаттрактанта.
– Все это время нейроны в мизерных количествах выделяли аттрактант другого типа. И когда определенное количество нейронов объединяется в кластер оптимального размера, этого вещества становится достаточно, чтобы побудить нейроны кластера отращивать аксоны и дендриты и формировать синапсы друг с другом.
– Как только сформирована локальная сеть (что можно определить, скажем, по плотности синапсов), выделяется хеморепеллент, препятствующий образованию связей между соседними нейронами; под его действием нейроны, двигаясь вдоль градиента концентрации хемоаттрактанта, начинают посылать длинные проекции к другим кластерам, устанавливая с ними связь[170].


Этот мотив объясняет, как благодаря сигналам притяжения и отталкивания, контролирующим пространство и время, возникают сложные адаптивные системы вроде наших нейронных «торговых центров». Это вездесущая полярность инь/ян в химии и биологии – магниты, притягивающие и отталкивающие друг друга, положительно и отрицательно заряженные ионы, аминокислоты, притягиваемые или отталкиваемые водой[171]. Длинные цепочки аминокислот образуют белки, каждый из которых имеет характерную форму (и, следовательно, функцию), которая наилучшим образом позволяет уравновешивать разные силы притяжения и отталкивания[172].

Как только что было показано, строительство нейронных «торговых центров» в развивающемся мозге подразумевает участие двух разных хемоаттрактантов и одного хеморепеллента. А дальше все становится еще интереснее: учтите, что притягивающих и отталкивающих сигналов, действующих как по отдельности, так и в комбинации друг с другом, великое множество. Учтите эмерджентные правила, определяющие, с какой частью другого нейрона будет устанавливать связь растущий нейрон. Учтите, что рецепторы на конусах роста отвечают только на определенные притягивающие и отталкивающие сигналы. Хемоаттрактант притягивает конус роста; однако, когда тот подбирается ближе, аттрактант начинает работать как репеллент; в результате конус роста пролетает мимо: так, минуя один дорожный указатель за другим, нейроны создают удаленные связи{208}.

Большинство нейробиологов тратят время на выяснение таких деталей, как, скажем, структура конкретного рецептора для конкретного хемоаттрактанта. Но есть те, кто блистательно шагает не в ногу, как, например, Робин Хизингер – я его уже цитировал, – который изучает, как развивается мозг, следуя простым эмерджентным информационным правилам вроде тех, что мы перечислили. Хизингер, дающий разделам в своих статьях озорные заглавия вроде «Простые правила, которые могут», вывел, например, три простых правила, необходимых для установления правильных связей между зрительными нейронами мухи. Простые законы притяжения и отталкивания, и никаких предварительных планов[173]. Здесь мы подошли к еще одному, последнему подвиду самопроизвольно возникающих паттернов{209}.

ОБЩАЙТЕСЬ НА ЛОКАЛЬНОМ УРОВНЕ, НО НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ИНОГДА ОБЩАТЬСЯ И НА ГЛОБАЛЬНОМ

Предположим, вы обосновались в очень странном поселке. Его население составляет всего 101 человек, причем каждый живет в своем доме, а все дома расположены по прямой линии, скажем, вдоль реки. Ваш дом – первый в ряду; как часто вы взаимодействуете с каждым из 100 своих соседей?





Вариантов масса. Может, вы общаетесь только с ближайшим соседом (рис. А). Возможно, вы оригинал и взаимодействуете только с самым дальним от вас соседом (рис. В). Может, вы общаетесь со всеми соседями одинаково часто (рис. С), а может быть, с произвольной частотой (рис. D). Может, вы чаще всего общаетесь со своим ближайшим соседом, со следующим – на X процентов меньше и еще на Х процентов меньше с тем, кто живет за ним, причем частота общения с каждым последующим соседом убывает равномерно (рис. E).

Но еще возможно особенно интересное распределение, где примерно 80% ваших взаимодействий приходится на 20 ближайших соседей, а 20% оставшихся интеракций распределяются среди остальных, причем частота взаимодействий с каждым шагом снижается сообразно удаленности соседа (рис. F).

Это правило 80:20 – примерно 80% взаимодействий происходит внутри примерно 20% популяции. Применительно к сфере услуг это правило сардонически гласит, что 80% жалоб поступают от 20% клиентов. Восемьдесят процентов преступлений совершается двадцатью процентами преступников. Восемьдесят процентов работы в компании выполняется усилиями двадцати процентов сотрудников. В первые дни пандемии подавляющее большинство случаев инфицирования COVID–19 случалось по вине небольшого подмножества инфицированных суперраспространителей{210}.

Показатель 80:20 отражает дух правила, известного как распределение Парето; математики называют его степенным законом. Формально оно определяется особенностями соответствующей кривой, но проще всего рассказать его словами: степенное распределение описывает ситуацию, при которой значительное большинство взаимодействий осуществляется на локальном уровне, после чего следует резкий спад, и частота взаимодействий снижается с каждым последующим шагом.

Как показала работа, начатая специалистом в области теории сетей Альбертом-Ласло Барабаши из Северо-Восточного университета, согласно степенному закону распределяется множество самых странных вещей. Если взять 100 самых часто встречающихся в США англосаксонских фамилий, примерно 80% носителей этих фамилий носят одну из 20 самых распространенных. На 20% СМС-переписок приходится 80% всех сообщений. На 20% веб-сайтов приходится 80% поисковых запросов. Магнитуда примерно 80% землетрясений попадает в 20% самых слабых магнитуд. 80% погибших в ходе 54 000 безжалостных нападений, совершенных в восьми разных повстанческих войнах, стали жертвами 20% атак. В еще одном исследовании были проанализированы биографии 150 000 выдающихся интеллектуалов двух последних тысячелетий; авторы, в частности, смотрели, как далеко от места своего рождения умер каждый из них – так вот, 80% этих людей на склоне дней оказались в пределах 20% максимального расстояния до места рождения[174]. Около 20% слов в языке участвуют в 80% словоупотреблений. Где-то 80% лунных кратеров имеет величину, составляющую лишь 20% их максимального размера. Актерам присваивают шуточное число Бейкона: если человек снимался в фильме с весьма востребованным Кевином Бейконом (всего таких 1600), его число Бейкона равно единице; если он снимался в фильме вместе с человеком, который снимался с Бейконом, его число – два; если снимался с кем-то, кто снимался с кем-то, кто снимался с Бейконом, его число Бейкона – три (самое распространенное число Бейкона, таким могут похвастаться примерно 350 000 актеров) и так далее. Согласно степенному закону, количество актеров, чье число Бейкона будет больше этого модального числа (3), с каждым шагом резко падает[175]{211}.

Вряд ли я смогу обнаружить адаптивность в степенном распределении числа Бейкона или размере лунных кратеров. Однако в мире биологическом степенные распределения могут быть крайне адаптивными[176]{212}.

Например, если в экосистеме имеется много пищи, разные виды кормятся беспорядочно, но когда пищи становится мало, примерно 80% вылазок в поисках пропитания (то есть перемещений в одном направлении, после которых предпринимаются попытки поискать еду в другом) находятся в пределах 20% от максимального расстояния прежних вылазок – как оказалось, это оптимизирует затраты энергии на поиск пищи по отношению к вероятности ее найти; клетки иммунной системы при поиске редкого патогена демонстрируют такое же поведение. Дельфинам свойственно распределение внутрисемейных и межсемейных социальных взаимодействий в соотношении 80:20; цифра 80 означает, что семейные группы остаются стабильными даже после смерти одного из членов, а 20% позволяют обмениваться с другими семьями информацией о местах кормления. Бо́льшая часть белков, из которых состоят наши тела, – специализированные и взаимодействуют только с несколькими другими типами белков, образуя небольшие функциональные единицы. Но есть и белки-универсалы, которых мало: они взаимодействуют со множеством других белков (универсалы являются точками переключения между белковыми сетями – например, если один источник энергии в дефиците, белок-универсал переключается на использование другого источника)[177]{213}.

В мозге тоже присутствуют адаптивные степенные связи. Что считать адаптивным и полезным в приложении к нейронным сетям? Все зависит от того, какого рода мозг вы хотите получить. Может быть, такой, где каждый нейрон образует синапсы с максимально возможным числом других нейронов, минимизируя при этом суммарную длину нервных волокон. Может, такой, который быстро отыскивает оптимальные решения простых, знакомых задач или же, наоборот, творчески решает редкие и трудные. А может быть, такой, который при повреждении утрачивает минимальный объем функций.

К сожалению, оптимизировать можно не более одного из этих качеств. Например, если ваш мозг приспособлен быстро решать знакомые простые проблемы – благодаря тому, что объединяет однотипные нейроны в небольшие, тесно связанные модули, – вы сядете в лужу, как только какое-нибудь непредвиденное событие потребует от вас творческого подхода.

И хотя вы не можете оптимизировать более одного качества, вы можете оптимизировать баланс разных требований и компромиссов, чтобы в итоге получить мозг, который способен уравновешивать предсказуемость и новизну в той или иной среде[178]. И очень часто оказывается, что этот баланс подчиняется степенному закону: скажем, подавляющее большинство нейронов в мини-колонках коры взаимодействуют только с нейронами непосредственно по соседству, а чем больше расстояние, на которое нейроны посылают свои проекции, тем таких нейронов меньше[179]. По большому счету этим объясняется само существование «мозга», места, где огромное количество нейронов тесно связано в локальную сеть – собственно «мозг» – и лишь малая доля тянет свои отростки во всякие далекие места вроде пальцев на ногах{214}.

Итак, в масштабах от единичных нейронов до протяженных сетей мозг выработал схемы, поддерживающие баланс между локальными сетями, решающими знакомые проблемы, и разветвленными сетями, отвечающими за креативность, причем не повышая ни затрат на их создание, ни требований к пространству. Кроме того, он, как обычно, обошелся без всякой центральной комиссии по планированию[180]{215}.

ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ ВЫСШЕЙ ПРОБЫ

Мы рассмотрели ряд мотивов, свойственных эмерджентным системам, – изучили феномен «деньги к деньгам», где решения лучшего качества генерируют вовлекающий сигнал повышенной мощности; пошаговую бифуркацию, которая помогает втиснуть в конечный объем практически бесконечные вещи; правила притяжения и отталкивания, которые организуют пространство и время; математическую оптимизацию баланса между различными требованиями к связям – и это далеко не всё[181]{216}.

В заключение вот вам еще два примера эмерджентности, в которых прослеживаются некоторые из перечисленных мотивов. Один из них поражает своими последствиями, а другой настолько очарователен, что я не могу его не показать.

Начнем с очаровательного. Представим, что ноготь на пальце ноги – это идеальный прямоугольник высотой Х (кривизну ногтя игнорируем) (рис. А). Возьмем ножницы и варварски изуродуем ноготь, срезав его под углом (рис. В). Если бы в нашей Вселенной не существовало эмерджентной сложности, отросший ноготь принял бы форму, изображенную на рис. С. Но вместо этого он отрастает, как показано на рис. D.





Почему? Край ногтя утолщается, принимая на себя тяжесть контакта с внешним миром (например, трение о внутреннюю часть носка, удар о булыжник или о тот чертов журнальный столик – и почему мы его еще не выкинули, ведь мы только и делаем, что наваливаем на него всякий хлам), и когда он утолщается, то перестает расти. После того, как мы срезали ноготь под углом, прежняя толщина сохраняется только в точке a (следующий рис.). А когда точка b отрастает до уровня точки а, она принимает на себя удары внешнего мира и тоже утолщается (дальнейший рост ногтя в точке b, вероятно, ограничивается еще и толщиной ногтя в прилегающей точке а). Когда точка с достигает уровня точки а, ситуация повторяется – и так далее. Никакого сравнения информации не предусмотрено; точке с не приходится выбирать, под какую точку – b или d – ей подстраиваться. Оптимальное решение вытекает из природы отрастания ногтей на ногах.

Что заставило меня привести здесь этот пример? Человек по имени Бхупендра Мадхивалла, житель индийского города Мумбая, который в возрасте 82 лет провел этот эксперимент с собственным ногтем, тщательно сфотографировал весь процесс, а затем ни с того ни с сего прислал фотографии мне на электронную почту, что привело меня в неописуемый восторг.





А теперь последний потрясающий пример. Изучение функций нейронов в мозге позволяет изучить функции нейронов в мозге, какой бы тавтологией это ни казалось. Но иногда больше информации можно получить, выращивая нейроны в чашках Петри. Как правило, это двумерные «однослойные» культуры: в чашку как попало высеивается суспензия из отдельных нейронов, которые начинают соединяться друг с другом на манер ковра. Однако есть такие мудреные техники, которые позволяют выращивать трехмерные культуры – благодаря тому, что тысячи нейронов образуют в питательном растворе взвесь. Эти нейроны, плавающие сами по себе, отыскивают друг друга и соединяются, образуя скопления «органоидов» мозга. А через несколько месяцев эти органоиды, которые едва ли можно разглядеть без микроскопа, самоорганизуются в мозговые структуры. Взвесь нейронов коры головного мозга человека[182] начинает испускать расходящиеся во все стороны глиальные направляющие, формируя примитивную кору с зачатками отдельных слоев, и даже с намеками на спинномозговую жидкость. Со временем эти органоиды начинают производить синхронизированные мозговые волны, которые созревают подобно тому, как это происходит в мозге плода и новорожденного. Случайная горстка нейронов, совершеннейших незнакомцев, плавающих в мензурке, спонтанно самоорганизуется в зачаток человеческого мозга[183]. Самоорганизующийся Версаль по сравнению с этим – детская забава{217}.





Итак, что показал наш обзорный тур? (А) Биологические системы – начиная с отдельных молекул и заканчивая целыми популяциями организмов – генерируют сложность и оптимизацию, которые не уступают достижениям компьютерных инженеров, математиков и градостроителей (а робототехники, не скрывая, заимствуют стратегии роевого интеллекта у насекомых{218}). (Б) Эти адаптивные системы возникают в результате простых взаимодействий на локальном уровне между простыми составными частями, без всякой централизованной власти, без сравнений и последующего принятия решений, без планов и без планировщика[184]. (В) Эти системы обладают характеристиками, существующими только на эмерджентном уровне – отдельный нейрон не может иметь свойств сети, – и поведение таких систем можно предсказать, не прибегая к редуктивному знанию об их составных частях. (Г) Это объясняет эмерджентную сложность нашего мозга, и более того – наша нервная система использует те же трюки, что и отдельные белки, слизевики и колонии муравьев. И никакой магии.

Прекрасно, вот только какое отношение это имеет к свободе воли?

8

Может ли свобода воли возникнуть сама по себе?

ДЛЯ НАЧАЛА КОЕ-ЧТО, С ЧЕМ МЫ ВСЕ МОЖЕМ СОГЛАСИТЬСЯ

Холидей Бретт

Итак, эмерджентность – это история про груду кирпичей, порождающую удивительные эмерджентные состояния, либо совершенно непредсказуемые, либо предсказуемые на основе свойств, существующих лишь на эмерджентном уровне. Хорошо, что никто не считает, будто свобода воли таится в нейронном эквиваленте отдельных кирпичиков (ну, почти никто; подождите следующей главы). Философ Кристиан Лист из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене ловко подвел итог: «Если мы смотрим на мир исключительно через призму фундаментальной физики или даже нейронауки, мы не найдем в нем субъектности, выбора и психической причинности», и люди, отрицающие свободу воли, «совершают ошибку, когда ищут свободу воли не на том уровне, а именно на физическом или нейробиологическом – на уровне, где ее невозможно найти». Роберт Кейн пишет о том же: «Нам кажется, что мы должны стать первопричиной на микроуровне [чтобы объяснить свободу воли]… и мы понимаем, конечно, что не можем этого сделать. Но нам и не нужно. Мы не туда смотрим. Мы не должны в ручном режиме управлять каждым из своих нейронов»{219}.

Кровь в бухте Бискайн

Итак, эти верующие в свободу воли признают, что отдельный нейрон не может бросить вызов законам физики и обрести эту самую свободу. Но вот объединившись с другими – может; цитируя Листа, «свобода воли и ее предпосылки – это эмерджентные явления высшего порядка»{220}.

Собственно, свободу воли с эмерджентностью связывают многие; я не стану разбирать идеи большинства из них, поскольку, честно говоря, не в силах уразуметь, что они имеют в виду, а если быть более откровенным, то не думаю, что это мое непонимание – исключительно моя вина. Что до тех, чьи размышления об эмерджентности свободы воли изложены доходчивее, то, на мой взгляд, они ошибаются тремя разными способами.

ПРОБЛЕМА № 1: И СНОВА О ХАОСЕ

Мы знаем, что к чему. Компатибилисты и отрицающие свободу воли инкомпатибилисты согласны, что мир детерминирован, но расходятся во мнениях, может ли в таком мире существовать свобода воли. Однако если мир все же недетерминирован, это выбивает почву из-под ног скептиков свободы воли. В главе, посвященной хаосу, было показано, как можно к этому прийти, спутав непредсказуемость хаотических систем с индетерминизмом. Нетрудно понять, как люди садятся в лужу, совершая ту же ошибку в отношении непредсказуемой эмерджентности.

Отличный пример можно найти в трудах Листа, корифея философии, который в 2019 г. произвел фурор своей книгой «Почему свобода воли реальна» (Why Free Will Is Real). Как уже отмечалось, Лист охотно признает, что по отдельности нейроны работают детерминированно, но в то же время настаивает на существовании эмерджентной свободы воли, возникающей на высшем уровне. С его точки зрения, «мир может быть детерминирован на одних уровнях, и недетерминирован на других»{221}.

Лист подчеркивает уникальность эволюции, отличительную черту детерминированных систем, где любое заданное начальное состояние может привести только к одному определенному результату. Возьмите одно и то же начальное состояние, позвольте ему разворачиваться снова и снова, и каждый раз вы должны будете прийти не только к одному зрелому состоянию, но к одному и тому же состоянию. Затем Лист якобы доказывает существование эмерджентного индетерминизма при помощи модели, которая в разных видах фигурирует в нескольких его публикациях.



Эмерджентный индетерминизм



На верхнем графике представлен элементарный, детализированный сценарий, где (двигаясь слева направо) пять близких начальных состояний приводят к пяти разным результатам. Затем нам предлагается посмотреть на нижний график, который, по мнению Листа, демонстрирует эмерджентный индетерминизм. Откуда он его взял? Нижний график «показывает ту же систему на более высоком уровне описания, полученном путем уменьшения детализации пространства состояний» при помощи «общепринятого правила округления». И как только вы этим правилом воспользовались, ваши пять разных начальных состояний сливаются в одно, и это единое начальное состояние развивается в пять абсолютно разных траекторий, демонстрируя якобы недетерминированность и непредсказуемость{222}.

Ну, это как сказать. Безусловно, систему, детерминированную на микроуровне, можно таким образом превратить в систему, недетерминированную на макроуровне, но только если вы вправе решить, что пять разных (хотя и близких) начальных состояний на самом деле одно и то же, слив их воедино в симуляции высшего уровня. Мы будто вернулись в предыдущую главу: вы Эдвард Лоренц, вы пришли с обеда и уменьшили детализацию данных в вашей компьютерной модели, решив, что утренние параметры можно округлить согласно общепринятому правилу – и тут бабочка кусает вас за задницу. Две разные вещи, какими бы похожими они ни были, все равно не идентичны, и вы не вправе считать их таковыми только потому, что так принято думать.

Объясню эту мысль на близком мне примере из биологии:





Перед вами шесть разных молекул со схожей структурой[185]. Давайте уменьшим детализацию и решим, что они достаточно похожи, чтобы считать их одинаковыми согласно общепринятому правилу округления, а значит, можно полагать, что они и взаимозаменяемы. Теперь введем эти вещества испытуемым и посмотрим, что произойдет. И если эффект окажется разным, то да, мы якобы продемонстрируем эмерджентный индетерминизм.

Но они разные! Взять хотя бы среднюю и нижнюю молекулы в первой колонке. Они очень похожи – попробуйте-ка вспомнить их структурные различия на экзамене. Но если вы решите, что они не просто очень похожи, но буквально идентичны, то натворите дел, поскольку первая – это на самом деле эстроген, а вторая – тестостерон. Проигнорируете чувствительность к начальным условиям, примете, что две молекулы одинаковы, прибегнув к обычному правилу округления, – и на выходе вы получите кого-то с вагиной, кого-то с пенисом, а кого-то и с тем и с другим. Что якобы доказывает эмерджентный индетерминизм[186].

Это повторение предыдущей главы; непредсказуемость не то же самое, что индетерминизм. Напустите армию муравьев на десять кормушек, и вы не сможете предсказать, как близко (и каким путем) они подберутся к решению задачи коммивояжера, выбрав один из трехсот шестидесяти с лишним тысяч возможных маршрутов. Чтобы узнать, что произойдет с муравьиным клеточным автоматом, вам придется моделировать его пошагово. Повторите эксперимент, высадите тех же муравьев в тех же исходных точках, чуть-чуть сместив одну из десяти кормушек, и вы сможете получить другое (но все равно удивительно похожее) приближение к решению задачи коммивояжера. Проделайте так несколько раз, слегка сдвигая постепенно одну из кормовых станций, и вы, скорее всего, получите целый набор отличных решений. Небольшие различия в начальных состояниях могут привести к очень разным результатам. Но идентичные начальные состояния этого сделать не могут, а значит, не могут и продемонстрировать индетерминизм.

ПРОБЛЕМА № 2: СИРОТЫ РАЗБУШЕВАЛИСЬ

В этом месте на идее, что в эмерджентных системах одно и то же начальное состояние способно привести к разным результатам, можно поставить крест. Следующая ошибка шире – это мысль, будто эмерджентность означает, что редуктивные кирпичики, с которых все начинается, способны порождать эмерджентные состояния, которые могут творить что заблагорассудится.

Говорить об этом можно по-разному, но обычно термины типа мозг, причина и следствие или материализм намекают на редуктивный уровень, а такие термины, как психические состояния, личность или Я, подразумевают эмерджентный конечный продукт. Согласно философу Уолтеру Глэннону, «хотя мозг порождает и поддерживает психические состояния, он их не определяет, и это оставляет достаточно места для того, чтобы индивиды „проявляли волю быть“ посредством своего выбора и поступков». «Личность, – заключает он, – формируется мозгом, но не идентична ему». Нейробиолог Майкл Шадлен пишет, что эмерджентные состояния имеют особый статус «вследствие их возникновения в качестве сущностей, осиротевших в силу утраты причин и следствий, приведших к их воплощению в нейронных механизмах» (курсив мой. – Р. С.). Адина Роскис в этой связи пишет: «Объяснения на макроуровне не зависят от истинности детерминизма. Тех же аргументов достаточно, чтобы обосновать, почему в детерминированном мире субъект все-таки делает выбор и почему несет за него ответственность»{223}.

Это создает важную дихотомию. Философы, интересующиеся этим вопросом, говорят о «слабой эмерджентности», когда независимо от того, насколько красивым, замысловатым, неожиданным и адаптивным является эмерджентное состояние, оно все равно ограничено тем, что могут и чего не могут его редуктивные кирпичики. Слабая эмерджентность противопоставляется «сильной», то есть состоянию, возникающему из микроуровня, которое больше не выводится из него даже пошагово, как в хаотических системах.

Авторитетный философ Марк Бедау из Колледжа Рид считает, что сильная эмерджентность, которая может творить чудеса по части свободы воли, близка к теоретически невозможной[187]. Заявления о сильной эмерджентности «усугубляют обычное беспокойство, будто эмерджентность позволяет получить нечто из ничего», что «тревожно смахивает на волшебство»[188]. Влиятельный философ Дэвид Чалмерс из Нью-Йоркского университета тоже высказался по этому поводу: он считает, что единственная вещь, которую с натяжкой можно классифицировать как случай сильной эмерджентности, – это сознание; с ним дискутирует другой крупный специалист в этой области, физик из Университета Джонса Хопкинса Шон Кэрролл, который полагает, что, хотя сознание – единственная реальная причина интересоваться сильной эмерджентностью, оно все же не является ее примером.

Поскольку роль сильной эмерджентности (и, в частности, ее роль как источника свободы воли) как минимум ограничена, нам остается слабая эмерджентность, которая, по словам Бедау, «отнюдь не универсальный растворитель». Вы можете сойти с ума, но не можете выйти из мозга; какими бы крутыми с точки зрения эмерджентности ни были муравьиные колонии, они все-таки муравьиные и ограничены возможностями отдельных муравьев, а мозг, как ни крути, состоит из клеток мозга, которые функционируют как клетки мозга{224}.

Если только вы не прибегнете к еще одному трюку в попытке вытянуть из эмерджентности свободу воли.

ПРОБЛЕМА № 3: ОТРИЦАЯ ГРАВИТАЦИЮ

Входные ворота последней ошибки – это мысль, будто эмерджентное состояние может обратиться назад и изменить природу составляющих его кирпичиков.

Все мы знаем, что перестройка на уровне кирпичиков способна изменить эмерджентный конечный продукт. Если вам ввести много копий молекулы, активирующей шесть из четырнадцати подтипов серотониновых рецепторов[189], на макроуровне вы, скорее всего, погрузитесь в мир образов, недоступных восприятию окружающих, и, может, на вас даже снизойдет какое-нибудь «религиозное» откровение. Если резко понизить количество молекул глюкозы в крови человека, то на макроуровне он с трудом сможет вспомнить, когда Гровер Кливленд занимал пост президента – до или после Бенджамина Гаррисона[190]. Даже если считать сознание ближайшим к сильной эмерджентности феноменом, введите человека в бессознательное состояние, впрыснув ему молекулу вроде фенобарбитала, и вы продемонстрируете, что оно и близко не свободно от своих структурных элементов.

Прекрасно, мы все согласны, что изменение на микроуровне может повлечь за собой изменения на эмерджентном макроуровене. Обратное, конечно, тоже верно. Сядьте и нажмите кнопку А или Б: то, какие моторные нейроны прикажут мышцам вашей руки сдвинуться в ту или иную сторону, решит эмерджентный макрофеномен, который мы называем эстетическим чувством, – это если вас спрашивают, какая картина нравится вам больше – портрет женщины эпохи Возрождения с загадочной полуулыбкой или изображение банки с супом Campbell. Ну или нажмите кнопку, указывающую, кто из двух людей, по вашему мнению, с большей вероятностью отправится в ад, или какой из двух мюзиклов – «Зовите меня Мистер» (1951) или «Зовите меня Мадам» (1953) – самый невразумительный.

Исследование 2005 г., посвященное социальному конформизму, дает нам особенно яркий и убедительный пример того, как эмерджентный уровень манипулирует редуктивными функциями отдельных нейронов. Усадите испытуемого и покажите ему три параллельные линии, одна из которых явно короче остальных. Спросите его, которая короче, и он без всяких сомнений даст правильный ответ. Но поместите его в группу, все остальные члены которой (тайно работающие на экспериментатора) называют самой короткой ту, что длиннее, – и, в зависимости от контекста, шокирующая доля участников заявит: да, эта длинная линия и есть самая короткая. Подобная конформность бывает двух типов. Первый тип «с волками жить, по волчьи выть» – публичная или внешняя конформность. То есть вы знаете, какая линия короче, но присоединяетесь к большинству, чтобы не выделяться. В этом случае активируется миндалина – как отражение тревожности, заставляющей вас соглашаться с неверным, вы это точно знаете, ответом. Второй тип – это личная или внутренняя конформность, когда вы больше не доверяете себе и действительно верите, что каким-то странным образом ошиблись, а все остальные и в самом деле правы. В этом случае активируется еще и гипоталамус, играющий центральную роль в научении и запоминании, – конформность пытается переписать историю и заменить увиденную вами картинку. Но что еще интереснее, активируется и зрительная кора: «Эй, нейроны, та линия, которую вы по глупости поначалу посчитали длинной, на самом деле короткая. Ну, сейчас-то вы, наконец, прозрели?»[191]{225}

Подумайте вот о чем: когда должен активироваться нейрон зрительной коры? Если погрязнуть в деталях, которые вполне можно было бы и опустить, то это происходит, когда фотон света поглощается родопсином, хранящимся в мембранах так называемых дисков фоторецептивных клеток сетчатки, в результате чего меняется форма белка, изменяются трансмембранные потоки ионов. Это уменьшает выделение нейромедиатора глутамата, вовлекает в работу следующий нейрон в цепи, запуская последовательность, которая в итоге вызывает потенциал действия в нейроне зрительной коры. Сплошной редукционизм снизу доверху.

Но что происходит, когда в дело вмешивается внутренняя конформность? Тот самый механически действующий маленький нейрон зрительной коры активируется под действием макроуровневого эмерджентного состояния, которое мы называем потребностью в принятии, – состояния, построенного на нейробиологических проявлениях чего-то типа культурных ценностей, желания понравиться, шрамов, оставленных на самооценке подростковыми прыщами, и так далее[192]{226}.

Итак, некоторым эмерджентным состояниям присуща нисходящая причинно-следственная зависимость: они могут изменить функции редуктивного уровня и убедить нейрон, что длинное – это короткое, а война – это мир.

Ошибка здесь заключается в предположении, что как только муравей присоединяется к тысяче других в поисках оптимального маршрута кормления, нисходящая причинность внезапно одаряет его умением говорить по-французски. Или что амеба, вливаясь в колонию слизевика, отыскивающего маршрут в лабиринте, становится зороастрийцем. И что одинокий нейрон, который обычно подчиняется силе притяжения, перестает ей подчиняться, как только объединяется со другими нейронами, порождающими некий эмерджентный феномен. Ошибка верить, что строительные блоки работают иначе, становясь частью эмерджентной системы. Это равносильно идее, что, если собрать вместе много молекул воды, эмерджентная «мокрота» заставит молекулы изменить свою природу и состоять не из двух атомов водорода и одного кислорода, а из двух атомов кислорода и одного водорода. Но сам смысл эмерджентности, вся ее неотразимая прелесть в том и состоит, что эти несуразно простые маленькие строительные блоки, знающие лишь несколько правил взаимодействия с непосредственными соседями, остаются точно такими же несуразно простыми, когда, объединив силы, обходят на повороте урбанистов в деловых костюмах. Нисходящая причинность не наделяет строительные блоки сложными навыками; она всего лишь определяет контекст, в котором они выполняют свои несуразно простые функции. Отдельные нейроны не становятся беспричинной причиной, бросающей вызов гравитации и генерирующей свободу воли только потому, что взаимодействуют со множеством других нейронов.

А в основе системы убеждений этого подвида поборников свободы воли как раз и лежит представление, будто эмерджентные состояния и в самом деле могут изменять функции нейронов и что на этом-то их умении и зиждется свобода воли. Это предположение, что эмерджентные системы «имеют базовые элементы, которые ведут себя по-новому, когда работают как часть системы высшего уровня». Но каким бы непредсказуемым ни было эмерджентное свойство мозга, нейроны, становясь частью сложной структуры, не освобождаются от своей истории{227}.

Это лишь еще одна разновидность уже знакомой нам дихотомии. Есть слабая нисходящая причинность, где что-то эмерджентное вроде конформности может заставить нейрон активироваться точно так же, как он активировался бы в ответ на фотон света, – не изменив при этом его функций. И есть сильная нисходящая причинность, которой последнее под силу. Большинство философов и нейробиологов, исследующих этот вопрос, сходятся во мнении, что сильная нисходящая причинность, даже если она существует, не имеет отношения к теме этой книги. Критикуя этот подход к обнаружению свободы воли, психологи Майкл Масколо из Колледжа Мерримак и Ива Каллио из Университета Ювяскюля пишут: «Хотя [эмерджентные системы] неразложимы, они и не автономны в смысле наличия каузальной силы, которая преобладает над силой их составляющих», и этот момент подчеркивает также испанский философ Хесус Самора Бонилья в своем эссе «Почему эмерджентные уровни не спасут свободу воли». Или, как на биологическом языке формулируют это Масколо и Каллио, «в то время как способности к обретению опыта и смысла – это эмерджентные свойства биофизических систем, способность к регуляции поведения таковой не является. Способность к саморегуляции присуща живым системам изначально». Гравитация никуда не девается{228}.

Бретт ХОЛИДЕЙ

И, НАКОНЕЦ, ВЫВОДЫ

Кровь в бухте Бискайн

ГЛАВА 1

Итак, по моему мнению, какой бы неимоверно потрясающей ни была эмерджентность, свободы воли в ней не отыщешь по трем причинам:

10 000 ДОЛЛАРОВ К ПОЛУНОЧИ

Был поздний полдень одного из последних дней ноября, когда Майкл Шейн ленивой походкой вошел в вестибюль отеля в центре Майами, штат Флорида. Едва уловимое смешанное чувство беспокойства и ожидания чего-то охватило его. Ему было знакомо это чувство, и он был рад ему.

Не задумываясь особенно над всем этим, он совершенно определенно знал, что пора было приступать к делам. Его отдых был длительным и довольно беззаботным, и он наслаждался каждой минутой отпущенного ему времени. Но теперь отпуск подошел к концу.


А. Теория хаоса гласит: вы не можете, следуя общепринятым условностям, утверждать, будто две вещи одинаковы, когда они разные, и неважно, насколько мала эта разница; непредсказуемость не равна недетерминированности.
Б. Даже если система эмерджентна, это не означает, что она может творить все, что заблагорассудится; она все равно складывается из своих составных частей и ограничена ими, со всеми их причудами и недостатками.
В. Эмерджентные системы не могут заставить кирпичики, из которых они построены, перестать быть кирпичами[193]{229}.


С завершением летнего сезона ускорился ритм жизни Волшебного города. То был первый \"сезон\" с тех пор, как пришел мир на уставшую от войны землю. И вот уже туристы потоком хлынули в этот город, стремясь потратить накопленные и обесцененные инфляцией деньги в поисках неистового и бурного веселья, которое Майами умел предложить отдыхающим.

Все эти свойства присущи детерминированному миру, каким бы он ни был хаотическим, эмерджентным, предсказуемым или непредсказуемым. Но что, если наш мир на самом деле вовсе не детерминированный? Переходим к следующим двум главам.

Шейн неожиданно устал от наводненного людскими толпами города. Ему наскучило безделье. Ему хотелось вернуться к повседневной работе. Подумав о Люси Хамильтон, своей привлекательной секретарше в Новом Орлеане - она старалась поддерживать офис в целости и сохранности в его отсутствие,- он испытал чувство ностальгии, неведомое прежде. Его часто навещали мысли о Люси. Он понимал,, что в известном смысле его затянувшийся отдых в Майами был ничем иным как внутренним протестом против растущего влечения к ней. После того как закончилось дело Тимоти Рурке, он не сомневался, что на некоторое время ему необходимо было покинуть офис в Новом Орлеане, чтобы беспристрастно поразмыслить о своих чувствах к темноволосой, кареглазой девушке, которая так напоминала ему Филис.

В вестибюле отеля было немноголюдно, когда Шейн пересек его и подошел к столику клерка. Невысокого роста, аккуратного вида мужчина с тревожным взглядом голубых глаз повернулся, увидев его, и достал телеграмму из ящика для писем. Он улыбнулся, положил желтый конверт перед высоким, рыжеволосым детективом и сказал: \"Ее принесли, когда вас не было, мистер Шейн\".

9

Шейн поблагодарил и вскрыл конверт. Он не удивился. Послание, казалось, почти телепатически отвечало тому ощущению ожидания, которое не покидало его последние несколько дней, так как внизу стояла знакомая фамилия Люси Хамильтон. Телеграмма гласила:

\"Приняла для вас договор на тысячу долларов за расследование убийства Белтона. В зависимости обстоятельств ваш приезд желателен завтра полудню. Заказала место самолет \"Нэшанл Эалайнз\" отправление Майами полночь. Пожалуйста, подтвердите возвращение\".

Введение в квантовую неопределенность