УГОЛЬ И АЛМАЗЫ, песок и чипы компьютера, рак и здоровая ткань - на всём протяжении истории, в зависимости от упорядочения атомов, возникало дешевое или драгоценное, больное или здоровое. Упорядоченные одним образом, атомы составляют почву, воздух и воду; упорядоченные другим, они составляют спелую землянику. Упорядоченные одним образом, они образуют дома и свежий воздух; упорядоченные другим, они образуют золу и дым.
Наша способность упорядочивать атомы лежит в основе технологии. Мы ушли далеко в своей способности упорядочивать атомы, от заточки кремня для наконечников стрел до обработки алюминия для космических кораблей. Мы гордимся нашей технологией, с нашими лекарствами, спасающими жизнь, и настольными компьютерами. Однако наши космические корабли всё ещё грубы, наши компьютеры пока ещё глупые, а молекулы в наших тканях всё ещё постепенно приходят в беспорядок, вначале разрушая здоровье, а затем и саму жизнь. При всех наших успехах в упорядочении атомов мы всё ещё используем примитивные методы упорядочения. При нашей имеющейся технологии мы всё ещё вынуждены манипулировать большими, плохо управляемыми группами атомов.
Но законы природы дают много возможностей для прогресса, и давление мировой конкуренции даже теперь толкает нас вперед. Хорошо это или плохо, но самое большое технологическое достижение в истории всё ещё нас ожидает впереди.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АССЕМБЛЕРЫ сделают такую революцию, какой не было со времён появления рибосом - примитивных ассемблеров в клетке. Получающаяся в результате нанотехнология может помочь распространению жизни вне Земли - шаг, не имеющий аналогов, начиная с распространения жизни вне морей. Это может помочь машинам обрести разум - шаг, не имеющий параллелей, с тех пор как разум появился в приматах. И это может позволять нашим умам обновлять и переделывать наши тела - шаг, вообще не имеющий аналогов.
Эти революции принесут опасности и возможности, слишком обширные, чтобы их могло вместить человеческое воображение. Все же принципы изменения, которые выполнялись для молекул, клеток, животных, разума и машин, должны продолжать деятельность даже в век биотехнологии, наномашин и искусственного разума. Те же самые принципы, которые приложимы в море, на земле и в воздухе, должны сохраняться, когда мы будем распространять жизнь Земли к звездам. Понимание сохраняющихся принципов изменения поможет нам понять потенциал хорошего и плохого в новых технологиях.
соседей, формируя строки и столбцы, такие же совершенные, как шахматная доска, хотя часто более сложные.
Этот процесс не включает ни волшебство, ни какие-то специальные свойства молекул и квантово-механических сил. Не требуется даже специальных соответствующих друг другу форм, которые позволяют молекулам белка самостоятельно собираться в машины. Если положить мраморные шарики одинакового размера на поднос и встряхнуть, они также образуют правильные рисунки.
Кристаллы растут путём проб и удалением ошибок, путём варьирования и селекции. Никакие крошечные руки их не собирают. Кристалл может начинаться со случая молекул, собирающихся в группу: молекулы блуждают, сталкиваются и собираются в группы случайным образом, но группа держится вместе лучше всего, когда она упакована в правильную кристаллическую структуру. Далее в первоначальный маленький кристалл ударяются другие молекулы. Некоторые тыкаются в неправильные места или с неправильной ориентацией; они плохо прилипают и от колебаний вновь отваливаются. Другие случайно попадают нужным образом; они лучше прилипают и часто остаются. Слой строится на слое, расширяя кристаллическую структуру. Хотя молекулы сталкиваются случайным образом, они не прилипают случайно. Порядок растёт из хаоса путём варьирования и селекции.
Эволюционирующие молекулы
В росте кристаллов каждый слой образует шаблон для следующего. Однородные слои накапливаются и формируют твердый блок.
В клетках нити ДНК или РНК также могут служить в качестве шаблонов при помощи ферментов, которые действуют как молекулярные копировальные машины. Но элементы, из которых строятся нити нуклеиновых кислот, могут быть устроены во многих различных последовательностях, и нить шаблона может отделиться от копии. И нить, и её копия могут далее снова быть скопированы. Биохимик Сол Спиджельман использовал копировальные машины (белки из вируса) для экспериментов в испытательной пробирке. Говоря просто, безжизненная среда дуплицирует молекулы РНК.
Представьте себе нить РНК, плавающую в испытательной пробирке вместе с копировальными машинами и элементами РНК. Нить кувыркается и изгибается, пока она не наталкивается на копировальную машину в правильном положении, чтобы слипнуться. Элементы толкутся вокруг, пока один нужного вида не встретит копировальную машину в правильном положении, которая соответствует нити шаблона. Как только соответствующие элементы ухитряются попасть в нужное положение, машина захватывает их и привязывает их к растущей копии; хотя элементы сталкиваются случайным образом, машина связывает выборочно. В конце концов, машина, шаблон и копия разъединяются.
В терминологии зоолога Ричарда Давкинса из Оксфорда, объекты, которые делают копии себя, называются репликаторами. В этой окружающей среде молекулы РНК подходят под определение: единственная молекула скоро превращается в две, потом четыре, восемь, шестнадцать, тридцать две, и так далее, умножаясь экспоненциально. Далее скорость репликации снижается: постоянный запас белковых машин может производить копии только с какой-то скоростью РНК, независимо от того, сколько молекул шаблона соперничают друг с другом для их услуг. Ещё позже сырья для создания РНК-молекулы становится недостаточно, и репликация задерживается вплоть до остановки. Быстро растущее число молекул достигает предела роста и останавливает репродуцирование.
Копировальные машины, однако, часто копируют неправильно нить РНК, вставляя, удаляя или неправильно сопоставляя элемент нити. Получающаяся в результате нить с мутациями тогда отличается по последовательности элементов или длине. Такие изменения довольно случайны, и изменения накапливаются по мере того как скопированные с ошибкой молекулы снова копируются с ошибкой. По мере того как молекулы размножаются, они начинают отличаться от своих предшественников и друг от друга. Это может выглядеть как рецепт, приводящий к хаосу.
Биохимики нашли, что различающиеся молекулы РНК копируются с разными скоростями, в зависимости от их длин и структуры элементов. Потомки более быстрых репликаторов, естественно, становятся более распространёнными. Действительно, если один вид копируется только на 10 процентов быстрее, чем его собратья, то после одной сотни поколений каждый из более быстрого вида даст в 1000 раз большее число потомков. Малые различия в экспоненциальном росте накапливаются экспоненциально.
Когда в испытательной пробирке заканчиваются элементы, экспериментатор может взять пробу его РНК и "заразить" новую пробирку. Процесс начинается снова, и молекулы, которые доминировали в первом раунде соревнования, начинаются с некоторой форой. Появляются маленькие изменения, по прошествии времени вырастая в большие. Некоторые молекулы размножаются быстрее, и их вид доминирует в смеси. Когда ресурсы исчерпываются, экспериментатор может взять пробу РНК и начать снова (и снова, и снова), сохраняя условия стабильными.
Этот эксперимент показывает естественный процесс: независимо от того, с какой последовательности РНК начинает экспериментатор, кажущийся хаос случайных ошибок и копирование с систематическими ошибками выдвигает вперёд один вид молекул РНК (плюс-минус некоторые ошибки копирования). Его типичная версия имеет известную, четкую последовательность 220 элементов. Это лучший РНК-репликатор в этой среде, так что он перенаселяет другие и остаётся.
Копирование, растянутое во времени, копирование с ошибками и конкуренция всегда дают те же самые результаты, независимо от длины или структуры молекулы РНК, с которой начинается процесс. Хотя никто не мог бы предсказать, какая структура выиграет, каждый может видеть, что изменение и конкуренция будут иметь тенденцию выдвигать единственного победителя. В такой простой системе могло бы произойти кое-что ещё. Если эти репликаторы сильно воздействуют друг на друга (возможно, путём выборочных атак или помощи друг другу), то результаты могли бы напоминать более сложную экологию. Но как есть, они просто конкурируют за ресурсы.
Варьирование деталей в этом примере показывает нам кое-что еще: молекулы РНК приспосабливаются по-разному к различным окружающим средам. Молекулярная машина, называемая рибонуклеазой, захватывает молекулы РНК, имеющие определённые последовательности элементов, находящихся на поверхности, и режет их пополам. Но молекулы РНК, подобно белкам, сворачиваются в структуры в зависимости от их последовательности, и путём сворачивания нужным образом они могут защищать свои уязвимые места. Экспериментаторы находят, что молекулы РНК развивают в процессе эволюции способность жертвовать быстрым размножением в пользу лучшей защиты, когда вокруг находится рибонуклеаза. Опять же, конкуренция способствует возникновению лучшего.
Заметьте, что в это описание вкрались термины из биологии: так как молекулы копируются, слово "поколение" выглядит правильным; молекулы, "происходящие" от общего "предка", - "родственники", а слова "рост", "размножение", "мутация" и "конкуренция" также выглядят подходящими. Почему так? Потому что эти молекулы копируют себя с небольшими изменениями, так же как это делают гены живых организмов. Когда различные репликаторы имеют различный успех, наиболее успешные имеют тенденцию накапливаться. Этот процесс, где бы он ни происходил, есть "эволюция".
В этом примере испытательной пробирки мы можем наблюдать эволюцию, раздетую до своих наиболее важных сущностных моментов и освобождённую от противоречий, окружающих эволюцию жизни. Репликаторы РНК и белковые копировальные машины - это хорошо определённые наборы атомов, подчиняющихся хорошо понимаемым принципам и эволюционирующих в воспроизводимых лабораторных условиях. Биохимики могут делать РНК и белки из химических веществ, взятых "с полки", без помощи жизни.
Биохимики заимствуют эти копировальные машины от какого-либо вида вируса, который инфицирует бактерии и использует РНК как генетический материал. Эти вирусы выживают, входя в бактерию, получая свои копии путём использования её ресурсов, и затем выходя наружу, чтобы инфицировать новые бактерии. Копирование вирусной РНК с ошибками производит вирусы с мутациями, и вирусы, которые копируют себя более успешно, становятся более распространёнными; это эволюция естественным отбором, очевидно, названная "естественной", потому что она включает части природы, не относящиеся к человеку. Но в отличие от РНК из испытательной пробирки, вирусные РНК должны делать нечто большее, чем просто скопировать себя как просто молекулы. Успешные вирусные РНК должны также направлять бактериальные рибосомы для построения белковых устройств, которые, во-первых, позволяют им выбираться из старых бактерий, потом выживать снаружи, и в конце концов входить в новые бактерии. Эта дополнительная информация делает молекулы вирусных РНК длиной около 4500 элементов.
Чтобы копироваться успешно, ДНК больших организмов должны делать даже больше, направляя строительство десятков тысяч различных белковых машин и развитие сложных тканей и органов. Это требует тысяч генов, закодированных в миллионах или даже миллиардах элементов ДНК. Тем не менее принципиально процесс эволюции путём вариации и селекции сохраняется тем же самым и в испытательной пробирке, и в вирусах, и во многих других случаях.
Объяснение порядка
Имеется по крайней мере три способа объяснить структуру населения молекулярных репликаторов, появившуюся в ходе эволюции, будь то РНК испытательной пробирки, вирусные гены или человеческие гены. Первый вид объяснения - методичное прослеживание их историй: насколько специфические мутации происходили и как они распространялись. Это невозможно без записи всех молекулярных событий, а такие записи каждого события были ли бы чрезвычайно утомительными.
Второй вид объяснения обращается к слову, отчасти вводящему в заблуждение: цель. В сущности, молекулы просто случайно изменяются и выборочно копируются. Однако, если отойти несколько в сторону от процесса, можно было бы описывать результат, представляя, что выживающие молекулы изменялись, чтобы "достичь цели" репликации. Почему молекулы РНК, которые эволюционируют под угрозой со стороны рибонуклеазы, сворачиваются так, как они это делают? Конечно, в результате длительной истории со множеством деталей, но идея, что "они хотят избежать атак и выжить, чтобы размножаться", предсказала бы тот же результат. Язык цели даёт полезное сокращение (попробуйте без него обсуждать действия человека!), но появление цели не обязательно является результатом функционирования ума. Пример РНК вполне хорошо это показывает.
Третий (и часто лучший) вид объяснения - в терминах эволюции. Он говорит, что порядок появляется путём вариации и селекции репликаторов. Молекула сворачивается определённым образом, потому что это походит на предков, которые размножались более успешно (избегая атаки и т.п.) и оставили потомков, включая себя. Как отметил Ричард Давкин, язык цели (если пользоваться им аккуратно) может быть переведён на язык эволюции.
Эволюция приписывает достижение успеха устранению неудачных изменений. Она, таким образом, объясняет положительное как результат двойного отрицания - объяснение, смысл которого кажется слегка трудным, чтобы ухватить. Что хуже, она объясняет что-то видимое (успешные, нужные объекты) в терминах чего-то невидимого (неудачные объекты, которые исчезают). Поскольку только успешные животные производят потомство, кости которого остаются на местности, после неудачно сформированных образчиков прошлого не осталось даже большого количества останков.
Человеческой разум имеет тенденцию сосредотачиваться на видимом, ища положительные причины для положительных результатов, располагая силы позади правильных результатов. Однако после некоторых размышлений мы можем видеть, что этот большой принцип изменил наше прошлое и будет формировать наше будущее: эволюция происходит через вариацию и селекцию репликаторов.
Эволюционирующие организмы
История жизни - история гонки вооружения на базе молекулярных машин. Сегодня, в то время как эта гонка подходит к новой и более быстрой стадии, мы должны убедиться, что мы понимаем только, насколько глубокие корни имеет эволюция. Во времена, когда идеей биологической эволюции часто пренебрегают в школах, и она иногда подвергается нападкам, мы должны помнить, что доказательства её прочны как скала и также распространены, как клетки.
Сама Земля в каменных страницах сделала запись истории жизни. На дне озер и морей, в раковинах, костях, слой за слоем, откладывался ил. Иногда движущийся поток или смещение пластов вымывали слои; в ином случае они просто становились глубже. Ранние слои сохранялись глубоко, раздавленные, спёкшиеся, пропитанные минеральными водами и наконец превратившиеся в камень.
В течение столетий геологи изучили камни, чтобы читать прошлое Земли. Уже давно они нашли морские раковины высоко в разрушившейся и рухнувшей скале горных цепей. К 1785 году, за семьдесят четыре года до ненавистной книги Дарвина, Джеймс Хуттон заключил, что грязь с морского дна была спрессована в камень и была поднята к небесам силами, пока ещё не понятными. Что ещё могли думать геологи, если сама природа врала?
Они видели, что окаменевшие кости и раковины отличались в одном слое от другого. Они видели, что раковины в слоях здесь соответствовали раковинам в слоях там, хотя слои могли находиться глубоко под землёй, находящейся между ними. Они назвали слои (A, B, C, D. .., или осагьяновский, мерамесьяновский, нижний честерианский, верхний честерианский и т.д.) и использовали характерные отложения, чтобы отслеживать слои в скалах. Перемешивание земной коры нигде не оставило полной последовательности слоёв, какой она была, но геологи находили A, B, C, D, E в одном месте, C, D, E, F, G, H, I, J в другом и J, K, L где-то ещё и могли видеть, что A предшествовал L. Геологи, занимающиеся нефтяными месторождениями (даже те, кому нет дела до эволюции или её последствий), всё же используют отложения для определения геологического возраста пород и чтобы отслеживать слои, переходящие из одного места бурения в другое.
Ученые пришли к очевидному заключению. Так же как морские виды сегодня живут на широких площадях, жили и виды в прошлые годы. Так же как сегодня откладывается слой на слой, так же происходило и тогда. Подобные раковины в подобных слоях отмечают отложения, произошедшие в ту же самую эпоху. Раковины изменяются от слоя к слою, потому что виды изменялись от эпохи к эпохе. Это то, что геологи нашли записанным в раковинах и костях на каменных страницах.
Верхние слои скалы содержат кости недавних животных, более глубокие слои содержат кости животных, теперь исчезнувших. Еще более ранние слои не показывают никаких следов любых современных видов. Ниже костей млекопитающих лежат кости динозавра; в более старых слоях находятся кости земноводных, далее идут раковины и кости рыб, ещё далее - вообще нет ни костей, ни раковин. Самые старые породы, несущие останки, содержат микроскопические следы отдельных клеток.
Радиоактивное датирование показывает, что этим самым старым следам несколько миллиардов лет. Клетки, более сложные, чем бактерии, датируются временем, несколько большим, чем один миллиард лет назад. История червей, рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих охватывает сотни миллионов лет. Кости, подобные костям человека датируются несколькими миллионами лет. Остатки цивилизаций датируются несколькими тысячами.
За три миллиарда лет жизнь развивалась от отдельных клеток, способных впитывать химические вещества, к совокупностям клеток, реализующим разум, способный впитывать идеи. В пределах этого столетия технология развилась от парового локомотива и электрического света до космического корабля и электронно-вычислительной машины, и компьютеры уже учат читать и писать. С разумом и технологией, скорость развития сделала скачок в миллионы раз или больше.
Другой путь назад
Каменная книга делает запись форм давно умерших организмов, однако живые клетки также несут записи, генетические тексты, которые только теперь могут быть прочитаны. Так же как с идеями о геологии, наиболее важные идеи относительно эволюции были известны прежде, чем Дарвин взял в руки перо.
В освещенных лампой храмах и монастырях поколения писцов переписывали рукописи вновь и вновь. Иногда они делали ошибки в словах и предложениях - случайно ли, нарочно ли, или по приказу местного правителя, и по мере того как копируемые рукописи копировались, с помощью человеческих копировальных машин, ошибки накапливались. Наихудшие из ошибок могли быть найдены и удалены, и знаменитые отрывки могли продолжать существование в неизменном виде, но различия накапливались.
Древние книги редко существуют в своих первоначальных версиях. Самые старые копии часто на столетия младше потерянных оригиналов. Тем не менее, из различных копий с отличающимися ошибками ученые могут восстанавливать версии, более близкие к оригиналу.
Они сравнивают тексты. Они могут прослеживать нисходящие линии от общих предков, потому что уникальные рисунки ошибок выдают копирование из общего источника. (Школьные учителя это знают: идентичные правильные ответы ни о чём не говорят, кроме как на контрольном сочинении, но горе студентам, сидящим рядом, кто сдал контрольные работы с одинаковыми ошибками!) Там, где все выжившие копии совпадают, учёные предполагают, что оригинал (или, по крайней мере, последний общий предшественник выживших копий) содержал те же самые слова. Там, где выжившие копии различаются, учёные изучают копии, которые происходили отдельно от отдалённого предка, потому что зоны совпадения тогда будут говорить об общем источнике в версии предка.
Гены походят на рукописи, написанные в четырёхбуквенном алфавите. Во многом так же, как сообщение может принимать много форм на обычном языке (выразить идею с использованием совершенно различных слов не слишком трудно), так же различные генетические слова могут направить строительство идентичных белковых молекул. Более того, белковые молекулы с различными особенностями устройства могут выполнять одинаковые функции. Совокупности генов в клетке подобны целой книге, а гены - подобны старым рукописям, они копировались и перекопировались неаккуратными переписчиками.
Подобно ученым, изучающим древние тексты, биологи вообще работают с современными копиями своего материала (увы, нет биологических свитков Мертвого моря ранних дней жизни). Они сравнивают организмы с похожей внешностью (львы и тигры, лошади и зебры, крысы и мыши) и находят, что они дают подобные ответы на вопросы контрольного сочинения в своих генах и белках. Чем больше два организма различаются (львы и ящерицы, люди и подсолнухи), тем более разные ответы различаются, даже у молекулярных машин, выполняющих одинаковые функции. Продолжая в этом же духе, одинаковые животные делают те же самые ошибки, например, все приматы обделены ферментами для производства витамина С, это упущение, которое разделяется всего лишь двумя другими видами - гвинейской свиньёй и фруктовой летучей мышью. Это намёк на то, что мы, приматы, скопировали наши генетические ответы с общего источника много времени назад.
Тот же самый принцип, который показывает линии происхождения древних текстов (а это помогает исправить их ошибки копирования), таким образом, также показывает линии происхождения современной жизни. Действительно, это указывает на то, что вся известная жизнь происходит от общего предка.
Выращивание репликаторов
Первые репликаторы на Земле развили способности, превышающие способности молекул РНК, копирующиеся в испытательных пробирках. К моменту, когда они достигли бактериальной стадии, они развили "современную" систему использования ДНК, РНК и рибосом для построения белка. Далее мутации изменили не только саму копирующуюся ДНК, но и белковые машины, а также живые структуры, которые они строят и которым придают форму.
Команды генов формировали более сложные клетки, чем когда-либо, а затем направляли кооперацию клеток, что сформировало сложные организмы. Вариация и селекция благоприятствовали командам генов, которые формировали животных с хорошо защищающей кожей и голодными ртами, оживляемых нервами и мускулами, ведомых глазами и мозгом. Как это выразил Ричард Давкинс, гены строили всё более сложные машины выживания, чтобы помочь своему собственному копированию.
Когда гены собаки копируются, они часто перемешиваются с генами других собак, которые были отобраны людьми, которые затем отбирают, каких щенков держать и каким размножаться. В течение тысячелетий люди превратили волкоподобных животных в серых гончих, декоративных пуделей, такс и сенбернаров. Путём отбора, каким генам выживать, люди изменили и тело, и характер собак. Человеческие желания определили успех для генов собак; иные факторы определили успех для генов волка.
Мутация и отбор генов на протяжении многих эпох заполняли мир травой и деревьями, насекомыми, рыбой и людьми. Позднее появлялись и умножались другие объекты - инструменты, здания, самолеты и компьютеры. И подобно безжизненным молекулам РНК, эти аппаратные средства эволюционировали.
Эволюция технологии
Так же как камни Земли записывают возникновение всё более сложных и дееспособных форм жизни, так реликвии и письма человечества записывают появление всё более сложных и дееспособных форм средств производства. Наши самые старые выжившие средства производства - это сам камень, погребённый вместе с останками наших предков; наши самые новые средства производства летают над нашими головами.
Взгляните на комплекс предков космического челнока. Со стороны самолетов, он происходит от алюминиевых реактивных самолетов шестидесятых, которые сами произошли по линии, идущей в прошлое через алюминиевые этажерки Второй Мировой Войны к бипланам из дерева и материи времён Первой Мировой и к планёрам с мотором братьев Райт, и, наконец, к игрушечным планёрам и воздушным змеям. Со стороны ракет, космический челнок восходит к ракетам для полётов на Луну, к военным ракетам, к артиллерийским ракетам прошлого века ("и ракет красные вспышки...") и, наконец, к фейерверкам и игрушкам. Этот гибрид из самолёта и ракеты летает, и путём варьирования компонентов и конструкции аэрокосмические инженеры будут разрабатывать ещё лучшие челноки.
Инженеры говорят о "поколениях" технологии; японский проект компьютера "пятого поколения" показывает, насколько стремительно растут и множатся некоторые технологии. Инженеры говорят о "гибридах", "конкурирующих технологиях" и их "быстром размножении". Директор по исследованиям фирмы IBM Ральф. Е. Гомори подчёркивает эволюционную природу технологии, когда пишет о том, что "развитие технологии - намного более эволюционно, чем революционно или ориентированно на прорывы, чем большинство людей себе представляет". (Действительно, даже прорывы, такие важные, как молекулярные ассемблеры, будут развиваться через много маленьких шагов). В цитате, которая предшествует этой главе, профессор Герберт А. Симон университета Карнеги-Мелон подталкивает нас к тому, чтобы "думать о процессе конструирования как о включающем, во-первых, генерацию альтернатив, а затем тестирования этих альтернатив по целому ряду требований и ограничений". Генерация и тестирование альтернатив - это синонимы вариации и селекции.
Иногда различные альтернативы уже существуют. В "Одном высокоразвитом комплекте инструментов" в "Следующем всеобъемлющем земном каталоге", Дж. Болдуин пишет: "Наш портативный магазин развивается уже примерно в течение двадцати лет. На самом деле нет ничего особого в нём за исключением непрерывного процесса удаления устаревших и не отвечающих требованиям инструментов и замены их на более подходящие, что имеет результатом коллекцию, которая стала системой для производства вещей, а не просто грудой оборудования."
Болдуин точно использует термин "развивающийся". Изобретение и изготовление на протяжении тысячелетий производили изменения в конструкции инструментов, и Болдуин отсеивал текущий урожай конкурентным отбором, сохраняя те, что работали лучше всего с другими его инструментами, чтобы служить его нуждам. За годы вариации и селекции его система эволюционировала - процесс, который очень рекомендуется. На самом деле, он настаивает на том, что никогда не надо планировать покупку полного набора инструментов. Вместо этого он предлагает покупать инструменты, которые часто приходится занимать, инструменты, отобранные не теорией, а опытом.
Технологические изменения часто делаются специально, в том смысле, что инженерам платят, чтобы они изобретали и тестировали. Однако некоторые новинки есть чистая случайность, подобно открытию сырой формы тефлона в цилиндре, в котором предположительно должен был быть газ тетрафлюороэтилен: когда открыли клапан, она остался внутри; когда клапан распилили, чтобы расширить отверстие, там оказалось странное твердое вещество, похожее на воск. Другие новинки произошли от систематических просчётов. Эдисон пробовал обугливать все, от бумаги до бамбука и паутины паука, пытаясь найти хорошую нить накаливания для лампочки. Чарльз Гудиар просиживал на кухне в течение долгих лет, пытаясь превратить клейкую натуральную резину в прочное вещество, пока наконец случайно не уронил сульфурированную резину в горячую печку, выполнив первую грубую вулканизацию.
При разработке метод информированных проб и ошибок, а не планирование безупречного интеллекта принесло большинство продвижений вперёд; вот почему инженеры строят опытные образцы. Петерз и Ватерман в своей книге "В поиске совершенства" показывают, что то же самое продолжает быть истинным и для совершенствования продуктов, и для совершенствования политики компаний. Вот почему наилучшие из компаний создают "среду и комплекс отношений, которые поощряют экспериментирование", и почему они развиваются "очень по-дарвински".
Фабрики создают порядок через вариацию и селекцию. Грубые системы по контролю качества проверяют и отказываются от дефектных частей, перед тем как собирать изделия, а сложные системы управления качеством используют статистические методы, чтобы выяснять причины дефектов и помочь инженерам изменять производственный процесс, чтобы минимизировать дефекты. Японские инженеры, основываясь на работе В. Эдварда Деминга по статистике контроля качества, сделали такую вариацию и селекцию промышленных процессов опорой успеха экономики своей страны. Системы, основанные на ассемблерах, также будут нуждаться в измерении результатов, чтобы исправлять дефекты.
Контроль качества - своего рода эволюция, имеющая целью не изменение, а устранение вредных изменений. Но так же, как дарвинская эволюция может сохранять и распространять благоприятные мутации, так же качественные системы контроля могут помогать менеджерам и рабочим сохранять и распространять более эффективные процессы, возникают ли они случайно или преднамеренно.
Всё, что делают инженеры и изготовители, готовит изделия к их последнему испытанию. Выйдя на рынок, бесконечное множество гаечных ключей, автомобилей, носков и компьютеров конкурируют в борьбе за благосклонность покупателей. Когда информированные покупатели свободны выбрирать, изделия, которые умеют делать слишком мало или стоят слишком много, в конце концов, не могут воспроизводиться. Так же как в природе, испытание конкуренцией делает вчерашнего победителя в конкуренции завтрашним донным отложением. "Экология" и "экономика" имеют общего больше, чем только лингвистические корни.
И на рынке, и на реальных и воображаемых полях битвы, глобальное соревнование заставляет организации изобретать, покупать, выпрашивать и воровать всё более действенные технологии. Некоторые организации конкурируют большей частью в предложении людям лучших товаров, другие конкурируют большей частью в запугивании их более совершенным оружием. Обоих толкает прессинг эволюции.
Глобальная гонка технологий ускорялась в течение миллиардов лет. Слепота земляного червя не могла блокировать развитие зорких птиц. Маленький мозг и неуклюжие крылья птицы не могли блокировать развитие человеческих рук, умов и стреляющих ружей. Аналогично, местные запреты не могут блокировать развитие военной и коммерческой технологии. По-видимому, мы должны управлять гонкой технологий или умереть, однако сила технологической эволюции делает из антитехнологических движений посмешище: демократические движения за местные ограничения могут ограничить только мировые демократии, но не мир в целом. История жизни и потенциал новых технологий подсказывают некоторые решения, но это вопрос из Части 3.
Эволюция конструкций
Могло бы показаться, что конструирование предполагает альтернативу эволюции, но проектирование вовлекает эволюцию двумя различными способами. Во-первых, развивается сама практика проектирования. Не только инженеры накапливают работающие конструкции, но они накапливают работающие методы проектирования. Они включают весь спектр, от изложенных в книжечке стандартов по выбору труб до управленческих систем для организации исследований и разработок. И как утверждал Альфред Норд Вайтхэд, "Величайшим изобретением девятнадцатого века было изобретение метода изобретений".
Во-вторых, конструкция сама развивается путём вариации и селекции. Инженеры часто использует математические законы, разработанные, чтобы описывать, к примеру, тепловые потоки и эластичность, чтобы проверять моделируемые конструкции, перед тем как их строить. Таким образом, намечают планы, далее цикл конструирования, вычислений, критики и изменения конструкции, избегая тем самым расходов по непосредственной обработке металла. Таким образом, создание конструкций происходит через нематериальную форму эволюции.
Например, закон Хука описывает, как металл гнётся и распрямляется: деформация пропорциональна приложенному напряжению; в два раза увеличивается напряжение, в два раза увеличивается растяжение. Хотя он только приблизительно правилен, он продолжает быть довольно точным, пока эластичность металла наконец не уступает напряжению. Инженеры могут использовать форму закона Хука для разработки бруса металла, который способен поддерживать груз без слишком большого изгиба, а затем сделать его только немного более толстым, чтобы учесть погрешности в законе и в своих конструкторских вычислениях. Также они могут использовать форму закона Хука для описания изгиба и скручивания крыльев самолёта, теннисных ракеток и автомобильных каркасов. Но простые математические уравнения не подходят прямо для таких изогнутых структур. Инженеры должны подгонять уравнения для упрощения форм (частей конструкции), и далее собрать эти частичные решения для описания изгиба в целом. Этот метод (называемый "анализ конечных элементов")обычно требует огромных вычислений, а без компьютеров он был бы невыполним. С компьютерами он стал общеупотребительным.
Такое моделирование продолжает древнюю тенденцию. Мы всегда воображали последствия, в надежде и в страхе, когда нам нужно было выбирать курс действия. Более простые мысленные модели (будь то врожденные или приобретённые), несомненно, также управляют и животными. Базируясь на правильных мысленных моделях, мысленный эксперимент может заменить более дорогостоящие (или даже смертельно опасные) физические эксперименты, - приобретение, которому эволюция благоприятствовала. Инженерное моделирование просто продолжает эту способность воображать последствия, чтобы делать ошибки мысленно, а не в действиях.
В "Одном высокоразвитом комплекте инструментов" Дж. Болдуин обсуждает, как инструменты и мысли смешиваются в работе единичного производства: "...вы начинаете встраивать вашу инструментальную способность в то, как вы думаете о создании вещей. Как скажет вам каждый, кто долго работает, инструменты скоро становятся чем-то вроде автоматической части процесса конструирования... Но инструменты не могут становиться частью вашего процесса конструирования, если вы не знаете, что у вас есть и что каждый инструмент делает".
Наличие ощущения способностей инструментов необходимо при планировании индивидуального проекта для поставки в следующую среду; и это не менее существенно при формировании стратегии для управления крупными достижениями грядущих десятилетий. Чем лучше наше ощущение инструментов будущего, тем более основательными будут наши планы выживания и процветания.
Мастер в цехе может держать инструменты в пределах видимости; работа с ними каждый день делает их знакомыми его глазам, рукам и разуму. Он узнаёт их способности естественным образом и может непосредственно творчески использовать это знание. Но люди, такие как мы, которым требуется понять будущее, встают перед более сложной задачей, поскольку будущие инструменты существуют сейчас только как идеи и как возможности, заложенные в законах природы. Эти инструменты не висят на стене, и не производят впечатления на разум через свой вид, звук или прикосновение, также они не будут это делать, пока не появятся как реальные предметы. В следующие годы подготовки только изучение, воображение и мысль могут сделать их способности реальными для ума.
Какими будут новые репликаторы?
История показывает нам, что средства производства развиваются. РНК из испытательной пробирки, вирусы и собаки - всё показывает, как эволюция движется через модификацию и тестирование репликаторов. Но средства производства (сегодня) не могут воспроизводить себя, так что где же репликаторы в свете эволюции технологии? Что является генами машин?
Конечно, нам нет нужды действительно идентифицировать репликаторы, чтобы распознать эволюцию. Дарвин описал эволюцию ранее, чем Мендель обнаружил гены, а генетики узнали много о наследственности прежде, чем Ватсон и Крик открыли структуру ДНК. Дарвин не нуждался в знании молекулярной генетики, чтобы понять, что организмы различаются и что некоторые оставляют больше потомков.
Репликатор - это структура, которая способна сделать так, чтобы образовалась её копия. Ей может требоваться помощь; без копирующих белковых машин ДНК не могла бы себя копировать. Но по этому стандарту некоторые машины - репликаторы! Компании часто делают машины, которые попадают в руки конкурента; конкурент далее изучает их секреты и строит копии. Так же как гены "используют" белковые машины, чтобы себя копировать, так же такие машины "используют" человеческие умы и руки, чтобы размножаться. С нанокомпьютерами, управляющими ассемблерами и дизассемблерами, копирование средств производства могло бы даже быть автоматизировано.
Человеческий разум, однако, намного более тонкая машина имитации, чем любая простая белковая машина или ассемблер. Голос, письмо и рисунок могут передать конструкции из разума к разуму прежде, чем они примут форму как аппаратные средства. Идеи, стоящие за методами разработки, ещё более тонкие: более абстрактные, чем аппаратные средства, они копируются и функционируют исключительно в мире разума и систем символов.
Там, где гены эволюционировали в течение поколений и эпох, мысленные репликаторы пока эволюционируют в течение дней и десятилетий. Подобно генам, идеи расщепляются, объединяются и принимают многообразные формы (гены могут быть расшифрованы из ДНК в РНК и снова использованы; идеи могут быть переведены с языка на язык). Наука не может пока описать нейронные структуры, которые воплощают идеи в мозгу, но любой может видеть, что идеи мутируют, воспроизводятся и конкурируют. Идеи подвержены эволюции.
Ричард Давкинс называет элементы воспроизводящихся мысленных структур "мимами" (англ. "meme"). Он говорит: "примеры мимов - мелодии, идеи, общеупотребительные выражения, мода в одежде, способы производства горшков и постройки арок. Так же, как гены размножаются в среде генов, перескакивая от тела к телу (от поколения к поколению) через сперму или яйца, так же и мимы размножаются в среде мимов, перескакивая из мозга в мозг посредством процесса, который в широком смысле может называться имитацией".
Существа разума
Мимы копируются, потому что люди учатся и учат других. Они изменяются, потому что люди создают новые и неправильно истолковывают старые. Они подвергаются селекции (отчасти), потому что люди не верят или повторяют все, что слышат. Так же как молекулы РНК из испытательной пробирки конкурируют за ограниченные в количестве копировальные машины и строительные элементы, мимы должны конкурировать за ограниченный ресурс - человеческое внимание и усилия. Так как мимы формируют поведение, их успех или неудача - это жизненно важный вопрос.
Начиная с древних времён, мысленные модели и способы поведения передавались от родителя ребенку. Мимические структуры, которые помогают выживанию и воспроизводству, имели тенденцию распространяться. (Ешьте этот корень только после приготовления; не ешьте те ягоды, их злой дух будет скручивать ваши кишки"). Год за годом, люди поступали по-разному и с разнообразными результатами. Год за годом кто-то умирал, в то время как остальные находили новые способы выживания и передавали их дальше. Гены построили мозги на принципе имитации, поскольку имитируемые структуры были в целом полезны: в конце концов их носители выживали и распространяли их.
Сами мимы, тем не менее, встречают свои собственные вопросы "жизни" и "смерти": как репликаторы, они развиваются исключительно чтобы выживать и распространяться. Подобно вирусам, они могут воспроизводиться, не помогая выживанию или благосостоянию их хозяина. В действительности мим "жертвы во имя" может распространяться через сам факт убийства своего хозяина.
Гены, подобно мимам, выживают, используя различные стратегии. Некоторые гены утки распространили себя, поощряя уток разбиваться на пары для заботы о твоих яйцах, несущих гены и молодняк. Некоторые гены утки распространили себя (находясь в самцах утки), поощряя насилие, а некоторые (находясь в самках утки), поощряя отложение яиц в гнёздах других уток. Ещё одни гены, обнаруживаемые в утках, - гены вируса, способные распространяться без того чтобы производить новых уток. Защита яиц помогает виду уток (и индивидуальным генам уток) выживать; насилие помогает одному набору утиных генов в ущерб другому; инфекция, в общем случае, помогает вирусным генам за счёт утиных генов. Как отмечает Ричард Давкин, гены "заботятся" только о копировании себя: они ведут себя эгоистично.
Но эгоистичные мотивы могут поощрять кооперацию. Люди, ищущие деньги и признание для себя, сотрудничают, чтобы строить корпорации, которые служат потребностям других людей. Эгоистичные гены сотрудничают, чтобы строить организмы, которые сами часто сотрудничают. Даже в этом случае, чтобы вообразить, что гены автоматически служат какому-то благу более высокого уровня (своим хромосомам? своим клеткам? телам? своим видам?), нужно неправильно понимать общее действие лежащей в основе причины. Игнорировать эгоистичность репликаторов значит быть убаюканным опасной иллюзией.
Некоторые гены в клетках - полнейшие паразиты. Подобно генам герпеса, вставленным в человеческие хромосомы, они эксплуатируют клетки и вредят их хозяевам. Однако если гены могут быть паразитами, почему бы ни быть ими и мимам?
В "Расширенном фенотипе" Ричард Давкинс описывает червя, который паразитирует на пчеле и заканчивает свой жизненный цикл в воде. Он попадает из пчелы в воду, заставляя пчелу-хозяина нырнуть и умереть. Точно так же муравьиный мозговой червь должен войти в овцу, чтобы закончить свой жизненный цикл. Чтобы это сделать, они прогрызают отверстие в мозгу хозяина-муравья, некоторым образом вызывая такие изменения, что заставляет муравья "хотеть" взобраться на верхушку стебля травинки и ждать, пока в конце концов его не съест овца.
Как черви входят в другие организмы и используют их, чтобы выживать и копироваться, так же делают мимы. Действительно, отсутствие мимов, эксплуатирующих человека для своих собственных эгоистичных целей, было бы удивительно, это было бы признаком некоторой мощной, действительно, почти совершенной, умственной иммунной системы. Но мимы-паразиты явно существуют. Так же как вирусы научились побуждать клетки производить вирусы, так же слухи научились звучать правдоподобно и пикантно, побуждая повторение. Спросите, не является ли слух правдой, а как он распространяется. Опыт показывает, что идеям, научившимся быть успешными репликаторами, нужно иметь лишь очень немного от правды.
В лучшем случае, письма по цепочке, ложные слухи, модные глупые поступки и другие умственные паразиты вредят людям, тратя впустую их время. В худшем случае, они внедряют смертельные заблуждения. Эти системы мимов эксплуатируют человеческое невежество и уязвимость. Их распространение подобно тому, что у кого-то простуда, и он чихает на своих друзей. Хотя некоторые мимы действуют во многом подобно вирусам, заразность не обязательно является чем-то плохим (вспомните заразную улыбку или заразную хорошую натуру). Если набор идей имеет достоинство, то такая заразность просто повышает её достоинство, и действительно, лучшие этические учения также нас учат учить этике других. Хорошие публикации могут развлекать, обогащать понимание, помогать суждению и рекламировать подарочные подписки. Распространение полезных систем мимов подобно предложению полезных зёрен для сада друга.
Отбор идей
Паразиты заставили организмы развивать иммунные системы, такие как ферменты, которые используют бактерии для отражения вторгающихся вирусов, или блуждающие белые клетки крови, которые используют наше тело для уничтожения бактерий. Мимы-паразиты заставляют разум вступить на подобный путь разработки систем мимов, которые служат умственными иммунными системами.
Старейшая и самая простая умственная иммунная система просто даёт команду: "верь старому и отбрасывай новое". Что-то вроде этой системы обычно удерживало племена от отказа от старого, проверенного пути в пользу безумства новых идей - таких как идея повиновения предполагаемым приказам призрака уничтожить весь скот и всё зерно племени, и что это принесёт каким-то образом чудесное изобилие пищи и армии предков выгонят чужеземцев. (Этот пакет мимов заразил племя Ксоза из Южной Африки в 1856 году; к следующему году 68 000 умерли, большей частью от голода.)
Иммунная система вашего тела следует подобному правилу: она обычно принимает все типы клеток, присутствовавшие в начале жизни, и отторгает как инородные и опасные такие, как потенциальные раковые клетки и вторгающиеся бактерии. Эта простая система "отбрасывай новое" когда-то работала хорошо, однако в век трансплантации органов она может убить. Аналогично, в век, когда наука и технология - постоянно присутствующие факторы, негибкая умственная иммунная система становится опасной помехой.
При всех своих недостатках, тем не менее, принцип "отклоняй всё новое" прост и предлагает реальные преимущества. Традиция содержит многое, что испытано и истинно (или, если не истинно, то, по крайней мере, осуществимо). Изменение рискованно: как большинство мутаций носят отрицательный характер, так же и большинство новых идей неправильно. Даже разум может быть опасен: если традиция связывает обоснованную практику со страхом приведений, то слишком уверенная в себе рациональная мысль может отвергнуть хорошее вместе с ложным. К сожалению, традиции, которые в процессе эволюции стали нести нечто хорошее, могут быть менее привлекательными, чем идеи, в процессе эволюции научившиеся выглядеть хорошими, когда исследуют первые, самая глубоко обоснованная традиция может быть смещена худшими идеями, которые выглядят более привлекательно для рационального ума.
Однако мимы, которые запечатывают разум против новых идей, защищают себя способом, вызывающим подозрения в обслуживании собственных интересов. Защищая ценные традиции от неуклюжего редактирования, они также могут ограждать паразитирующую бессмыслицу от испытания истиной. Во времена быстрых изменений они могут делать умы опасно косными.
Многое из истории философии и науки может рассматриваться как поиск лучших умственных иммунных систем, лучших способов отклонять ложное, бесполезное и вредное. Лучшие системы уважают традицию, однако поощряют эксперимент. Они предлагают стандарты для оценки мимов, помогая уму различить паразитов и полезные инструменты.
Принципы эволюции обеспечивают способ рассматривать изменение, будь то в молекулах, организмах, технологиях, умах или культурах. Встают те же самые основные вопросы: что такое репликаторы? как они различаются? что определяет их успех? как они защищаются против захватчиков? Эти вопросы возникают снова, когда мы рассматриваем последствия революции ассемблеров, и ещё раз, когда мы рассматриваем, как общество могло бы поступить с её последствиями.
Принципы эволюционного изменения, имеющие глубокие корни, будут формировать развитие нанотехнологии, даже когда различие между аппаратными средствами компьютеров и жизнью начнёт стираться. Эти принципы показывают многое из того, что мы можем и не можем надеяться достичь, и они могут помочь нам сконцентрировать наши усилия, чтобы формировать наше будущее. Они также говорят нам много о том, что мы можем и не можем предсказать, потому что они управляют эволюцией не только материального, но и эволюцией самого знания.
Глава 3. ПРЕДСКАЗАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Критическое отношение может быть описано как сознательная попытка заставить наши теории и гипотезы страдать вместо нас в борьбе за выживание наиболее приспособленных. Оно дает нам возможность пережить гибель неадекватной гипотезы, в то время как более догматичное отношение уничтожало бы её, уничтожая нас.
Сэр КАРЛ ПОППЕР
ПОСКОЛЬКУ МЫ ЖЕЛАЕМ увидеть, к чему приведёт гонка технологий, мы должны задать три вопроса. Что является возможным, что является достижимым и что является желательным?
Во-первых, в том, что касается аппаратных средств, законы природы устанавливают ограничения тому, что возможно. Так как ассемблеры откроют путь к этим ограничениям, понимание ассемблеров - ключ к пониманию того, что является возможным.
Во-вторых, принципы изменения и факты о нашей имеющейся ситуации устанавливают пределы достижимому. Поскольку эволюционирующие репликаторы будут играть основную роль, принципы эволюции - ключ к пониманию, что будет достижимо.
Относительно того, что является желательным или нежелательным, наши отличающиеся мечты подталкивают к поиску будущего, где будет место разнообразию, в то время как наши общие опасения подталкивают к поиску безопасного будущего.
Эти три вопроса - возможного, достижимого и желаемого - создают основу подхода к предвидению. Во-первых, научное и техническое знание формирует карту пределов возможного. Хотя пока размытая и неполная, эта карта обрисовывает постоянные пределы, внутри которых должно находиться будущее. Во-вторых, эволюционные принципы определяют то, какие пути открыты, и устанавливают пределы достижимого, включая его нижние границы, потому что продвижение технологий, которые обещают улучшить жизнь или увеличить военную мощь, практически нельзя будет остановить. Это даёт возможность ограниченного предсказания: если старая как вечность эволюционная гонка некоторым непостижимым образом не остановится, то конкурентное давление будет формировать наше технологическое будущее, приближая его к пределам возможного. Наконец, в широких пределах возможного и достижимого, мы можем попытаться достичь будущего, которое мы находим желаемым.
Ловушки предсказания
Но как кто-либо может предсказывать будущее? Политические и экономические тенденции - хорошо известные непостоянные, и чистая случайность катит кубик по континентам. Даже сравнительно устойчивый прогресс технологии часто уклоняется от предсказания.
Предсказатели часто пытаются угадать, какое время и какие затраты потребуются, чтобы начать использовать новые технологии. Когда они выходят за пределы описанных возможностей и пытаются делать точные предсказания, обычно они терпят неудачу. Например, хотя было очевидно, что космический челнок был возможен, предсказания о его стоимости и дате первого запуска были ошибочны на несколько лет и миллиардов долларов. Инженеры не могут точно предсказать, когда технология будет разработана, потому что разработка всегда включает неопределённость.
Но мы должны пытаться предсказывать и управлять развитием. Разработаем ли мы монстров технологии до технологий, позволяющих этих монстров посадить в клетку, или после? Некоторые монстры, однажды будучи отпущенными на свободу, не могут быть посажены в клетку. Чтобы остаться в живых, мы должны сохранять контроль, ускоряя некоторые разработки и придерживая другие.
Хотя одна технология иногда может защитить от опасности другой (защита против нападения, средство управления загрязнением против загрязнения), конкурирующие технологии часто идут в одном и том же направлении. 29 декабря 1959 года Ричард Фейнман (теперь Нобелевский лауреат) прочитал лекцию на ежегодной конференции Американского физического Общества, озаглавленную "На дне много места". Он описал небиохимический подход к наномашинам (разработка сверху вниз, шаг за шагом, используя большие машины для построения более маленьких) и заявил, что принципы физики не противоречат возможности манипулирования объектами атом за атомом. Это не попытка нарушить какие-либо законы; это что-то, что, в принципе, можно сделать; но на практике это не было сделано, потому что мы слишком большие... В конце концов, мы можем делать химический синтез... выкладывая атомы, где скажут химики, и таким образом вы будете делать вещество". Вкратце он набросал план другого, не биохимического пути к ассемблерам. Также он утверждал, уже тогда, что это "разработка, которой, я думаю, нельзя избежать".
Как я буду обсуждать в главах 4 и 5, ассемблеры и интеллектуальные машины упростят многие проблемы, связанные со сроками и стоимостью технологических разработок. Но вопросы сроков и стоимости будут все еще маячить в поле нашего зрения на протяжении периода между сегодняшним днём и этими крупными достижениями. Ричард Фейнман видел в 1959, что наномашины могли бы направить химический синтез, возможно, включая синтез ДНК. Однако он не мог предвидеть ни сроки, ни стоимость выполнения этого.
В действительности, конечно, биохимики разрабатывали методы создания ДНК без программируемых наномашин, используя упрощённые методы, основанные на определенных химических уловках. Технологии-победители часто преуспевают благодаря неочевидным уловкам и деталям. В середине 1950-ых физики могли бы понять основные принципы полупроводников, что делало микросхемы физически возможными, но предсказание, как их можно было бы сделать, предвидение деталей создания масок, изоляторов, выращивание оксидов, внедрение ионов, гравировка и т.д., во всей их сложности, было бы невозможно. Нюансы деталей и конкурентное преимущество, которое выбирает технологии-победители, делает гонку технологий сложной, а её путь - непредсказуемым.
Но делает ли это долгосрочное предсказание бесполезным? В гонке к пределам, установленным законом природы, линия финиша предсказуема, даже если дорожка и скорость бегунов - нет. Не человеческие прихоти, но неизменные законы природы рисуют линию между тем, что является физически возможным, и тем, что не является, и ни один политический акт, никакое социальное движение не может изменить закон гравитации ни на йоту. Поэтому как бы футуристически они ни выглядели, хорошо обоснованные прогнозы технологических возможностей весьма отличны от предсказаний. Они основываются на законах природы, которые вне времени, а не в причудах событий.
К сожалению, понимание этого остается редким. Без этого, мы с изумлением переступаем горизонт возможного, путая фонтаны с миражами и не веря ни тому, ни другому. Мы смотрим вперед через очки разума и культур, имеющих корни в идеях более медленнотекущих времён, когда и наука, и технологическая конкуренция не имели своих сегодняшних силы и скорости. Мы только недавно начали развивать традицию технологического предвидения.
Наука и закон природы
Наука и технология переплетаются. Инженеры используют знание, произведенное учеными; ученые используют инструменты, произведенные инженерами. И ученые, и инженеры работают с математическими описаниями естественных законов и проверяют идеи экспериментами. Но наука и технология отличаются радикально по их сути, методам и целям. Понимание этих различий принципиально для обоснованного предвидения. Хотя обе области состоят из эволюционирующих систем мимов, они развиваются под давлением различных факторов. Рассмотрим корни научного знания.
Большую часть истории люди плохо понимали эволюцию. Философам оставалось лишь думать, что чувственная видимость, посредством рассудка, должна каким-то образом оставлять отпечаток в памяти всего человеческого знания, включая знание естественного закона. Но в 1737 шотландский философ Давид Хьюм предложил им пренеприятную загадку: он показал, что наблюдения не могут логически доказать общее правило, что факт, что Солнце светит день за днём, по логике, ничего не доказывает насчёт того, будет ли оно это делать завтра. И действительно, однажды Солнце перестанет это делать, опровергая любую такую логику. Проблема Хьюма, казалось, разрушила идею рационального знания, чрезвычайно расстроив рациональных мыслителей (включая его самого). Они изо всех сил пытались что-то сделать, но иррационализм получил свою почву. В 1945 году философ Бертранд Русс заметил, что "рост нерациональности на протяжении девятнадцатого века и то, что прошло в двадцатом, - естественное последствие хьюмовского разрушения эмпиризма". Мим-проблема Хьюма подрубила саму идею рационального знания, по крайней мере, как люди его себе представляли.
За последние десятилетия Карл Поппер (возможно, любимый философ учёных), Томас Кун и другие признали науку эволюционным процессом. Они рассматривают её не как механический процесс, посредством которого наблюдения некоторым образом производят заключения, а как сражение, где идеи соревнуются за то, чтобы быть принятыми.
Все идеи, как мимы, конкурируют за принятие, но мимическая система науки имеет специфику: она имеет традицию преднамеренной мутации идей и уникальной иммунной системы для контроля мутантов. Результаты эволюции изменяются выборочным приложением давления, будь то среди молекул РНК из испытательной пробирки, насекомых, идей или машин. Аппаратные средства, разработанные для охлаждения, отличаются от средств, разработанных для транспортировки, потому что холодильники очень плохо служат в качестве автомобилей. В общем случае, репликаторы, появившиеся для А, отличаются от таковых, появившихся для В. Мимы - не исключение.
Вообще говоря, идеи могут в процессе эволюции научаться выглядеть истинными или даже превращаются в истинные (выглядя истинными для людей, которые проверяют идеи тщательно). Антропологи и историки описали, что случается, когда идеи научаются в ходе эволюции казаться истинными среди людей, у которых нет научного метода; результаты (теория заболеваний "вселился злой дух", теория звёзд "огни на куполе" и т.п.) достаточно хорошо согласовались по всему миру. Психологи, испытывая человеческие наивные заблуждения о том, как объекты падают, обнаружили взгляды, подобные тем, которые развились в формальные "научные" системы на протяжении средних веков до работ Галилея и Ньютона.
Галилей и Ньютон использовали эксперименты и наблюдения для проверки идей об объектах и движении, открывая эру поразительного научного прогресса: Ньютон разработал теорию, которая выдержала все испытания, доступные на тот день. Их метод специально произведённого испытания уничтожил идеи, которые отклонялись слишком далеко от правды, включая идеи, которые появились, чтобы апеллировать к наивному человеческому уму.
Эта тенденция продолжилась. Дальнейшее варьирование и испытания побудили дальнейшее развитие научных идей, при этом получались некоторые, выглядящие столь же причудливо, как изменяющееся время и изогнутое пространство относительности, или вероятностные волновые функции квантовой механики. Даже биология отбросила особую жизненную силу, которая предполагалась ранними биологами, открывая вместо неё тщательно устроенные системы невидимо маленьких молекулярных машин. Идеи, казавшиеся истинными (или близкими к истине) снова и снова оказывались ложными или не всеобъемлющими. Истинные и выглядящие истинными оказывались так же различны, как автомобили и холодильники.
В физических науках идеи развивались при нескольких основных правилах отбора. Сначала ученые отбрасывают идеи, у которых нет проверяемых последствий; таким образом они предохраняют свои головы от засорения бесполезными паразитами. Во-вторых, ученые ищут замену идеям, которые не подтверждаются испытаниями. Наконец, ученые ищут идеи, которые создают самый широкий диапазон точных предсказаний. Закон гравитации, например, описывает падение камня, орбиты планет и завихрения галактик и делает точные предсказания, которые делают его широко открытым для опровержения. Его широта и точность, аналогично, дают ему широкую полезность, помогая инженерам и конструировать мосты, и планировать космические полёты.
Научное сообщество обеспечивает среду, в которой мимы распространяются, подталкиваемые конкуренцией и проверяемые на то, чтобы они развивались в направлении увеличения возможностей и точности. Согласие о важности проверки теорий объединяет научное сообщество при жестоких противоречиях между самими теориями.
Неточное, ограниченное свидетельство никогда не может доказывать точную, общую теорию (как это показал Хьюм), но оно может опровергать некоторые теории, помогая тем самым ученым среди них выбирать. Подобно другим эволюционным процессам, наука создает нечто положительное (увеличивающиеся запасы полезных теорий) посредством двойного отрицания (опровержения неправильных теорий). Центральная роль отрицательного свидетельства отвечает за некоторые умственные расстройства, вызванные наукой: как средство опровержения, оно может искоренить любимые убеждения, оставляя психологический вакуум, который оно не обязательно заполняет.
По практическим меркам, конечно, много научного знания - твердое, как скала, уроненная вам на ногу. Мы знаем, что Земля крутится вокруг Солнца (хотя наши чувства подсказывают иное), потому что теория соответствует огромному количеству наблюдений, и потому что мы знаем, почему наши чувства нас обманывают. У нас есть больше, чем просто теория, что атомы существуют: мы связываем их и образуем молекулы, получаем из них свет, мы их видели под микроскопом (отчётливо) и разбивали их на куски. У нас есть больше, чем просто теория эволюции: мы наблюдали мутации и селекцию, наблюдали эволюцию в лаборатории. Мы нашли следы прошлой эволюции в камнях нашей планеты, и мы наблюдали эволюцию, которая формировала наши инструменты, наш мозг, и идеи, содержащиеся в наших умах, включая саму идею эволюции. Научный процесс выковал универсальное объяснение многих фактов, включая факты о том, почему появились сами люди и наука.
Когда наука заканчивает опровержение теорий, оставшиеся в живых теории часто жмутся настолько близко друг к другу, что для практики разница между ними совсем несущественна. В конце концов, практическое различие между двумя оставшимися теориями могло бы быть протестировано и использовано, чтобы опровергнуть одну из них. Например, различия между современными теориями гравитации настолько тонки, что инженеры, проектирующие полеты через области гравитации космического пространства, могут о них не беспокоиться. Фактически, инженеры планируют космические полёты, пользуясь опровергнутой теорией Ньютона, потому что она проще эйнштейновской, и достаточно точна. Эйнштейновская теория гравитации пока выдержала все испытания, однако нет её абсолютного доказательства, и никогда не будет. Его теория делает точные предсказания обо всём и везде (по крайней мере, в том, что касается вопросов гравитации), но учёные могут только делать приближённые измерения некоторых объектов. И, как отмечает Карл Поппер, можно всегда изобрести теорию, настолько похожую на другую, что существующие факты не смогут их различить.
Хотя дебаты в средствах массовой информации подчёркивают шаткость и спорность границ знания, способность науки установить согласие остается очевидной. Где еще есть согласие по такому большому кругу вопросов, которое растёт так же устойчиво и по всему миру? Конечно, не в политике, религии или искусстве. В действительности, главный соперник науки - её родственник - технология, которая также развивается через новые идеи и тщательную их проверку.
Наука против технологии
Как говорит директор по исследованиям фирмы IBM Ральф Е. Гомори, "в общественном сознании эволюция технологического развития часто путается с наукой". Эта ошибка затрудняет наши усилия в предвидении.
Хотя инженеры часто ступают на нетвёрдую почву, они не обречены на это, равно как и ученые. Они могут избегать рисков, присущих предложению точных, универсальных научных теорий. Инженерам нужно единственно только показать, что при определённых условиях специфический объект будет достаточно хорошо работать. Разработчику не нужно знать ни точное напряжение в канате, на котором весит висячий мост, ни точное напряжение, которое его порвёт; канат будет поддерживать мост так долго, как долго он будет находиться под ним, что бы ни случилось.
Хотя измерения не могут доказать точное равенство, они могут доказать неравенство. Результаты разработки могут, таким образом, быть основательны в том смысле, в котором точные научные теории не могут. Результаты инженерной разработки могут даже переживать опровержение научных теорий, из которых они проистекали, там, где новые теории дают сходные результаты. Доказательство существования ассемблеров, например, переживёт любые возможные усовершенствования в теории квантовой механики и молекулярных связей.
Предсказание содержания нового научного знания логически невозможно, потому что не имеет смысла заявлять, что ты уже знаешь факты, которые ты узнаешь лишь в будущем. Предсказание деталей будущей технологии, с другой стороны, является просто трудным. Наука ставит целью знание, а конструирование ставит целью создание; это позволяет инженерам говорить о будущих достижениях без парадокса. Они могут разрабатывать свои аппаратные средства в мире разума и вычислений, до того как резать металл или даже прорисовывать все детали конструкции.
Ученые обычно признают это различие между научным предвидением и технологическим предвидением: они охотно делают технологические предсказания относительно науки. Например, ученые могли и предсказали качество фотографий Вояжера колец Сатурна, но не их удивительное содержание. Действительно, они предсказали качество фотографий, в то время как камеры были ещё только идеями и рисунками. Их расчёты использовали хорошо проверенные принципы оптики без чего-либо нового в науке.
Так как наука стремится понять, как все работает, научное образование может оказать большую помощь в понимании определенных частей аппаратных средств. Однако это автоматически не даёт техническую компетентность; проектирование воздушного лайнера требует намного больше, чем знание металлургии и аэродинамики.
Ученые поощряются своими коллегами и своим образованием сосредоточиваться на идеях, которые могут быть проверены существующими средствами. Получающийся в результате краткосрочный акцент часто оказывает хорошую услугу науке: он удерживает ученых от блуждания в туманных мирах непроверенных фантазий, а быстрое тестирование содействует эффективной умственной иммунной системе. К сожалению, однако, этот культурный уклон в сторону краткосрочного тестирования делает учёных менее заинтересованными в долгосрочных продвижениях в технологии.
Невозможность подлинного предвидения относительно науки приводит многих ученых к тому, чтобы расценивать все утверждения о будущих достижениях как "спекулятивные" - термин, который вполне оправдан, когда применяется к будущему науки, но не имеет большого смысла, когда применяется к хорошо обоснованным прогнозам в технологии. Но большинство инженеров разделяют аналогичную склонность к близкой перспективе. Их также поощряют их образование, коллеги и работодатели концентрироваться только на одном роде проблемы: разработке систем, которые могут быть сделаны с помощью существующей технологии или технологии, которая вот-вот появится. Даже долгосрочные инженерные проекты, такие как космический челнок, должны иметь технологические пределы, после которых никакие новые разработки не могут стать частью основной конструкции системы.
Короче говоря, ученые отказываются делать предсказания относительно будущего научного знания и редко обсуждают будущие технические достижения. Инженеры всё же прогнозируют будущие разработки, но редко обсуждают всё, что не основано на существующих возможностях. Однако здесь есть решающий промежуток: что из инженерных разработок прочно основано на существующей науке, но ожидает будущих возможностей? Эта брешь оставляет плодородную область для изучения.
Представьте себе линию развития, которая включает использование существующих инструментов для создания новых инструментов, затем использование тех инструментов для создания новых аппаратных средств (возможно, включая ещё иное поколение инструментов). Каждый набор инструментов может опираться на установленные принципы, однако вся последовательность развития может занять много лет, поскольку каждый шаг приносит множество специфических проблем, которые надо решать. Ученые, планирующие свой следующий эксперимент, и инженеры, разрабатывающие своё следующее устройство, вполне могут игнорировать всё, кроме первого шага. Однако конечный результат может быть предсказуем, находясь в пределах возможного, доказанного авторитетной наукой.
Недавняя история иллюстрирует эту модель. Немногие инженеры рассмотрели построение космических станций, перед тем как ракеты вышли на орбиту, но принципы были достаточно ясны, и разработка космических систем сейчас - процветающая область. Точно так же немного математиков и инженеров изучали возможности вычислений, до того как были построены компьютеры, хотя многие это делали после этого. Поэтому не так удивительно, что немногие учёные и инженеры уже исследовали будущее нанотехнологии, как бы важно это ни могло быть.
Урок Леонардо
Усилия по проектированию технических разработок имеют длинную историю, и примеры прошлого иллюстрируют сегодняшние возможности. Например, как Леонардо да Винчи удалось правильно предвидеть такое большое количество вещей, и почему он иногда ошибался?
Леонардо жил пять столетий назад, во времена открытия Нового Света. Он делал прогнозы в форме рисунков и изобретений; каждая конструкция может рассматриваться как проект, такой, что что-то, очень похожее на него, могло бы быть сделано и работать. Он преуспел как инженер-механик: он разработал работающие устройства (некоторые из них не были построены ещё в течение веков) для землеройных работ, обработки металла, передачи энергии и других целей. Он потерпел неудачу как разработчик летательного аппарата: сейчас мы знаем, что его летающая машина никогда не могла бы работать, если была бы сделана как описано.
Его успехи в разработке машин легки для понимания. Если части могут быть сделаны достаточно точно, из достаточно твердых, достаточно прочных материалов, то конструкция медленно движущихся машин с рычагами, шкивами и крутящимися подшипниками становится вопросом геометрии и рычага. Леонардо понимал их весьма хорошо. Некоторые из его "предсказаний" были на далёкую перспективу, но только потому, что прошло много лет, прежде чем люди научились делать части, достаточно точные, достаточно твёрдые и достаточно прочные, чтобы строить (например) хорошие шариковые подшипники, их начали использовать приблизительно через три сотни лет после того, как Леонардо их предложил. Точно так же механизмы с лучшими, циклоидальными зубцами не были сделаны почти два столетия после того, как Леонардо их нарисовал, а одна из его конструкций цепного двигателя не была построена ещё почти три столетия.
Сегодня подшипники распространены буквально во всех сферах технического воплощения вплоть до ракетных двигателей, они достигли предельно возможного для существующих материалов и технологий совершенства и производятся в огромном ассортименте всех возможных видов и модификаций. Объем мирового рынка только подшипников качения составляет около 40 миллиардов евро, с динамикой годового роста 5-10%.
Такие же неудачи непризнания Леонардо постигли и с самолетом. Так как в век Леонардо не было науки аэродинамики, он не мог ни вычислять силы, воздействующие на крылья, ни знать требования к тяге и управлению самолетом.
Могут ли люди в наше время надеяться делать прогнозы о молекулярных машинах, столь же точные, как те, что Леонардо да Винчи делал о металлических машинах? Можем ли мы избежать ошибок, подобных тем, которые были в его планах летающей машины? Пример Леонардо наводит на мысль, что мы можем. Я могу напомнить, что Леонардо сам, вероятно, не имел уверенности в своём летательном аппарате, и что его ошибки тем не менее содержали крупицу истины. Он был прав в том, что летательные машины некоторого рода возможны - и действительно, мы могли бы быть в этом уверены, потому что они уже существовали. Птицы, летучие мыши и пчёлы доказывали возможность полёта. Более того, хотя не существовало работающих примеров его шариковых подшипников, механизмов и цепных двигателей, он мог иметь уверенность в их принципах. Талантливые умы уже построили широкий фундамент знания о геометрии и законах рычага. Требуемая прочность и точность частей может заставить его сомневаться, но не их взаимоотношение функции и движения. Леонардо мог предложить машины, требующие лучшие части, чем какие-либо из известных, и тем не менее иметь определённую степень уверенности в своих проектах.
Предложенные молекулярные технологии аналогично опираются на широкую базу знания, не только геометрии и рычагов, но и химических связей, статистической механики, а также физики в целом. На этот раз, тем не менее, проблемы материальных свойств и точность производства не возникают каким-либо отдельным образом. Свойства атомов и связей - материальные свойства, а атомы мы берём уже готовыми и идеально стандартными. Таким образом, по-видимому, сейчас мы лучше подготовлены для предвидения, чем люди были во времена Леонардо: мы знаем больше о молекулах и контролируемых связях, чем они знали о стали и прецизионных машинах. Вдобавок, мы можем указать на наномашины, которые уже существуют в клетках, как Леонардо мог указать на машины (птицы), уже летающие в небесах.
Прогнозировать, как может быть построено второе поколение наномашин на основе белковых машин, конечно, легче, чем было делать прогноз, каким образом будут построены точные стальные машины, имея грубые машины времён Леонардо. Научиться использовать грубые машины, чтобы делать более точные машины, необходимым образом требовало время, и методы достижения этого были далеки от очевидного. Молекулярные машины, напротив, будут построены из идентичных, уже готовых атомных частей, которые нужно только собрать. Создание точных машин с помощью грубых машин было труднее представить, чем молекулярную сборку сейчас. И кроме того, мы знаем, что молекулярная сборка происходит всё время в природе. Снова у нас есть более прочное основание для уверенности, чем у Леонардо.
Во времена Леонардо люди имели скудное знание электричества и магнетизма, и не знали ничего о молекулах и квантовой механике. Соответственно, электрический свет, радио и компьютеры поставили бы их в тупик. Сегодня, однако, основные законы, наиболее важные для конструирования, те, которые описывают обычную материю, похоже, уже неплохо понимают. Так же как с выжившими теориями гравитации, научный механизм опровержения заставил выжившие теории материи сойтись между собой в близком согласии.
Такое знание появилось недавно. До этого века люди не понимали, почему твёрдые предметы были тверды или почему Солнце светило. Ученые не понимали законов, которые управляли материей в обычном мире молекул, людей, планет и звезд. Вот почему наш век породил транзисторы и водородные бомбы, и почему уже вырисовывается молекулярная технология. Это знание приносит новые надежды и опасности, но, по крайней мере, оно даёт нам средства заглянуть вперёд и подготовиться.
Когда основные законы технологии известны, будущие возможности могут быть предсказаны (хотя и с пробелами, иначе Леонардо предсказал бы механические компьютеры). Даже когда основные законы плохо известны, как это было с принципами аэродинамики во времена Леонардо, природа может показывать возможности. Наконец, когда и наука, и природа указывают на возможность, эти уроки подсказывают, чтобы мы это принимали во внимание и планировали соответственно.
Ассемблерная революция
Основы науки могут развиваться и изменяться, однако они будут продолжать поддерживать устойчивую, возрастающую систему технических приёмов. В конечном счете, ассемблеры позволят инженерам делать всё что угодно, что может быть разработано, обходя традиционные проблемы материалов и изготовления. Приближения и компьютерные модели уже позволяют инженерам разрабатывать конструкции даже в отсутствии инструментов, позволяющих их воплотить. Всё это объединится, чтобы позволить предвидеть, а также несколько более того.
По мере того как нанотехнология приближается, придёт время, когда ассемблеры станут неизбежной перспективой, подкреплённой серьезной и хорошо финансируемой программой разработки. Их ожидаемые способности станут ясными.
К тому времени автоматизированное проектирование молекулярных систем, которое уже началось, станет общим и сложным, подталкиваемый успехами в компьютерной технологии и возрастающими потребностями молекулярных инженеров. Используя эти инструменты разработки, инженеры будут способны разработать второе поколение наносистем, включая второе поколение ассемблеров, которое необходимо, чтобы их построить. Что более важно, допуская достаточный запас для неточности (и готовя альтернативные конструкции), инженеры будут способны разрабатывать многие системы, которые будут работать, как только будут построены, они разработают хорошо обоснованные конструкции в мире моделируемых молекул.
Рассмотрите преимущество этой ситуации: в разработке будет величайшее средство производства в истории, по-настоящему универсальная система изготовления, способная делать что угодно, что может быть разработано, а система проектирования будет уже в наличии. Будут ли все ожидать, пока появятся ассемблеры, чтобы начать планировать, как их использовать? Или компании и страны ответят на давление возможности и конкуренции разработкой наносистем заранее, чтобы ускорить эксплуатацию ассемблеров, когда они впервые появятся?
Этот процесс проектирования вперед, по-видимому, обязательно начнётся; единственный вопрос - когда, и как далеко он пойдёт. Годы медленного усовершенствования конструкций вполне могут прорываться в аппаратные средства с беспрецедентной неожиданностью вслед за ассемблерным прорывом. Как хорошо мы будем проектировать вперёд и что мы будем проектировать, может определить, выживем ли мы и будем ли процветать, или мы себя уничтожим.
Поскольку ассемблерная революция затронет почти всю технологию, предсказание - это очень ёмкая задача. Из океана возможных механических устройств Леонардо предвидел только несколько. Точно так же из намного более широкого океана будущих технологий, современный разум может предвидеть только несколько. Однако несколько достижений, похоже, обладают фундаментальной важностью.
Медицинская технология, космические горизонты, усовершенствованные компьютеры и новые социальные изобретения - все это обещает играть взаимосвязанные роли. Но ассемблерная революция затронет каждое из них, и более того.
Глава 4. МАШИНЫ ИЗОБИЛИЯ
Если бы каждый инструмент, когда ему приказывают, или даже по собственной инициативе, мог бы делать работу, для которой он предназначен... тогда не имелась бы никакой необходимости в учениках для мастеров или в рабах для господ.
АРИСТОТЕЛЬ
27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали ученого, работающего в NASA, который сказал, что инженеры будут способны строить самовоспроизводящихся роботов в пределах двадцати лет, для использования в космосе или на Земле. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможности, только в том, когда они будут построены. Он был прав.
С 1951, когда Джон фон Нейман выделил принципы само-копирующихся машин, ученые в целом подтверждали их возможность. В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые руководят их постройкой. Биологи с тех пор узнавали все больше деталей о том, как само-
Гремящие репликаторы
Биологические репликаторы, такие как вирусы, бактерии, растения и люди, используют молекулярные машины. Искусственные репликаторы могут использовать вместо этого балк-технологию. Так как сегодня у нас есть балк-технологии, инженеры могут ее использовать, чтобы строить репликаторы до того как появится молекулярная технология.
Древний миф о волшебной силе жизни (вместе с неправильным представлением, которое увеличение энтропии означает, что все во вселенной должно обязательно умереть) породил мим-высказывание, что репликаторы должны нарушить некоторый естественный закон. Это просто не так. Биохимики понимают, как клетки воспроизводятся и они не находят в них никакого волшебства. Вместо этого они находят машины, обеспечиваемые материалами, энергией и инструкциями, которые необходимы для выполнения работы. Клетки уже воспроизводятся; роботы могли бы воспроизводиться.
Успехи в автоматизации естественным образом приведут к механическим репликаторам, сделает ли кто-либо их особой целью или нет. В то время как давление конкуренции заставляет увеличиваться автоматизацию, потребность в человеческой рабочей силе на фабриках будет снижаться. На Fujitsu Fanuc уже работает машинная секция на производственном предприятии двадцать четыре часа в сутки только с девятнадцатью рабочими на этаже во время дневной смены и совсем без кого-либо во время ночной смены. Эта фабрика производит 250 машин в месяц, 100 из которых - роботы.
В конечном счете, роботы могли бы делать всю работу по сборке роботов, собирать другое оборудование, делать необходимые части, управлять шахтами и генераторами, которые снабжают различные фабрики материалами и энергией и т.д. Хотя такая сеть фабрик, развернутая по местности не напоминала бы беременного робота, она бы образовала саморасширяющуюся, самовоспроизводящуюся систему. Ассемблерная революция определенно произойдет до того, как вся промышленность будет автоматизирована, однако сегодняшние шаги в этом направлении - шаги в направлении чего-то вроде гигантского гремящего репликатора.
Но как такую систему можно поддерживать и чинить без человеческого труда?
Представьте себе автоматическую фабрику, способную и проверить части и собирать оборудование. Плохие части не проходят испытаний и выбрасываются или перерабатываются. Если фабрика может также разбирать машины, производить ремонты нетрудно: нужно просто разобрать неработающие машины, проверите все их части, заменить все изношенные или сломавшиеся части и снова их собрать. Более эффективная система диагностировала бы проблемы без тестирования каждой части, но это не обязательно необходимо.
Распространяющаяся система фабрик, укомплектованных роботами, была бы осуществима, но громоздка. При умном конструировании и минимуме различных частей и материалов, инженеры могли бы уместить копирующуюся систему в один корпус, но такая - но такая коробка могла бы быть еще огромна, потому что в ней должно содержаться оборудование, способное делать и собрать много различных частей. Сколько различных частей? Столько, сколько она сама содержит. Сколько различных частей и материалов было бы необходимо, чтобы построить машину, способную делать и собрать так много различного материалов и частей? Это трудно оценить, но системы, основанные на сегодняшней технологии использовали бы электронные чипы. Только их производство потребовало бы слишком много оборудования, которое нужно поместить внутрь маленького репликатора.
Кролики воспроизводятся, но они требуют уже готовых частей типа молекул витаминов. Получение этого из еды позволяет им выживать с меньшим количеством молекулярных машин, чем если бы им пришлось все делать с нуля. Точно так же механический репликатор, используя изготовленные отдельно чипы, мог бы быть несколько проще, чем такой же, делающий сам все, что необходимо. Эти специфические "диетические" требования также связали бы машины в более широкую "экологическую" систему, помогающую держать ее на прочном поводке. Инженеры в спонсируемых НАСА исследованиях предложили использовать такие полурепликаторы в космосе, давая возможность космической промышленности расширяться только с небольшой поставкой сложных частей с Земли.
Однако, так как репликаторы, построенные по балк-технологии, должны производить и собирать свои части, они должны содержать машины и которые производят части и которые их собирают. Это подчеркивает преимущество молекулярных репликаторов: их части - атомы, а атомы приходят уже готовыми.
Молекулярные репликаторы
Клетки воспроизводятся. Их машины копируют свои ДНК, которые направляют их рибосомные механизмы на строительство других машин из более простых молекул. Эти машины и молекулы содержатся в заполненном жидкостью мешке. Мембрана впускает молекулы, снабжающие клетку энергией и части для дальнейшего производства наномашин, ДНК, мембран и т.д.; она выпускает отработанные молекулы, несущие энергию и остатки компонентов. Клетка воспроизводится путем копирования частей внутри своего мембранного мешка, сортируя их на две группы, и расщепляя мешок на два. Искусственные репликаторы могли бы строиться так, чтобы работать аналогичным образом, но используя ассемблеры вместо рибосом. Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.
Но инженеры более вероятно, что разработают другие подходы к воспроизводству. У эволюции не было никакого простого способа изменить фундаментальный принцип действия клетки, а этот принцип действия имеет недостатки. В синапсах, например, клетки мозгового передают сигналы своим соседям, высвобождая пузырьки химических молекул. Эти молекулы толкутся вокруг, пока не свяжутся с молекулами-датчиками соседней клетки, иногда вызывая нейронный импульс. Химические синапсы - медленные переключатели, а нейронные импульсы двигаются медленнее, чем звук. С ассемблерами молекулярные инженеры будут строить целые компьютеры меньшего размера чем синапсы и в миллионы раз быстрее.
Мутация и отбор могла переделать синапсы в механический нанокомпьютер не более чем селекционер мог бы переделать лошадь в автомобиль. Тем не менее инженеры построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее чем мозг человека и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем существующие клетки.
Некоторые из этих репликаторов вообще не будут похожи на клетки, но зато будут похожи на фабрики, уменьшенные до размера клетки. Они будут содержать наномашины, установленный на молекулярном каркасе и конвейерные ремни, чтобы перемещать части от машины к машине. Снаружи у них будет набор сборочных манипуляторов для постройки своих копий по атому или секции за раз.
Как быстро эти репликаторы смогут размножаться, будет зависеть от скорости их сборки и их размера. Представьте себе достаточно сложный ассемблер, содержащий миллион атомов: он вполне может иметь десять тысяч перемещающихся частей, каждая содержащая в среднем сотню атомов - т.е. достаточно деталей, чтобы сделать довольно сложную машину. В действительности сам ассемблер выглядит как коробка, служащая основой для манипуляторов, каждый длинной по сотне атомов. Коробка и манипулятор содержит устройства, которые перемещают руку из одного положения в другое, чтобы поместить, и другие, которые заменяют молекулярные инструменты на его конце.
Позади коробки находится устройство, которое читает ленту и обеспечивает механические сигналы, которые переключают движения манипулятора и смену инструментов. Перед рукой находится незаконченная структура. Конвейеры подносят молекулы к ассемблерной системе. Некоторые поставляют энергию для двигателей, которые передвигают считывающее устройство для ленты и манипуляторы, другие обеспечивают группы атомов, занимающиеся сборкой. Атом за атомом (группа за группой), манипулятор передвигает части каждую на свое место, как указывается лентой; химические реакции соединяют их в связанную структуру.
Эти ассемблеры будут работать быстро. Быстрый фермент, такой как углеродная ангидраза или кетостероидная изомераза, может обрабатывать почти миллион молекул в секунду, даже без конвейеров и механизмов, приводимых в движение энергией, чтобы быстро поставить новую молекулу на место как только освобождается предыдущая. Может показаться слишком сильным ожидать от ассемблера, что он будет захватывать молекулу, перемещать ее и втискивать на место лишь за миллионную секунды. Но маленькие объекты могут двигаться туда-сюда очень быстро. Человек может поднять и опустить руку несколько раз в секунду, пальцы могут постукивать по чему-нибудь быстрее, муха способна махать своими крылышками достаточно быстро, чтобы жужжать, а комар создает невыносимый писк. Насекомые могут махать своими крыльями примерно в тысячу раз быстрее, чем люди своими руками, потому что крылья насекомого примерно в тысячу раз короче.
Манипулятор ассемблера будет приблизительно пятьдесят миллионов раз короче, чем человеческая рука, и поэтому (как это получается) будет способен двигаться туда-сюда приблизительно в пятьдесят миллионов раз быстрее. Для манипулятора ассемблера, двигаться всего лишь миллион раз в секунду было бы подобно человеческой руке двигаться около одного раз в минуту: очень медленно. Так что это выглядит очень разумной целью.
Скорость копирования будет зависеть также от общего размера системы, которая должна быть построена. Ассемблеры не будут копироваться сами по себе; им будут нужны материалы и энергия, а также инструкции о том, как их использовать. Поставлять материалы и энергию могут обычные химические вещества, но должны быть в наличии наномашины, чтобы их обрабатывать. Бугристые полимерные молекулы могут кодировать информацию подобно перфоленте, но должно иметься устройство чтения, чтобы переводить комбинацию бугорков в характер движения манипулятора. Вместе эти части образуют самое главное в репликаторе: лента поставляет инструкции для сборки копии ассемблера, устройства чтения и других наномашин, а также самой ленты.
Разумная конструкция этого вида репликаторов вероятно будет включать несколько ассемблерных манипуляторов и еще несколько манипуляторов для удержания и перемещения объектов работы. Каждый из этих манипуляторов - это по одному миллиону атомов или около того. Другие части - устройства чтения ленты, химические процессоры и т.д. - могут быть такие же сложные как ассемблеры. В конце концов гибкая система копирования вероятно будет включать простой компьютер; следуя механическому подходу, упомянутому в Главе 1, это добавит порядка 100 миллионов атомов. Все части вместе взятые будут составлять менее чем 150 миллионов атомов. Предположим даже что это будет один миллиард, чтобы оставить широкий допуск для ошибки. Не будем принимать во внимание дополнительные способности дополнительных манипуляторов ассемблера, оставляя еще больший допуск. Работая со скоростью миллион атомов в секунду, система все равно скопирует себя за тысячу секунд или немногим более чем за пятнадцать минут - это примерно то время, за которое бактерия воспроизводит себя при хороших условиях.
Представьте себе такой репликатор, плавающий в бутылке с химическими веществами, и производящий копии себя. Он строит одну копию за одну тысячу секунд, тридцать шесть за десять часов. Через неделю, он сделает достаточно копий, чтобы заполнить объем человеческой клетки. За столетие, он сделает достаточно, чтобы покрыть небольшое пятнышко. Если бы это было все, что могли делать репликаторы, мы бы возможно спокойно могли бы на них не обращать внимания.
Однако каждая копия будет строить еще большее количество копий. Значит первый репликатор соберет копию за одну тысячу секунд, дальше два репликатора построят еще два за следующую тысячу секунд, четыре построят еще четыре, а восемь построят еще восемь. В конце десяти часов будет иметься не просто тридцать два новых репликатора, а более 68 миллиардов. Менее чем за день одни бы весили тонну; менее чем за два дня одни бы стали весить больше, чем Земля; еще через четыре дня одни бы превысили по массе Солнце и все планеты вместе взятые - если бутылка с химическими веществами не опустеет до этого момента.
Постоянное удвоение означает экспоненциальный рост. Репликаторы умножаются по экспоненте если нет ограничений, таких как недостаток места или ресурсов. Бактерии это делают, и примерно с той же самой скоростью как репликаторы, описанные только что. Люди воспроизводятся намного более медленно, однако если им дать достаточно времени, они также могли бы превзойти любой конечный источник ресурсов. Беспокойство о росте населения никогда не потеряет своей важности. Забота о том, как контролировать новые быстрые репликаторы, скоро станет действительно важной.
Молекулы и небоскребы
Машины, способные схватить и куда-то поместить отдельные атомы будут способны строить почти все что угодно, связывая нужные атомы вместе нужным образом, как я это описал в конце Главы 1. Безусловно, строительство больших объектов по одному атому будет медленным.
Чтобы быстро создавать большие объекты, должно сотрудничать большое число ассемблеров сотрудничать, но репликаторы будут производить ассемблеры тоннами. Действительно, при правильной конструкции различие между ассемблерной системой и репликатором будет заключаться целиком в программе ассемблера.
Если самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за тысячу секунд, то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь еще своего размера с той же скоростью. Точно так же тонна репликаторов может быстро построить тонну чего-нибудь еще - и продукт будет иметь все свои миллиарды миллиардов миллиардов атомов в правильных местах, только с очень небольшой долей расположенных ошибочно.
Чтобы понять способности и ограничения этого метода сборки больших объектов, представьте себе плоский лист, покрытый маленькими сборочными манипуляторами - может быть армией репликаторов, запрограммированных для строительных работ и выстроившихся правильными рядами. Конвейеры и каналы связи за ними снабжают их молекулами для реакций, энергией и инструкциями по сборке. Если каждый манипулятор занимает площадь в 100 атомных диаметров, то позади каждого ассемблера будет место для конвейеров и каналов в сумме приблизительно в 10,000 атомов площади по диагонали поперечного сечения.
Похоже, этого места достаточно. Место в десять или двадцать атомов шириной может вмещать конвейер (возможно основанный на молекулярных поясах и шкивах). Канал в несколько атомов шириной может содержать молекулярный стержень, который, подобно стержням в механическом компьютере, упомянутым в главе 1, будет толкать и тянуть, чтобы передавать сигналы. Все манипуляторы будут работать вместе для построения широкого, твердую структуру слой за слоем. Каждый манипулятор будет ответственен за собственную область, работающую приблизительно с 10,000 атомами на слой. Лист ассемблеров, обрабатывающий 1,000,000 атомов в секунду на один манипулятор, закончит приблизительно одну сотню атомных слоев в секунду. Это может казаться слишком быстрым, но с этой скоростью, наращение толщины с бумажный лист будет занимать около часа, а создание плиты толщиной в метр займет в год.
Более быстрые манипуляторы могли бы ускорить сборку до более чем метра в день, но они выделят больше ненужного тепла. Если они могли бы строить слой толщиной в метр за день, высокая температура от одного квадратного метра могла бы поджаривать одновременно сотни бифштексов и могла бы поджарить молекулярные машины.
Представьте себе попытку построить дом путем склеивания отдельных зерен песка. Добавление слоя зерен могло бы занять у машин, склеивающих зерна, так много времени, что выращивание стен дома будет занимать десятилетия. Теперь представьте себе, что машины на фабрике вначале склеивают зерна в кирпичи. Фабрика может работать сразу с многими кирпичами. С достаточным количеством машин, склеивающих зерна, кирпичи могли бы вырастать быстро; сборщики стен могли бы далее быстро строить стены, складывая уже собранные кирпичи. Аналогично молекулярные ассемблеры будут работать вместе с большими ассемблерами, которые будут быстро строить большие объекты: машины могут быть любого размера от молекулярного до гигантского. При таком подходе большая часть тепла, выделяемого при сборке будет рассеиваться далеко от места сборки, при производстве частей.
Строительство небоскреба и архитектура живого предлагают аналогичный способ строить большие объекты. Большие растения и животные имеют сосудистые системы, сложные системы каналов, которые несут материалы к молекулярным машинам, работающим везде в их тканях. Подобным образом после того как сборщики закончат каркас небоскреба, "сосудистая система" здания - эскалаторы и коридоры, с помощью кранов - будут переносить строительные материалы к рабочим по всему внутреннему объему здания. Сборочные системы также могли бы использовать эту стратегию, вначале возводя леса и далее работая внутри по всему объему, соединяя материалы, принесенные по каналам извне.
Представьте себе этот подход, используемый для "выращивания" большого двигателя ракеты, работающий внутри чана на промышленном предприятии. Чан - сделанный блестящей стали, со стеклянным окном для удобства посетителей возвышается выше человеческого роста, так как он должен содержать законченный двигатель. Трубы и насосы связывают его с другим оборудованием и к теплообменникам с водяным охлаждением. Это устройство позволяет оператору пропускать через чан различные жидкости.
Чтобы начать процесс, оператор откидывает крышку чана, и опускает в него опорную плиту, на которой будет строиться двигатель. Далее крышка опять плотно закрывается. По нажатию кнопки, насосы затопляют емкость густой молочной жидкостью, которая затопляет плиту и делает неясным видное в окошко. Эта жидкость течет из другого чана, в котором воспроизводящиеся ассемблеры вырастили и перепрограммировали, заставив их скопировать и распространить новую ленту инструкций (немного похоже на заражение бактерии вирусом). Эти новые ассемблерные системы, меньшие чем бактерия, рассеивают свет и из-за этого жидкость выглядит молочной. То, что они в жидкости преобладают, делает ее густой.
В центре опорной плиты, глубоко в кружащейся, загруженной ассемблерами жидкости, находится "семя". Оно содержит нанокомпьютер с хранящимися планами машины, а на его поверхности находятся места, к которым прикрепляются ассемблеры. Когда ассемблер прилипает к нему, они соединяются друг с другом и семя-компьютер передает инструкции компьютеру ассемблера. Это новое программирование сообщает ему, где он находится по отношению к семени, и дает ему команду протянуть свои манипуляторы и зацепить другие ассемблеры. Далее они подключаются тоже и программируются подобным образом. Подчиняясь инструкциям, получаемым от семени (которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров) из хаоса жидкости растет что-то вроде кристалла, состоящего из ассемблеров. Так как каждый ассемблер знает свое место в плане, он зацепляет другие ассемблеры только когда необходимо. Это образует структуру менее правильную и более сложную, чем естественный кристалл. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.
Тогда насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворенных веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащенные кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере того, как жидкость становится более прозрачной, форма двигателя ракеты становится видимой через окно, напоминая модель в полном масштабе, вылепленную в прозрачной белой пластмассе. Затем, сообщение, распространяющееся от семени, предписывает нужным ассемблерам освободить своих соседей и свернуть свои манипуляторы. Они вымываются из структуры быстрой белой лентой, оставляя прочную структуру связанных ассемблеров, оставляя теперь достаточно пространства для работы. Очертания двигателя в чане вырастают почти прозрачными, с небольшой радужностью.
Каждый остающийся ассемблер, хотя все еще связанный с соседями, теперь окружен крошечными заполненными жидкостью каналами. Специальные манипуляторы на ассемблерах работают подобно жгутам, подхлестывая жидкость и способствуя ее распространению через каналы. Эти движения, подобно всем остальным, выполняемым ассемблерами, питаются энергией молекулярных машин, для которых топливо служат молекулы в жидкости. Также как растворенный сахар дает энергию дрожжам, также эти растворенные химические вещества дают энергию ассемблерам. Эта текущая жидкость подносит свежее топливо и растворяет сырые строительные материалы; вытекая обратно, она уносит выработанное тепло. Сеть коммуникаций распространяет инструкции для каждого ассемблера.
Ассемблеры теперь готовы начать строить. Они должны построить двигатель ракеты, состоящий главным образом из труб и насосов. Это означает построить прочные, легкие структуры сложных форм, некоторые из которых способны выдерживать очень высокую температуру, некоторые содержат внутри трубки, по которым течет охлаждающая жидкость. Там, где нужно очень большое усилие, ассемблеры начинают делать прутки из переплетающихся волокон углерода, в их алмазной форме. Из этого они строят структуру, приспособленную, чтобы выдерживать ожидаемый тип нагрузки. Там, где важно сопротивление температуре и коррозии (как на многих поверхностях), они строят аналогичные структуры из оксида алюминия в его сапфировой форме. В местах, где нагрузки будут низки, ассемблеры сберегают массу, оставляя более широкие пустые пространства в структуре. В местах, где нагрузка будет высокой, ассемблеры укрепляют структуру до тех пор, пока остающиеся пространства едва достаточны, чтобы сами ассемблеры могли двигаться. В других местах ассемблеры кладут другие материалы для того, чтобы образовать сенсоры, компьютеры, моторы, соленоиды и все остальное, что необходимо.
Чтобы закончить свою работу, они строят стенки, разделяющие остающиеся пространства в каналах в почти запечатанные ячейки, затем отходят к последним открытым местам и выкачивают оставшуюся внутри жидкость. При запечатывании пустых ячеек, они полностью уходят из строящегося объекта и уплывают в циркулирующей жидкости. Наконец, чан опустевает, пульверизатор омывает двигатель, крышка открывается и внутри возвышается готовый двигатель, который сохнет. Его создание потребовало менее дня и почти никакого человеческого внимания.
На что похож этот двигатель? Это не массивный кусок сваренного и скрепленного болтами металла, он без швов, подобный драгоценному камню. Его пустые внутренние ячейки, построенные в ряды, находящиеся примерно на расстоянии длины волны света друг от друга, имеют побочный эффект: подобно углублениям на лазерном диске они преломляют свет, делая различную радужность подобно той, что делает огненный опал. Эти пустые пространства облегчают структуру, уже сделанную из самых легких и прочных известных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями, этот усовершенствованный двигатель будет иметь более чем на 90 процентов меньшую массу.
Ударьте слегка по нему, и он отзовется как колокольчик удивительно высокого для своего размера тона. Установленный в космическом корабле, сделанном тем же способом, он легко поднимет его со взлетно-посадочной полосы в космос и вернет снова назад. Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что прочные материалы позволили разработчикам включать большие запасы прочности. Поскольку ассемблеры позволили проектировщикам делать его материал таким, что он при приложении усилия течет до того, как ломается (оплавляя трещины и останавливая их распространение), двигатель не только прочен, но и износостоек.
При всем своем превосходстве, этот двигатель по сути вполне обычен. В нем просто заменили плотный металл тщательно устроенными структурами из легких, прочно связанных атомов. В конечном продукте никаких наномашин нет.
Более продвинутые проекты будут использовать нанотехнологию более глубоко. Они могли бы оставлять в создаваемом объекте сосудистую систему для обеспечения ассемблерной и дизассемблерной систем; их можно запрограммировать на восстановление изношенных частей. Пока пользователи снабжают такой двигатель энергией и сырьем, он будет обновлять свою собственную структуру. Еще более продвинутые двигатели также могут быть буквально гибкими. Ракетные двигатели работают наилучшим образом, если они могут принимать различную форму при различных режимах функционирования, но инженеры не могут сделать обычный металл прочным, легким и при этом гибким. С нанотехнологией, однако, структура более прочная чем сталь и более легкая чем дерево могла бы изменять свою форму, подобно мускулу (работая как мускул по принципу скользящих волокон). Двигатель мог бы тогда расширяться, сжиматься и изгибаться таким образом, чтобы обеспечивать требуемую силу тяги в требуемом направлении при различных условиях. С запрограммированными нужным образом ассемблерами и дизассемблерами, он мог бы даже глубоко изменять свою структуру через длительное время после того, как покинул чан, в котором рос.
Короче говоря, воспроизводящиеся ассемблеры будут копировать себя тоннами, потом делать другие продукты, такие как компьютеры, двигатели ракет, стулья и т.д. Они будут делать дизассемблеры, способные разрушить скалу, чтобы получить из нее сырье. Они будут делать коллекторы солнечной энергии, чтобы обеспечивать энергией. Хотя сами они маленькие, строить они будут большое. Группы наномашин в природе строят китов, и рассеивают зерна самовоспроизводящихся машин, и организуют атомы в огромные структуры целлюлозы, выстраивая такого гиганта, как калифорнийское мамонтовое дерево. Нет ничего удивительного в выращивании ракетного двигателя в специально подготовленном чане. Действительно, лесники, если им дать подходящие "семена" ассемблеров, могли бы выращивать космические корабли из земли, воздуха и солнечного света.
Ассемблеры будет способен делать практически все что угодно из обычных материалов без использования человеческого труда, заменяя дымящие фабрики системами, чистыми как лес. Они в корне преобразуют технологию и экономику, открывая новый мир возможностей.
Глава 5. ДУМАЮЩИЕ МАШИНЫ
Мир стоит на пороге второго компьютерного века. Новая технология, выходящая сейчас из лаборатории, начинает превращать компьютер из фантастически быстрой вычислительной машины в устройство, которое подражает человеческому процессу мышления, давая машинам способность рассуждать, производить суждения, и даже учиться. Уже этот "искусственный интеллект" выполняет задачи, которые когда-то думали, что под силу только человеческому интеллекту...
"БИЗНЕС УИК"
КОМПЬЮТЕРЫ появились из глубин лабораторий, чтобы помочь писать, считать и играть дома и в офисе. Эти машины выполняют простые, повторяющиеся задачи, но машины, которые пока еще в лабораториях, делают намного больше. Исследователи искусственного интеллекта говорят, что компьютеры могут быть умными и с этим не соглашается все меньшее и меньшее количество людей. Чтобы понять наше будущее, мы должны понять, также ли невозможен искусственный интеллект, как полет на Луну.
Думающие машины не обязаны походить на людей по форме, назначению, или умственным умениям. Действительно, некоторые системы искусственного интеллекта покажут немного черт умного дипломированного специалиста-гуманитария, но зато будут служить только как мощные машины для проектирования. Тем не менее понимание как человеческий разум эволюционировал из бессознательной материи прольет свет на то, как можно заставить машины думать. Разум, подобно другим формам порядка, эволюционировал путем вариации и отбора.
Разум действует. Не нужно изучить скиннеровский бихевиоризм, чтобы понять важность поведения, включая внутреннее поведение, называемое мышлением. РНК, копирующееся в испытательных пробирках, показывает, как идея цели может применяться (как своего рода стенография) к молекулам, совершенно не имеющим разума. У них нет нервов и мускулов, но они развились, чтобы "вести себя" так, как это способствует их воспроизводству. Вариация и селекция сформировали простое поведение каждой молекулы, которое остается постоянным на протяжении всей ее "жизни".
Отдельные молекулы РНК не приспосабливаются, но бактерии это делают. Конкуренция выделили бактерии, которые приспосабливаются к изменениям например, подстраивая свой набор пищеварительных ферментов под имеющуюся в наличии пищу. Однако сами эти механизмы адаптации постоянны: молекулы пищи переключают генетические переключатели также как холодный воздух переключает термостат.
Некоторые бактерии также используют примитивную форму управления поведением по методу проб и ошибок. Бактерии этого вида имеют тенденцию плавать по прямым линиям, и имеют ровно столько "памяти", чтобы знать, улучшаются ли окружающие условия или ухудшаются по направлению их движения. Если они ощущают, что условия улучшаются, они продолжают двигаться вперед. Если они чувствуют, что условия становятся хуже, они останавливаются, переворачиваются и направляются в случайном, обычно ином, направлении. Они исследуют направления, и отдают предпочтение хорошим, отвергая плохие. И поскольку это заставляет их мигрировать в направлении больших концентраций молекул пищи, они выжили.
У плоских червей нет мозга, однако они показывают способность к настоящему обучению. Они могут учиться выбрать правильную дорожку в простом T-образном лабиринте. Они пробуют повернуть налево и направо, и постепенно выбирают поведение или формируют привычку, которая дает лучший результат. Однако это выбор поведения по его последствиям, что психологи-бихевиористы называют "законом последствий". Эволюционирующие гены вида червя произвели отдельных червей с эволюционирующим поведением.
Однако черви, обученные ползать по лабиринту (даже голуби Скиннера, обученные клевать, когда загорается зеленый свет) не выявляют никакого признака рефлексивной мысли, которую мы ассоциируем с понятием разум. Организмы, приспосабливающиеся только через простой закон последствий, учатся только методом проб и ошибок, варьируя и выбирая действительное поведение - они не думают вперед и не принимают решений. Однако естественный отбор часто поощрял организмы, которые могли думать, а мышление не содержит волшебства. Как отмечает Даниель Деннетт из Туфтского университета, гены в результате эволюции могут обеспечивать мозг животных внутренними моделями того, как устроен мир (нечто подобное моделям в автоматизированных системах проектирования). Эти животные могут "воображать" различные действия и последствия, избегая действий, которые "выглядят" опасными и выполняя действия, которые "выглядят" безопасными и выгодными. Испытывая идеи относительно этих внутренних моделей, они могут избегать усилий и риска проверки различных действий во внешнем мире.
Деннетт далее указывает, что закон последствий может изменять сами модели. Также как гены могут обеспечивать эволюционирующее поведение, также они могут предусматривать эволюционирующие умственные модели. Гибкие организмы могут изменить свои модели и уделять больше внимания версиям, которые показали, что они служат лучшим руководством к действию. Все мы знаем, что значит пробовать разные вещи, и выяснять, какие из них работают. Модели не обязательно должны быть инстинктивными; они могут развиваться в течение одной жизни.
Бессловесные животные, однако, редко передают свое новое понимание. Оно исчезает с мозгом, который вначале их произвел, потому что накопленные умственные модели не отпечатываются в гены. Однако даже безмолвные животные могут подражать друг другу, порождая мимы и культуры. Самка обезьяны в Японии изобрела способ использовать воду для отделения зерен от песка; другие быстро научились делать то же самое. В человеческих культурах, с их языком и картинками, ценные новые модели того, как работает мир, могут переживать своих создателей и распространяться по всему миру.
Еще на более высоком уровне, разум (а "разум" теперь уже подходящее слово) может содержать эволюционирующие стандарты для оценки, являются ли части модели - идеи, входящие в мировоззрение, достаточно надежными, чтобы направлять действие. Разум таким образом выбирает собственное содержание, включая правила отбора. Правила суждений, которые отфильтровывают содержание науки, развились именно таким образом.
Как эволюционируют поведение, модели, и стандарты для знания, также могут эволюционировать и цели. То, что приносит хорошее, как оно оценивается по каким-то более базовым стандартам, в конечном счете начинает казаться хорошим; тогда оно становится целью само по себе. Честность окупается, и поэтому становится ценным принципом поведения. По мере того как мысли и умственные модели направляют действие и дальнейшие мысли, мы приобретаем как цели сами по себе четкость мышления и точность умственных моделей. Растет любопытство и с ним любовь к знаниям сама по себе. Эволюция целей таким образом продвигает и науку, и этику. Как писал Чарльз Дарвин: "наивысшая возможная стадия в моральной культуре - это когда мы поймем, что мы должны контролировать свои мысли." Мы также достигаем этого путем вариации и селекции, сосредотачиваясь на ценных мыслях и позволяя остальным уходить из поля внимания.
Марвин Мински, лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, рассматривает разум как своего рода общество, развивающуюся систему сообщающихся, сотрудничающих и конкурирующих агентов, каждый из которых состоит из еще более простых агентов. Он описывает размышление и действие в терминах деятельности этих агентов. Некоторые из них могут делать не многим более чем управлять рукой, чтобы схватить чашку; другие (намного более сложные) управляют речевой системой тогда, когда она подбирает слова в очень неприятной ситуации. Мы не осознаем управление нашими пальцами, когда они охватывают чашку именно так, а не иначе. Мы поручаем такие задания компетентным агентам и редко замечаем их, если они не ошибаются. Мы все чувствуем конфликтующие побуждения и делаем обмолвки; это - симптомы разногласия между различными агентами разума. Наше сознание этого - часть саморегулирующий процесс, посредством которого наши самые главные агенты управляют всеми остальными.
Мимы могут рассматриваться как агенты разума, которые сформированы научением и подражанием. Чтобы почувствовать что две идеи противоречат, вы должны внедрить обе в качестве агентов в ваш разум - хотя одна может быть старой, сильной и поддерживаться союзниками, а другая - новая идея-агент, которая может не выжить уже после первой своей битвы. Благодаря нашей сверхъестественной способности себя осознавать мы часто пытаемся понять, откуда появилась та или иная идея в нашей голове. Некоторые люди воображают, что эти мысли и ощущения приходят прямо из агентов, находящихся вне их умов; они склоняются к вере, что мысли могут плавать вне человеческого разума и временами в него входить.
В Древнем Риме люди верили в "гениев", в добрых и злых духов, посещающих человека от рождения до смерти, принося удачу и невезение. Они приписывали выдающийся успех специальному "гению". И даже теперь, люди, которые не в состоянии понять, как естественный процесс порождает новизну, считают "гений" формой волшебства. Но на самом деле эволюционирующие гены сделали разум, который расширяет свое знание, варьируя структуры идей и производя их селекцию. С быстрой вариацией и эффективной селекцией, ведомый знанием, полученным от других, почему такой ум не должен проявить то, что мы называем гением? Рассмотрение интеллекта как естественного процесса делает машины менее удивительными. Это также дает представление, как они могли бы работать.
Машинный интеллект
Одно из словарных определений "машины" - л"юбая система или устройство, такое как электронно-вычислительная машина, которая исполняет или помогает в выполнении человеческой задачи. "Но только вопрос - как много человеческих задач будут способны выполнять машины? вычисление было однажды интеллектуальной задачей, на которую машины были не способны - оно было только в компетенции умных и образованных. Сегодня никто не думает называть карманный калькулятор искусственным интеллектом; вычисление сейчас выглядит "просто" механической процедурой.
Однако, идея о создании обычных компьютеров когда-то была шокирующей. К середине 19 века тем не менее Чарльз Бэббидж построил механические калькуляторы и часть программируемого механического компьютера; однако, он столкнулся с финансовыми трудностями и сложностями, связанными со строительством машины. Некий доктор Юнг тоже совсем не помог: он утверждал, что было бы дешевле инвестировать деньги и использовать процент, чтобы оплатить людей-калькуляторов. Также не помог и британский королевский астроном, сэр Джорж Эари - запись в его дневнике гласит, что "15 сентября мистер Гулберн... спросил мое мнение по поводу полезности вычислительной машины Бэббиджа... Я ответил, хорошо вникнув в суть вопроса, что мое мнение - она бесполезна."
Машина Бэббиджа была впереди своего времени - это значит, что строя ее, ее создатели были должны продвинуть искусство создания точных частей. И в действительности она не очень превзошла бы скорость тренированного человека-вычислителя - но она была бы более надежна и легче поддавалась бы улучшениям.
История компьютеров и искусственного интеллекта (известного как ИИ) походит на историю полета в воздухе и полетов в космос. До недавнего времени люди отклоняли обе идеи как невозможные - обычно это значит, что они не могли понять, как их воплотить, или были бы расстроены, если могли ли бы. И пока что ИИ не имеет простой окончательной демонстрации, ничего подобного работающему аэроплану или приземлению на Луну. Он прошел длинный путь, но люди продолжают изменять свои определения интеллекта.
Не считая сообщения в печати о ""гигантских электронных мозгах"", немного людей называли первые компьютеры интеллектуальными. Действительно, само название "компьютер" предполагает простую арифметическую машину. Однако в 1956 году, в Дартмаусе, в ходе первой всемирной конференции по искусственному интеллекту, исследователи Алан Ньюил и Герберт Симон представили Логического Теоретика, программу, которая доказывает теоремы в символической логике. В более поздние годы компьютерные программы играли в шахматы и помогали химикам определять молекулярные структуры. Две медицинские программы - CAS NET и MYCIN (первая работает с внутренними органами, вторая имеет дело с диагностикой и лечением инфекций), работали впечатляюще. Согласно "Руководству по искусственному интеллекту", качество их работы "расценивалось, по экспериментальным оценкам, на уровне человека-эксперта в соответствующей области". Программа, называемая "PROSPECTOR" ("Разведчик") обнаружила в штате Вашингтон залежи молибдена стоимостью в миллионы долларов.
Эти так называемые экспертные "эксперсистемы "преуспевают только в пределах строго ограниченных областей знаний, но они повергли бы в изумление программистов компьютеров начала 1950-ых. Сегодня, однако, немного людей полагают, что они будут реальным искусственным интеллектом: ИИ был движущейся целью. Отрывок из "Бизнес уик", процитированный выше, показывает только, что в компьютеры можно сейчас вложить достаточно знаний, и они могут выполнять достаточно причудливые трюки, что некоторые люди чувствуют удобным называть их интеллектуальными. Годы наблюдения на экране телевизоров вымышленных роботов и говорящих компьютеров сделали по крайней мере идею ИИ знакомой.
Главная причина для объявления ИИ невозможным всегда была мысль, что "машины" являются по сути своей глупыми, идея, которая теперь начинает угасать. Машины прошлого действительно были большими и неуклюжими, делающими простую грубую работу. Но компьютеры обращаются с информацией, следуют сложным инструкциям, и могут быть запрограммированы, чтобы изменить свои собственные инструкции. Они могут экспериментировать и учиться. Они содержат не зубчатые колеса и смазку, но рисунки проводов и недолговечные структуры электрической энергии. Как Дуглас Хофстадтер настаивает (хотя это и спорный вопрос насчет ИИ), "Почему бы вам не дать слову "машина" вызывать образы структур из танцующего света, а не гигантские лопатки паровой турбины?"
Поверхностные критики, противостоящие идее искусственного интеллекта, часто указывают на глупость существующих компьютеров, как будто это что-то доказывает относительно будущего. (Будущая машина может задаваться вопросом, а были ли такие критики искренни.) Их возражение неуместно - паровой локомотив не летал, хотя он показал механические принципы, использованные позже в двигателях самолетов. Подобным образом ползающие черви предыдущей эпохи не выказывали никакого заметного интеллекта, однако наш мозг использует нейроны во много подобные их.
Случайные критики также избегают думать серьезно об ИИ, заявляя, что вероятно мы не можем построить машины более умные, чем мы сами. Они забывают, что показывает история. Наши отдаленные бессловесные предки сумели произвести существа с большим интеллектом путем эволюции генов, даже не думая об этом. Но мы думаем об этом, и мимы технологии эволюционируют намного быстрее, чем биологические гены. Несомненно, что мы можем построить машины со способностями учиться и организовывать знание более похожими на человеческие.
Кажется, есть только одна идея, которая могла бы служить доводом в пользу невозможности заставить структуры мысли двигаться в направлении новых форм материи. Это - идея ментального материализма, концепция, что разум - это особое вещество, волшебное мышление - вещество, которое некоторым образом находится выше возможности его воспроизвести, скопировать или технологически использовать.
Психологи не видят никакого доказательства существования такого вещества, и не находят никакой необходимости в ментальном материализме для объяснения разума. Поскольку сложность мозга пока выше полного его понимания, он кажется достаточно сложным для реализации разума. Действительно, если отдельный человек мог бы полностью понять мозг, это сделало бы мозг менее сложным, чем разум этого человека. Если бы миллиарды людей на Земле могли бы скооперироваться в простом наблюдении деятельности одного человеческого мозга, каждый человек был бы должен наблюдать десятки тысяч активных синапсов одновременно - явно невозможная задача. Для одного человека попробовать понять мерцающие рисунки мозга как целое было бы в миллиард раз более абсурдным. Однако механизм нашего мозга настолько превышает способность нашего разума его осознать, что механизм выглядит достаточно сложным, чтобы быть базой для самого разума.
Цель Тьюринга
В 1950 году в докладе по машинному интеллекту, британский математик Алан Тьюринг писал: "Я" полагаю, что к концу столетия использование слов и общественное мнение среди образованных людей изменятся настолько сильно, что каждый будет способен говорить о машинном мышлении, не ожидая того, что ему начнут противоречить." Но это будет зависеть от того, что мы называем мышлением. Некоторые говорят, что только люди могут думать, а компьютеры не могут быть людьми; на сем они, удовлетворенные собой, откидываются на спинку стула.
Но в своей бумаге, Тьюринг задался вопросом, как мы оцениваем человеческий интеллект, и предложил мысль, что мы обычно оцениваем людей по тому, как хорошо они говорят. Он тогда предложил то, что он назвал игрой-имитацией - которую теперь все называют испытанием Тьюринга. Представьте себе, что вы находитесь в комнате, и можете связаться через терминал с человеком и компьютером в двух других комнатах. вы печатаете сообщения; а человек и компьютер могут отвечать. Каждый из них пытается действовать умно и как человек. После длительной беседы с ними с помощью клавиатуры, возможно затрагивая литературу, искусство, погоду, и какой вкус во рту с утра, может так случиться, что вы не сможете сказать, кто из них человек, а кто - машина. Если машина могла бы разговаривать так на регулярной основе, то Тьюринг предлагает мысль, что мы могли бы ее считать действительно интеллектуальной. Далее, мы должны были бы признать, что она знала достаточно много о человеческих существах.
Для большинства практических целей, нам не нужно задаваться вопросом, сможет ли машина осознавать себя, то есть иметь сознание. "Действительно, критики, которые заявляют, что машины не могут сознавать, похоже, никогда не способны определить вполне отчетливо, что они подразумевают подо этим термином. Осознание себя, появившееся в процессе эволюции для того, чтобы руководить мыслью и действием, не просто украшение нашей человеческой природы. Бы должны знать о других людях, о их способностях и склонностях, чтобы строить планы, которые их включают. Подобным образом мы должны знать себя, о наших способностях и склонностях, чтобы создавать планы, связанные с нами самими. В осознании себя нет никакой особой тайны. То, что мы называем собой, реагирует на впечатления, получаемые из всего остального разума, координируя некоторые из его видов деятельности; это делает его ничем не больше (и не меньше), как особой частью сложного рисунка мыслей. Идея, что Я - это структура в особом веществе разума (отличном от вещества разума мозга) ничего не объяснило бы насчет самосознания.
Машина, пытающаяся преодолеть испытание Тьюринга, конечно, утверждала бы, что осознает себя. Убежденные биошовинисты просто сказали бы, что она бы лгала или запуталась. Пока они отказываются сказать, что они подразумевают под сознанием, никогда нельзя будет доказать, что они не правы. Тем не менее, называть их сознательными или нет, интеллектуальные машины будут все равно действовать интеллектуально, и это - их действия, которые затронут нас. Возможно они будут однажды опозорят биошовинистов и заставят их замолчать страстной аргументацией, с помощью блестящей кампании по связям с общественностью.
Ни одна машина пока не может пройти тест Тьюринга, и ни одна, вероятно, это не сделает в ближайшее время. Кажется мудрым спросить, есть ли хорошее основание даже пробовать: мы можем извлекать больше пользы от исследований по ИИ, преследующих другие цели.
Разрешите различить два вида искусственного интеллекта, хотя некая конкретная система могла бы проявлять оба вида. Первый вид - это технический ИИ, приспособленный иметь дело с физическим миром. Усилия в этой области ведут к автоматизированному проектированию и научному исследованию. Второй вид - социальный ИИ, приспособленный иметь дело с человеческими умами. Усилия в этой сфере ведут к машинам, способным пройти тест Тьюринга.
Исследователи, работающие над системами социального ИИ, на пути к цели узнают много о человеческом разуме, и их системы будут несомненно иметь большую практическую ценность, так как все мы можем выиграть от умной помощи и совета. Но автоматизированное проектирование, основанное на техническом ИИ будет иметь большее влияние на гонку технологий, включая гонку по направлению к молекулярной технологии. И может быть легче разработать продвинутую систему автоматизированного проектирования, чем систему, способную пройти тест Тьюринга, которая должна не только владеть знаниями и интеллектом, но должна подражать человеческому знанию и человеческому интеллекту - особая, более сложная задача.
Как Тьюринг спросил, ""Разве машины не могут делать что-то, что должно быть описано как мышление, но которое очень отличается того, что делает человек?" "Хотя некоторые авторы и политические деятели могут отказываться признать машинный интеллект, пока они не столкнутся с говорящей машиной, способной пройти тест Тьюринга, многие инженеры признают интеллект в других формах.
Машины проектирования
Мы достаточно далеко продвинулись на пути к автоматизированной разработке. Разработчики экспертных систем продают системы, которые помогают людям решать практические проблемы. Программисты создали автоматизированные системы проектирования, которые воплощают знания о формах и видах движения, нагрузке и напряжении, электронных схемах, потоках тепла, а также о том, как машины придают форму металлу. Разработчики используют эти системы, чтобы обогатить свои умственные модели, ускоряя эволюцию еще непостроенных конструкций. Вместе, разработчики и компьютеры создают интеллектуальные полуискусственные системы.
Инженеры могут использовать широкое разнообразие компьютерных систем для помощи в своей работе. На одном конце спектра, они используют экраны компьютера просто как доски для рисования. Намного далее по этому пути, они используют системы, способные описывать части в трех измерениях и вычислять их реакцию на тепло, нагрузку, электрический ток и т.д. Некоторые системы также знают о производственном оборудовании, управляемом компьютером, позволяя инженерам делать моделированные тесты инструкций, которые будут позже направлять контролируемые компьютером машины на производство реальных деталей. Но на самом конце этого спектра системы включают использование компьютеров не только для записи и тестирования различных конструкций, но и для их генерирования.
Программисты разработали свои наиболее впечатляющие инструменты для использования в самом компьютерном бизнесе. Пример - программное обеспечение для проектирования чипа. Чипы интегральной схемы сейчас содержат много тысяч транзисторов и соединений. Разработчики когда-то были вынуждены работать в течение многих месяцев, чтобы разработать схему для выполнения определенной работы, и расположить ее многие части по поверхности чипа. Сегодня они могут часто поручить эту задачу так называемому "силиконовому компилятору". Имея спецификацию на функцию чипа, эти системы программ могут производить детализированную разработку схемы, готовой для производства, с небольшой или вообще без человеческой помощи.
Все эти системы основываются целиком на человеческом знании, тщательно собранном и закодированном. Наиболее гибкие автоматизированные системы проектирования сегодня могут варьировать предложенный проект для поиска усовершенствований, но они не узнают ничего применимого к следующему проекту. Но EURISKO отличается. Разработанная профессором Дугласом Ленатом и другими в Стэндфордском университете, EURISKO предназначена для исследования новых областей знания. Она управляется эвристиками - кусочками знания, которые подсказывают возможные действия, которым можно следовать, или те, которые нужно избегать; по сути, различные "правила большого пальца". Она использует эвристики, чтобы подсказывать темы, над которыми нужно работать, и другие эвристики, чтобы подсказывать, какие подходы попробовать и как оценить результаты. Еще одни эвристики ищут устойчивые структуры в результатах, предлагая новые эвристики, и ранжируют ценность и новых, и старых эвристик. Таким образом EURISKO вырабатывает лучшее поведение, лучшие внутренние модели, и лучшие правила выбора между внутренними моделями. Сам Ленат описывает вариацию и отбор эвристик и принципов в системе терминов "мутация" и "селекция", и подсказывает социальные, культурные метафоры для понимания их взаимодействия.
Поскольку в EURISKO эвристики эволюционируют и конкурируют, имеет смысл ожидать, что появятся паразиты - как действительно многие появляются. Одна произведенная машиной эвристика, например, повысилась до самой высокой возможной оценки ценности, заявляя, что она помогла открыть каждую ценную новую догадку. Профессор Ленат работал близко с EURISKO, улучшая ее умственную иммунную систему, давая ей эвристики для отсеивания паразитов и избежания глупых линий рассуждения.
EURISKO использовалась для исследования элементарной математики, программирования, биологической эволюции, игр, трехмерной конструкции интегральных схем, сбора нефтяных пятен, слесарного дела, и, конечно, самих эвристик. В некоторых областях она поразила своих проектировщиков новыми идеями, включая новые электронные устройства в возникающей технологии 3-мерных интегральных схем.
Результаты турнира иллюстрируют мощь команды, состоящей из людей и машин с ИИ. Traveller TCS - футуристическая игра в войну на море, включающая две сотни страниц правил, которые определяют конструкцию, стоимость и ограничения возможностей для флота ("TCS" расшифровывается как Trillion Credit Squadron - "Эскадра, стоящая триллион"). Профессор Ленат дал EURISKO эти правила, набор стартовых эвристик и программу для моделирования битвы между двумя флотами. Он сообщает, что "затем она разрабатывала флот за флотом, используя симулятор как механизм "естественного отбора" по мере того, как она разрабатывала все лучшие и лучшие проекты флота." Программа работала всю ночь, разрабатывая, тестируя и извлекая уроки из результатов. Утром Ленат отбраковал плохие проекты и помог их улучшить. Он приписывает около 60 процентов результатов себе и около 40 процентов - EURISKO.
Ленат и EURISKO вступили в национальный турнир 1981 года по игре Traveller TCS турнир со флотом, выглядящим странно. Другие соперники над ним смеялись, но затем ему проиграли. Флот Ленат/EURISKO выиграл все раунды, став как национальным чемпионом. Как Ленат замечает, ""Эта победа делается более значительной тем фактом, что никто, кто делал эту программу никогда не играл в эту игру до турнира, не видел, как в нее играют, и не было ни одного тренировочного раунда."
В 1982 спонсоры соревнования изменили правила. Ленат и EURISKO пришли с очень отличающимся от предыдущего флотом. Другие соперники снова смеялись над ним, но затем проиграли. Ленат и EURISKO снова выиграли национальное первенство.
В 1983 спонсоры соревнования сказали Ленату, что, если он вступит и победит снова, соревнование будет отменено. Ленат откланялся.
EURISKO и другие программы ИИ показывают, что компьютеры обязаны ограничиваться скучной, повторяющейся работой, если им дают правильный вид программирования. Они могут исследовать возможности и открывать новые идеи, которые удивляют их создателей. EURISKO имеет недостатки, однако она указывает путь к чему-то вроде партнерства, в котором и система ИИ, и человек-эксперт вкладывают знание и творчество в процесс разработки.
В следующие годы, подобные системы преобразят инжиниринг. Разработчики будут работать в творческом партнерстве со своими машинами, используя программное обеспечение, выросшее из сегодняшних автоматизированных систем проектирования для выполнения моделирования, и используя эволюционирующие, EURISKO-подобные системы для генерации предложений, какие конструкции моделировать. Инженеры будут сидеть у экрана, чтобы вводить цели для процесса разработки и рисовать эскизы предлагаемых конструкций. Система будет отвечать тем, что детализировать конструкцию, тестировать ее и отображать предлагаемые альтернативы с объяснениями, графиками и диаграммами. Потом инженер будет вносить дальнейшие предложения и изменения, или давать новое задание, до тех пор, пока вся система оборудования не будет разработана и смоделирована.
По мере того, как автоматизированные технические системы будут улучшаться, они будут делать все больше работы все быстрее и быстрее. Все более часто, инженер просто предложит цели и затем выберет одно из хороших решений, предложенных машиной. Все менее и менее часто инженеру придется выбирать части, материалы и конфигурацию. Постепенно инженеры будут способны ставить более общие цели и ожидать хороших решений как само собой разумеющееся. Также, как EURISKO работал в течение часов, разрабатывая флоты для симулятора Traveller TCS, автоматизированные системы проектирования будут в один прекрасный день усердно работать над разработкой пассажирских реактивных самолетов, имеющих максимум безопасности и экономичности, или над разработкой военных самолетов и ракет, способных наилучшим образом контролировать воздушное пространство.
Также, как EURISKO изобрел электронные устройства, автоматизированные системы проектирования будущего будут изобретать молекулярные машины и молекулярные электронные устройства, с помощью программ для молекулярного моделирования. Такие успехи в автоматизированной разработке усилят явление проектирования вперед, описанное ранее. Таким образом автоматизированная разработка не только ускорит ассемблерную революцию, она ускорит прыжок, который за ней последует.
В конечном счете системы программного обеспечения будут способны создавать смелые новые проекты без человеческой помощи. Будет ли большинство людей называть такие интеллектуальные системы? Это действительно не имеет значения.
Гонка ИИ
Компании и правительства во всем мире поддерживают разработку ИИ, потому что он сулит коммерческие и военные преимущества. В Соединенных Штатах имеется много университетских лабораторий искусственного интеллекта и большое количество новых компаний с названиями, подобными такими как Machine Intelligence Corporation (корпорация "Машинный интеллект"), Thinking Machines Corporation (корпорация "Думающие машины"), Teknowledge ("Технознание") и Cognitive Systems Incorporated (корпорация "Познающие системы"). В октябре 1981 года министерство торговли и промышленности Японии объявило десятилетнюю программу на 850 миллионов долларов по разработке передовых аппаратных и программных средств искусственного интеллекта. С этой программой исследователи планируют разработать системы, способные выполнять миллиард логических выводов в секунду. Осенью 1984 года Московская Академия Наук объявила аналогичную 5-летнюю программу на 100 миллионов долларов. В октябре 1983 года департамент обороны США объявил 5-летнюю Программу по стратегическим вычислениям; они пытаются сделать машины, способные видеть, рассуждать, понимать речь и помогать управлять сражениями. Как сообщает Пол Валич в IEEE Spectrum, "Искусственный интеллект рассматривается большинством людей как краеугольный камень следующего поколения компьютерной технологии; все усилия в разных странах дают ему выдающееся место в своем списке целей."
Продвинутый ИИ появится шаг за шагом, и каждый шаг окупится знанием и возросшими способностями. Также как с молекулярной технологией (и многими другими технологиями), попытки остановить прогресс в одном городе, округе или стране самое большее - даст другим перехватить инициативу. Чудесный успех на ниве повсеместной остановки видимых работ над ИИ самое большее замедлил бы его появление и, по мере того как компьютеры становятся дешевле, позволил бы ему вызревать тайно, без ведома общества. Только единое во всем мире государство с огромной властью и стабильностью могло бы действительно остановить исследования по ИИ повсеместно и навсегда - решение неимоверной опасности, в свете прошлых злоупотреблений всего лишь государственной властью. Продвинутый ИИ, по-видимому, неизбежен. Если мы надеемся сформировать реалистичный взгляд на будущее, мы не можем это игнорировать.
В некотором смысле, искусственный интеллект будет окончательный инструмент, потому что он будет помогать нам строить любые другие возможные инструменты. Продвинутые ИИ системы могли бы прекратить существование людей, или они могли бы помочь нам построить новый и лучший мир. Агрессоры могли бы использовать их для завоевания, а прозорливые защитники могли бы использовать их, чтобы мир стабилизировать. Они могли бы даже помочь нам управлять самим ИИ. Рука, которая качает колыбель ИИ, вполне может начать управлять миром.
Как и с ассемблерами, нам будет нужно предвидение и тщательная выработка стратегии для использования этой новой технологии безопасно и во благо. Нерешенные проблемы сложны и взаимосвязаны со всем, от деталей молекулярной технологии до занятости и экономики, до философского обоснования, что есть человеческие права. Наиболее основные вопросы, тем не менее, включают то, что ИИ может делать.
Достаточно ли мы умные?
Несмотря на пример эволюции людей, критики все же могут доказывать, что наш ограниченный интеллект может некоторым образом препятствовать тому, чтобы мы смогли создать программы для по-настоящему интеллектуальных машин. Этот аргумент кажется слабым, сводясь немного более чем к заявлению, что поскольку критики не видят, как достичь успеха, значит вряд ли кто-нибудь когда-нибудь увидит. Однако мало кто отрицал бы, что программирование компьютеров для их соответствия человеческим способностям действительно потребует свежих идей в понимании человеческой психологии. Хотя путь к программированию ИИ кажется открытым, наши знания не соответствуют той основательной уверенности, которую имели вдумчивые инженеры (за десятилетия до первого спутника) в том, что можно достичь луны с помощью ракет, или которая у нас сегодня есть в том, что можно построить ассемблеры с помощью проектирования белка. Программирование настоящего искусственного интеллекта, хотя это и форма инжиниринга, потребует новой науки. Это ставит ИИ вне возможности надежных прогнозов.
Тем не менее нам нужно точное предвидение. Похоже, что люди, цепляющиеся за успокоительные сомнения относительно ИИ, страдают принципиально ошибочными образами будущего. К счастью, автоматизированная разработка спасает некоторых от бремени биошовинистского предрассудка. Большинство людей меньше расстроено идеей о машинах, разрабатывающих машины, чем идеей об истинных системах ИИ общего назначения. Кроме того, уже доказано, что автоматизированная разработка работает; то, что остается сделать - это расширить ее. Однако, если вероятно, что возникнут более общие системы, было бы глупо выпустить их из наших расчетов. Имеется ли способ обойти вопрос, способны ли мы разработать интеллектуальные программы?
В 1950-ых, многие исследователи ИИ сосредотачивались на моделировании мозговых функций, моделируя нейроны. Но исследователи, работающие на программах, основанных на словах и символах сделали более быстрый прогресс, и фокус работ по ИИ соответственно переместился. Тем не менее, базовая идея нейронного моделирования остается правильной, а молекулярная технология сделает ее более практической. Что более важно, этот подход, по-видимому, гарантирует, что будет работоспособен, потому что он не требует никаких новых фундаментальных открытий в области природы мысли.
В конечном счете, нейробиологи будут использовать молекулярные машины размера с вирус для изучения структуры и функционирования мозга, клетка за клеткой и молекула за молекулой, где это необходимо. Хотя исследователи ИИ могут получать новое полезное понимание организации мысли из успехов науки о мозге, которые появятся как результат молекулярной технологии, нейронное моделирование может преуспеть и без такого понимания. Компиляторы переводят программы компьютера от одного языка до другого без понимания, как они работают. Фотокопировальные устройства отображают рисунки из слов, не читая их. Аналогичным образом, исследователи будут способны скопировать структуры нейронов в мозгу на другой носитель не понимая их высокоуровневой организации.
После изучения, как нейроны работают, инженеры будут способны разрабатывать и строить аналогичные устройства, базой которых будет продвинутая наноэлектроника и наномашины. Они будут взаимодействовать подобно нейронам, но работать быстрее. Нейроны, хотя и сложны, но кажутся достаточно простыми для понимания разумом, и чтобы инженеры смогли сделать имитацию. Действительно, нейробиологи узнали многое о их структуре и функции, даже без машин молекулярного масштаба, с помощью которых бы можно было исследовать их объекты изучения.
С этим знанием, инженеры будут способны строить быстрые системы ИИ с большими возможностями, даже без понимания мозга и умного программирования. Им нужно только изучить нейронную структуру мозга и соединить искусственные нейроны так, чтобы образовалась та же самая функциональная структура. Если они делают все части правильно, включая то, как они соединяют части, чтобы образовать целое, то целое также окажется каким надо. "Нейронная" деятельность будет течь в структурах, которые мы называем мыслью, но быстрее, потому что все части будут работать быстрее.
Ускорение гонки технологий
Системы продвинутого ИИ кажутся возможными и неизбежными, но что будет в результате их появления? Никто не может ответить на это полностью, что это полностью, но одно следствие автоматизированной разработки очевидно: она ускорит наше продвижение к пределам возможного.
Чтобы понять наши перспективы, нам нужно некоторое представление о том, насколько быстро продвинутые системы ИИ будут думать. Современные компьютеры имеют только крошечную долю сложности мозга, и все же на них уже могут работать программы, имитирующие существенные аспекты человеческого поведения. Они совершенно отличаются от мозга по своему принципу действия, хотя такое прямое физическое сравнение почти бесполезно. Мозг делает огромное количество вещей одновременно, но довольно медленно; большинство современных компьютеров делают за раз только одно, но с умопомрачительной скоростью.
Однако, можно представить себе аппаратные средства ИИ, построенные, чтобы подражать мозгу не только в функции, но и в структуре. Это могло бы следовать из подхода нейронного моделирования, или из развития программ ИИ, чтобы они могли работать на аппаратных средствах со стилем организации, подобным тому, который существует в мозгу. Так или иначе мы можем использовать аналогии с человеческим мозгом, чтобы оценить минимальную скорость для продвинутых систем ИИ, построенных с помощью ассемблеров.
Синапсы нейронов реагируют на сигналы за тысячные доли секунды; экспериментальные электронные переключатели реагируют в сто миллионов раз быстрее (а наноэлектронные переключатели будут еще быстрее). Нейронные сигналы движутся со скоростью сто метров в секунду; электронные - в миллион раз быстрее. Это грубое сравнение скоростей дает представление, что электронные устройства, подобные мозгу будут работать примерно в миллион раз быстрее чем мозг, состоящий из нейронов (со скоростью, ограниченной скоростью электронных сигналов).
Это, конечно, грубая оценка. Синапс нейрона сложнее переключателя; он может изменять реакцию на сигналы, изменяя структуру. При прошествии какого-то времени могут даже появляться новые синапсы и исчезать старые. Эти изменения в волокнах и связях мозга являются материальной основой долговременных изменений ума, которые мы называем обучением. Они подтолкнули профессора Роберта Джастроу из Дартмауса описать мозг как заколдованный станок, ткущий, распускающий и ткущий заново свои нейронные структуры на протяжении всей жизни.
Чтобы представить себе подобное мозгу устройство с сопоставимой гибкостью, изобразите его электронные схемы как окруженные механическими нанокомпьютерами и ассемблерами, с "переключателями", по одному на эквивалент синапса. Также, как молекулярные машины синапса отвечают на схемы нейронной активности изменяя структуру синапса, также нанокомпьютеры будут реагировать на схемы активности давая команду наномашинам изменить структуру переключателей. С правильным программированием и с коммуникациями между нанокомпьютерами для моделирования химических сигналов, такое устройство должно вести себя во многом подобно мозгу.
Несмотря на сложность, устройство будет очень небольшим. Нанокомпьютеры будут меньше чем синапсы, а соединения, построенные ассемблерами, будут тоньше, чем аксоны и дендриты мозга. Тонкие провода и маленькие переключатели будут делать для компактных схем, а плотно упакованные схемы ускорят потоки электронных сигналов, сокращая расстояния, которые сигналы должны проходить. Похоже, что структура, подобная мозгу будет умещаться меньше, чем в кубический сантиметр (как это обсуждается в Примечаниях). Более короткие пути для сигналов тогда соединятся с более быстрой передачей, и в результате этого получится устройство более чем в десять миллионов раз быстрее человеческого мозга.
Только проблема охлаждения могла бы ограничивать такие машины и замедлять средние скорости работы. Представьте себе консервативную конструкцию, которая в миллион раз быстрее чем мозга и рассеивает в миллион раз больше тепла. Система представляет собой блок, построенный ассемблерами из сапфира, размером с кружку кофе, изрешеченный системой каналов охлаждения. Труба равного диаметра, по которой поступает под высоким давлением вода, прикручивается к его вершине, проталкивая охлаждающую воду через каналы к подобной трубе слива, выходящей через низ. Мощные кабели питания и пучки оптоволокна для каналов данных тянутся с его боков.
Кабели обеспечивают пятнадцать мегаватт электроэнергии. Труба с водой отводит появляющееся в результате тепло вовне потоком в "три тонны в минуту "кипящей воды. Оптические волокна передают не много не мало, сразу миллион телевизионных каналов. Они обеспечивают коммуникации с другими системами ИИ, с симуляторами для конструирования и с ассемблерными системами, которые строят структуры для окончательного тестирования. Каждые десять секунд система сжирает почти два киловатта-дня электрической энергии (что сейчас стоит около доллара). Каждые десять секунд система выполняет столько же работы, сколько человек-инженер за восемь часов в день в течение года (что сейчас стоит десятки тысяч долларов). За час она выполняет работу столетий. Для всей своей деятельности система работает в тишине, которая нарушается только потоком охлаждающей воды.
Мы затронули вопрос чистой скорости мысли, но что можно сказать о ее сложности? Кажется маловероятным, что разработка ИИ остановится на сложности единственного человеческого разума. Как отмечает Джон Маккарти, лаборатория ИИ Стэнфорда, если мы можем разместить эквивалент одного человеческого разума в металлический череп, мы можем разместить в здании эквивалент десяти тысяч работающих в кооперации умов. (А большая современная электростанция могла бы обеспечивать достаточно энергии для каждого, чтобы он думал в десять тысяч раз быстрее, чем человек.) К идее быстродействующего инженерного интеллекта добавьте идею быстродействующих команд.
Разработка систем ИИ будет замедлена в своей работе необходимостью выполнять эксперименты, но не настолько, насколько можно было бы ожидать. Инженеры сегодня должны выполнять много экспериментов, потому что балк-технология трудноуправляема. Кто может заранее точно сказать, как новый сплав будет себя вести когда его будут ковать, а потом изогнут миллион раз? Маленькие трещины ослабляют металл, но детали обработки определяют их природу и последствия.
Поскольку ассемблеры будут создавать объекты по точным спецификациям, непредсказуемости оптовой технологии можно будет избежать. Разработчики (будь то человеческий разум или ИИ) далее будут экспериментировать только тогда, когда проведение эксперимента быстрее или дешевле чем вычисление, или (более редкий случай), когда отсутствует базовое знание.
Системы ИИ с доступом к наномашинам многие эксперименты будут выполнять стремительно. Они разработают устройство за секунды, а воспроизводящиеся ассемблеры его построят без многих задержек (заказ специальных частей, их отгрузка и т.п.), которые являются бедой проектов сегодня. Построить экспериментальное устройство масштаба ассемблера, нанокомпьютера или живой клетки будет занимать лишь минуты, а наноманипуляторы будут делать миллион движений в секунду. выполнение миллиона обычных экспериментов одновременно будет легко. Таким образом, вопреки задержкам с экспериментированием, системы автоматизированного проектирования будут продвигать технологию вперед с ошеломительной скоростью.
От прошлого к будущему, тогда, вероятный рисунок приближающейся способности выглядит примерно так. На протяжение целых временных эпох, жизнь продвигалась вперед растянутым во времени, медленным темпом, который определялся эволюцией генов. Разум с языком подхватили темп, ускоренный гибкостью мимов. Изобретение методов науки и технологии еще ускорило продвижение, заставив мимы эволюционировать быстрее. Рост богатства, образования и населения - лучшие физические и интеллектуальные инструменты, продолжили эту тенденцию ускорения на протяжение нашего века.
Автоматизация разработки ускорит темп еще больше. Автоматизированное проектирование улучшится, помогая людям-инженерам генерировать и проверять идеи быстрее, чем когда-либо. Преемники EURISKO сократят сроки проектирования, предлагая проекты и заполняя детали инноваций, вносимых человеком. С какого-то момента полностью автоматизированные системы проектирования станут двигаться вперед сами по себе.
Параллельно, молекулярная технология разовьется и вызреет, чему будут помогать продвижения в автоматизированном проектировании. Тогда системы ИИ, построенные ассемблерами, дадут еще более стремительное автоматизированную разработку, развивая технологические идеи в темпе, устанавливаемом системами в миллион раз более быстрыми, чем человеческий мозг. Скорость продвижения технологии вперед тогда ускорится огромнейшим скачком вперед: за короткое время многие области технологии пододвинутся к своим ограничениям, установленным законом природы. Тогда продвижение в этих областях остановится на очень высоком уровне достижений.
Эта трансформация - головокружительная перспектива. За ней, если мы выживем, лежит мир воспроизводящихся ассемблеров, способных делать все, что им говорят делать, без необходимости в человеческом труде. За ней, если мы выживем, лежит мир с системами автоматизированного проектирования, способными направить ассемблеры создавать устройства, на пределе возможного, близко к конечным границам технического совершенства.
В конечном счете, некоторые ИИ системы будут иметь и большие технические способности и социальные способности, необходимые, чтобы понимать человеческую речь и желания. Если ей дать достаточно энергии, материалов и ассемблеров, такая система могла бы вероятно называться "машиной-джином" Она произведет все, что вы просите, арабская сказка и "О чем вы просите, это произведет, Аравийская легенда и универсальный здравый смысл подсказывают, чтобы мы воспринимали опасности таких машин создания действительно очень серьезно.
Появление решающих крупных достижений в техническом и социальном ИИ займет годы. Как сказал Марвин Мински, "умеренно "умеренноинтеллектуальные машины ближайшего будущего обещают только давать нам богатство и комфорт неустанных, послушных и недорогих слуг." Большинство систем, называемых ИИ, не думают и не учатся, они являются только грубой выжимкой из знаний и умений экспертов, сохраненных, упакованных и распространяемых для консультаций.
Но прибудет и подлинный ИИ. Удерживать его вне наших ожиданий означало бы жить в мире фантазии. Ожидать ИИ - ни оптимистично, ни пессимистично: как всегда, оптимизм исследователей - пессимизм технофоба. Если мы не готовимся к их прибытию, системы социального ИИ могли бы поставить серьезную угрозу: подумайте об ущербе, причиняемом всего лишь человеческим интеллектом террористов и демагогов. Подобным образом системы технического ИИ могли бы дестабилизировать мировой баланс в военной сфере, давая одной стороне неожиданное и огромное преимущество. С надлежащей подготовкой, однако, искусственный интеллект мог бы помочь нам строить будущее, которое работает - для Земли, для людей, и для продвижения интеллекта во вселенную. Глава 12 подсказывает подход как часть более общего вопроса управления трансформацией, которую принесут ассемблеры и ИИ.
Зачем нужно обсуждать опасности сегодня? Потому что уже не слишком рано начать разрабатывать институты, способные иметь дело с такими вопросами. Технический ИИ появляется сегодня и каждое его продвижение вперед ускорит гонку технологий. Искусственный интеллект - всего лишь одна из многих мощных технологий, которыми мы должны научиться управлять, каждая из которых добавляет что-то к сложной смеси угроз и возможностей.
Глава 6. МИР ВНЕ ЗЕМЛИ
Ту перевернутую чашу мы зовем Небом; под ним, в кишащем курятнике мы бы жили и умирали.
Rubбiyбt Омара Каяма
ЗЕМЛЯ - лишь маленькая часть мира, а остальная часть мира будет важна для нашего будущего. В терминах энергии, материалов и пространства для роста космос - это почти все. В прошлом инженерные проекты как правило завершались завоеванием нового пространства. В будущем открытые границы космоса расширят человеческий мир. Успехи в ИИ и нанотехнологии будут играть решающую роль.
Чтобы понять космос как границу, для людей это заняло века. Наши предки когда-то видели ночное небо, как черный купол с крошечными искорками, светом, который посылают боги. Они не могли себе представить космическое путешествие, потому что они даже не знали, что космос существует.
Мы теперь знаем, что космос существует, но немного людей уже понимают его ценность. Едва ли это удивительно. Наши умы и культуры развивались на этой планете, и мы только начали воспринимать идею границы дальше неба.
Только в этом столетии такие мечтательные конструкторы как Герман Оберт и Роберт Годдард показали, что ракеты могли бы достичь космоса. Они были в этом уверены, потому что имели достаточно знаний о топливе, двигателях, емкостях и конструкциях, чтобы вычислить, что могли бы делать многоступенчатые ракеты. Однако в 1921 году в Нью-Йорк Таймз журналист в передовой статье упрекал Годдарда за идею, что ракеты могли бы летать через пространство без воздуха, от которого они бы отталкивались, и не далее как в 1956 году британский Королевский астроном фыркал, что "Космические путешествия - полная чепуха." Это лишь показало, что журналисты, пишущие передовицы и астрономы не теми экспертами, которых надо было спрашивать о космических аппаратах. В 1957 году первый спутник вышел на орбиту Земли, за которым последовал Юрий Гагарин. В 1969 году мир стал свидетелем высадки на Луну.
Однако мы заплатили цену за невежество. Так как пионеры космической технологии испытали недостаток в том, чтобы каким-то образом публично выставить свои доказательства, они были вынуждены утверждать отправные пункты снова и снова ("Да, ракеты будут работать в вакууме .... Да, они действительно достигнут орбиты..."). Занятые защитой самых основ полетов в космос, у них было мало времени обсудить их последствия. Таким образом, когда Спутник поразил мир и привел в замешательство Соединенные Штаты, люди были неподготовлены: на тот момент не было широких дебатов, чтобы сформировать стратегию для космического пространства.
Некоторые из пионеров понимали, что делать: построить космическую станцию и космический корабль многократного использования, затем оттуда отправиться на Луну или на астероиды за ресурсами. Но шум взволнованных политических деятелей быстро потопил их предложения, а американские политические деятели требовали большой, легкой для понимания цели. Таким образом был рожден проект Аполлон, гонка, чтобы высадить американского гражданина в самом близком месте, где можно воткнуть флаг. Проект Аполлон обошел построение космической станции и космического челнока, вместо этого создавая гигантские ракеты, способные достичь Луну одним большим прыжком. Проект был великолепен, он дал ученым некоторую информацию, и он принес большую отдачу благодаря продвижениям в технологии, но по сути, это был выстрел в холостую. Налогоплательщики это видели, конгрессмены это видели, и космическую программу свернули.
Когда проект Аполлон реализовывался, старые мечты господствовали в общественном мнении, и это были простые, романтичные мечты о заселении других планет. Тогда инструменты робота рассеяли мечту об одетой в джунгли Венере, в действительности оказавшейся духовкой во всю планету яда высокого давления. Они стерли линии, которые начертили на Марсе земные астрономы, и с ними ушли и каналы, и марсиане. Вместо них оказался Марс кратеров и каньонов и сухой летающей пыли. По направлению к Солнцу от Венеры лежит испеченную скала Меркурия; дальше к звездам от Марса лежат булыжники и лед. Планеты варьируются от мертвых к смертельно опасным, и мечта о новых Землях отступила к удаленным звездам. Космос казался мертвой целью.
Новая Космическая Программа
Новая космическая программа возникла из руин старых. Новое поколение защитников темы космоса, инженеров и предпринимателей, теперь стремится сделать космос границей, которой он должен был быть с самого начала - местом для развития и использования, не для пустых политических жестов. они уверены в успехе, потому что развитие космического пространства не требует прорывов в науке или технологии. Зато человеческая раса могла бы завоевывать космос, применяя технологии двадцатилетней давности, а избегая пустых полетов, мы могли бы вероятно делать это с прибылью. Различная деятельность в космосе не обязательно должна быть дорогой.
Рассмотрите высокую стоимость выхода на орбиту сегодня - тысячами долларов за килограмм. Откуда она происходит? Наблюдателю запуска челнока, потрясенному ревом и напуганному пламенем, ответ кажется очевидным: топливо должно стоить кучу денег. Даже авиалинии платят примерно половину своих операционных издержек за топливо. Ракета напоминает лайнер - она сделана из алюминия и начинена двигателями, системами управления и электроникой - но топливо составляет почти всю ее массу, когда она стоит на взлетном поле. Таким образом можно ожидать, что на топливо приходится порядком более половины операционных издержек ракеты. Но это ожидание ошибочно. В полете на Луну на стоимость топлива, которое было необходимо, чтобы достичь орбиты, приходилось менее чем миллион долларов - несколько долларов за килограмм, отправленный на орбиту, лишь малая доля процента всех затрат. Даже сегодня топливо остается незначительной частью стоимости космического полета.
Почему полет в космос стоит настолько дороже, чем авиарейс? Отчасти, потому что космический корабль не делается серийно; это вынуждает изготовителей покрывать их затраты на разработку из продаж только нескольких единиц, и делать те немногие единицы вручную по высокой стоимости. Далее, большинство космических кораблей выбрасывается после одного использования, и даже челноки летают только несколько раз в год - их стоимость не может быть распространена на несколько рейсов в день в течение многих лет, в то время как стоимость воздушных лайнеров может. Наконец, затраты космопорта сейчас распределяются только на несколько полетов в месяц, тогда как большие аэропорты могут распределять свои издержки на многие тысячи. Все это сходится воедино, чтобы сделать полет в космос обескураживающе дорогим.
Но исследования аэрокосмической компании Боинг (это - люди, которые обеспечили большую часть мира недорогими реактивными транспортными средствами) показывают, что флот, состоящий из челноков действительно многократного использования, на которых летают и которые поддерживаются подобно воздушным лайнерам, снизил бы стоимость выхода на орбиту в 50 раз и более.
Космос предлагает обширные возможности для промышленности. Хорошо известны преимущества спутников связи и наблюдений с орбиты за космическими и земными объектами. Будущие спутники связи будут достаточно мощны, чтобы связываться с ручными станциями на земле, принеся окончательную мобильность в телефонных услугах. Компании уже предпринимают усилия, чтобы извлечь преимущество нулевой гравитации для выполнения тонких процессов сепарации, чтобы делать улучшенные фармацевтические препараты; другие компании планируют выращивать улучшенные электронные кристаллы. За годы до того как ассемблеры вступят в производство материалов, инженеры будут использовать космическую среду, чтобы расширить возможности балк-технологии. Космическая промышленность будет обеспечивать растущий рынок для услуг запуска кораблей, снижая издержки по запуску. Падение издержек по запуску в свою очередь будет стимулировать рост космической промышленности. Ракетный транспорт на земную орбиту наконец станет экономически оправданным.
Космические проектировщики и предприниматели уже смотрят далее земной орбиты на ресурсы солнечной системы. Однако в дальнем космосе ракеты быстро станут слишком дорогим средством транспортировки - они будут сжирать топливо, которое само должно было транспортироваться ракетой в космос. Ракеты на сжигаемом топливе стары как китайские фейерверки, намного старше "флага, усыпанного звездочками". Они развились по естественным причинам: компактные, мощные и полезные для военных, они могут пробиваться сквозь воздух и противодействовать сильной гравитации. Однако космическим инженерам известны альтернативы.
Транспортным средствам не требуется огромных взрывов энергии, чтобы двигаться через свободный от трения вакуум космоса. Маленькие силы могут медленно и устойчиво разгонять транспортное средство до огромных скоростей. Поскольку энергия имеет массу, солнечный свет, попадающий в тонкое зеркало - солнечный парус, обеспечивает такую силу. Притяжение гравитации Солнца обеспечивает другую силу. Вместе давление света и гравитация могут носить космические корабли в любое место Солнечной системы и обратно. Только жар вблизи Солнца и сопротивление атмосфер планет будут ограничивать путешествия, заставляя паруса избегать эти места.
НАСА изучило солнечные паруса, разработанные, чтобы их везти в космос в ракетах, но они должны быть довольно тяжелы и прочны, чтобы выдержать нагрузку запуска и разворачивания. В конце концов инженеры будут изготавливать паруса в космосе, используя структуры с высоким отношением прочности к массе для поддержки зеркал из тонкой металлической пленки. Результатом будет "световой парус", высокоэффективный тип солнечного паруса. После ускорения в течение года световой парус может достичь скорости сто километров в секунду, оставляя самые быстрые сегодняшние ракеты далеко позади.
Если вы вообразите сеть графито-волокных нитей, сплетаемую паучью сеть шириной в километры, с промежутками между нитями размером с футбольное поле, вы будете на правильном пути, чтобы представить себе структуру светового паруса. Если вы изобразите промежутки, соединенные тонкими светоотражающими плоскостями из алюминиевой фольги тоньше чем мыльный пузырь, вы будете иметь неплохое представление, как он выглядит: большое количество отражающих поверхностей, прочно связанных друг с другом и образующих обширную слегка колеблющуюся мозаику зеркал. Теперь изобразите груз, висящий на сети как парашютист с парашюта, в то время как центробежные силы держат подвешенные на сети зеркала натянутыми и плоскими в вакууме, и вы получите почти достоверную картину.
Чтобы построить световой парус с помощью балк-технологии, мы должны научиться делать их в космосе; их обширные отражатели будут слишком тонки, чтобы пережить запуск корабля в космос и разворачивание. Нам придется строить структур каркаса, производить тонкую пленку отражателей, и использовать удаленно управляемые манипуляторы в космосе. Но проектировщики космических программ уже намереваются овладеть созданием конструкций, производством и робототехникой для других космических приложений. Если мы построим световой парус в начале космического развития, в этом начинании будут использоваться эти умения и при этом не будет требоваться запуск в космос большого количества материала. Хотя каркас и будет занимать огромную площадь, он (вместе с материалами для большого количества парусов) будет достаточно легок, чтобы вывести его на орбиту за один или два полета космического челнока.
Средства производства паруса произведут паруса дешево. Паруса, если их один раз построить, использовать будет дешево: у них будет немного критических движущихся частей, небольшая масса, и нулевое потребление топлива. Они будут крайне сильно отличаться от ракет по форме, функции и стоимости эксплуатации. На самом деле вычисления подсказывают, что издержки будут отличаться в пользу световых парусов приблизительно в тысячу раз.
Сегодня большая часть людей рассматривает остальную часть солнечной системы как огромную и недоступную. Она и правда обширна; также как и Земле, будут требоваться месяцы, чтобы сплавать с парусом туда и обратно. Однако ее очевидная недоступность меньше относится к расстоянию, чем к стоимости перемещения с помощью ракет.
Световые паруса смогут преодолеть барьер стоимости, открывая дверь в Солнечную систему. Световые паруса будет делать другие планеты более достижимыми, но это не сделает планеты намного более полезными: они останутся смертоносными пустынями. Гравитация планет будет препятствовать световым парусам спускаться на их поверхность и будет препятствовать развитию промышленности на их поверхности. Вращающиеся космические станции могут имитировать гравитацию, если это необходимо, но привязанная к планете станция избежать ее не способна. Что еще хуже, атмосферы планет блокируют солнечную энергию, распространяют пыль, подвергают металл коррозии, нагревают холодильники, охлаждают печи и сдувают все вещи. Даже безвоздушный Марс вращается, создавая препятствие для солнечного света в течение половины времени, и имеет достаточно гравитации, чтобы почти полностью задерживать солнечный свет. Световые паруса быстры и могут работать без устали, но не прочны.
Огромная и непреходящая ценность космоса находится в его запасах вещества, энергии и пространства. Планеты занимают место и задерживают энергию. Материальные ресурсы, которые они располагают, размещены неудобно. Астероиды, напротив, - это летающие горы ресурсов, которые имеют орбиты, проходящие через всю солнечную систему. Некоторые пересекаются с орбитой Земли; некоторые даже столкнулись с Землей, оставив на ней кратеры. Разработка астероидов на полезные ископаемые выглядит реальной. Нам могут понадобиться ревущие ракеты, чтобы выводить что-то в космос, но метеориты доказывают, что целые горы могут сваливаться из космоса, и, подобно космическим челнокам, объекты, падающие из космоса, не обязательно сгорают по пути вниз. Отправка посылок с материалами с астероидов на Землю с приземлением на соляных отмелях будет стоить немного.
Даже маленькие астероиды велики в человеческих понятиях: они содержат миллиарды тонн ресурсов. Некоторые астероиды содержат воду и вещество, похожее на нефтяной сланец. Некоторые состоят просто из обычного камня. Некоторые содержат металл, содержащий редкоземельные элементы, элементы, которые погрузились так глубоко, что их трудно достать, очень давно, в период формирования металлического ядра Земли: эта сталь из метеоритов - прочный, стойкий сплав железа, никеля и кобальта, обладает значительным содержанием металлов платиновой группы и золота. Кусок шириной в километр этого материала (а их много), содержит драгоценных металлов стоимостью на несколько триллионов долларов, вперемешку с таким количеством никеля и кобальта, чтобы обеспечить земную промышленность на много лет.
Солнце заливает космос легко собираемой энергией. Каркас размером в квадратный километр, содержащий отражатели из металлической пленки, соберет более чем миллиард ватт солнечного света, там нет ни облаков, ни ночи. В невозмутимости космоса, где не бывает погодных явлений, тончайший коллектор будет прочен как дамба гидроэлектростанции. Так как Солнце выделяет столько же энергии за микросекунду, сколько все человечество сейчас использует за год, энергия еще на протяжении некоторого времени не будет ограниченным ресурсом.
Наконец, сам космос предлагает пространство для жизни. Когда-то люди понимали жизнь в космосе как жизнь на планетах. Они воображали куполообразные города, построенные на планетах, мертвые планеты, медленно преобразуемые в планеты, подобные Земле, и планеты, похожие на Землю, до которых долетают за годы звездных полетов. Но планета - это как покупка комплекта товаров - обычно они предлагают не ту гравитацию, атмосферу, продолжительность дня и местоположение.
Свободное космическое пространство предлагает лучшее место для строительства. Профессор Джерард О'Нейлл Принсетонского университета привлек к этой идеи общественное внимание, помогая восстановить интерес к космосу после неудачи с Аполлоном. Он показал, что обычные строительные материалы - сталь и стекло, могли бы использоваться для строительства обитаемых цилиндров в космосе, километрами длиной и в окружности. По его проекту прослойка грязи под ногами защищает его жителей от естественного излучения космоса, также как жителей Земли защищает воздух над их головами. Вращение создает ускорение, равняющееся земной гравитации, а широкие зеркала и оконные панели заливают солнечным светом все внутри. Добавьте почву, ручьи, растительность и воображение, и земли внутри могли бы посоперничать с лучшими долинами на Земле, если их рассматривать как места для жизни. Только с ресурсами астероидов, мы будем способны построить практически эквивалент тысяч новых планет Земля.
Приспосабливая существующую технологию, мы могли бы открыть космические просторы. Перспектива ободряющая. Оно показывает нам понятный способ обойти земные ограничения роста, уменьшая одно из опасений, которое омрачало наше взгляд в будущее. Таким образом перспектива космических просторов может мобилизовать надежду людей - ресурс, которого нам потребуется очень много, если мы собираемся иметь дело с остальными проблемами.
Космос и продвинутая технология
Приспосабливая имеющуюся технологию, мы могли бы действительно открыть космические просторы - но мы этого делать не будем. По пути, который просматривается из сегодняшнего космического движения, человеческой цивилизации потребовалось бы десятки лет, чтобы прочно обосноваться в космосе. До этого момента прорывы в технологии откроют новые пути.
В настоящее время группам инженеров обычно требуется от пяти до десяти лет для разработки новой космической системы, при этом тратится от десятков до тысяч миллионов долларов. Эти задержки на разработку и затраты делают прогресс болезненно медленным. В грядущие годы, однако, автоматизированные системы разработки разовьются в полностью автоматические проектировочные системы. Как только это произойдет, задержки на разработку и затраты уменьшатся, а затем резко упадут; производственные системы, управляемые компьютерами сократят общие затраты еще больше. Придет день, когда автоматизированная разработка и производство сделают разработку космических систем более чем в десять раз более быстрыми и дешевыми. Наше продвижение в космос резко ускорится.
Будут ли к тому времени осваивающие космос смотреть в прошлое на наши существующие космические программы как на ключ к космическому развитию? Не исключено, что нет. Они увидят больше технического прогресса, произошедшего за несколько лет, чем космические инженерам раньше удавалось за несколько десятилетий. Они вполне могут придти к заключению, что ИИ и робототехника сделали больше для космического развития, чем сделала целая армия инженеров НАСА.
Ассемблерная революция и автоматическая разработка объединятся, чтобы произвести прогресс, который заставит наши сегодняшние усилия по освоению космоса казаться старинной диковинкой. В главе 4 я описал, как самовоспроизводящиеся ассемблеры будут способны строить легкий и прочный двигатель ракеты с использованием минимум человеческого труда. Используя подобные методы, мы будем строить весь космический флот с малыми издержками и необычайной производительностью. При равном весе их материалы, построенные по алмазной структуре, примерно в пятьдесят раз более прочные (и в четырнадцать раз более жесткие), чем алюминий, используемый в сегодняшних космический челноках; космические корабли, построенные из этих материалов, можно сделать на 90 процентов более легкими, чем аналогичные корабли сегодня. Выйдя в космос, космический корабль развернет солнечные коллекторы для сбора энергии, которая там в изобилии. Используя эту энергию для питания ассемблеров и дизассемблеров, они будут перестраивать себя в полете так, чтобы соответствовать изменяющимся условиям или прихотям своих пассажиров. Сегодня космическое путешествие - это сложная задача. Завтра оно будет легким и удобным.
С момента, когда нанотехнология обоснуется в производстве маленьких объектов, подумайте о самом маленьком космическом корабле, несущего человека: скафандр. Вынужденные использовать непрочные, тяжелые и пассивные материалы, инженеры сейчас делают большие неуклюжие скафандры. Взгляд на усовершенствованный скафандр проиллюстрирует некоторые возможности нанотехнологии.
Представьте себе, что вы - на борту космической станции, вращающейся, чтобы симулировать нормальную гравитацию Земли. После инструктажа, вам дают примерить костюм: он висит на стене, серый, похожий на резину, с прозрачным шлемом. Вы снимаете его, поднимаете его ощутимый вес, раздеваетесь и входите в него через открытый шов с передней стороны.
Костюм ощущается мягче самого мягкого каучука, но имеет гладкую внутреннюю поверхность. Он легко надевается на вас и шов запечатывается в одно прикосновение. Он плотно облегает вашу кожу, подобно тонкой кожаной перчатке вокруг ваших пальцев, утончаясь на ваших руках и становясь толстым как ладонь в районе поясницы. За вашими плечами едва заметный, находится маленький ранец. Вокруг вашей головы - почти невидимый шлем. Под вашей шеей внутренняя поверхность костюма облегает вашу кожу легким одинаковым прикосновением, которое вскоре становится почти неощутимым.
Вы встаете и проходитесь, экспериментируя. Вы подпрыгиваете на носках и не чувствуете никакого дополнительного веса костюма. Вы наклоняетесь и выпрямляетесь и не чувствуете никакого стеснения, никаких складок, никаких мест, где давит. Когда вы трете пальцы друг о друга, это ощущается, как будто на них ничего нет, но как будто они слегка толще. Как вы дышите, воздух ощущается чистым и свежим. Фактически вы чувствуете, что вы могли бы забыть, что вообще на вас есть костюм. Что более важно, вы чувствуете себя также удобно, когда выходите в космический вакуум.
Костюм умеет делать это все и более того посредством сложных процессов в структуре его материала, текстура которого почти столь же сложна, как у живой ткани. Палец перчатки толщиной в миллиметр имеет место для тысячи слоев толщиной в микрон активных наномашин и наноэлектроники. На участке размером с кончик пальца достаточно места для миллиарда механических нанокомпьютеров, при этом 99.9 процентов места останется для других компонентов.
В частности останется место для активной структуры. Средний слой материала костюма содержит трехмерную ткань из волокон на алмазной основе, действующих во многом подобно искусственному мускулу, но способных как толкать, так и тянуть (это обсуждается в Примечаниях). Эти волокна занимают много места и делают материал костюма прочным как сталь. Приводимые в движение микроскопическими электромоторами и управляемые нанокомпьютерами, они придают материалу костюма его гибкую прочность, давая ему возможность растягиваться, сжиматься и сгибаться как необходимо. Когда костюм ощущался мягким, это было благодаря тому, что он запрограммирован быть мягким. Костюму совсем не сложно сохранять свою форму в вакууме; он имеет достаточно прочности, чтобы не раздуваться как воздушный шар. Аналогично, ему совершенно не сложно поддерживать свой собственный вес и двигаться так, чтобы соответствовать вашим движениям, быстро, гладко и без сопротивления. Это - одна причина, почему почти не чувствуется, что он вообще одет.
Кажется, что на пальцах ничего не надето, потому что вы чувствуете, текстуру того, к чему прикасаетесь. Это происходит, потому что датчики давления покрывают поверхность костюма, а активная структура покрывает его внутреннюю поверхность: перчатка чувствует форму всего, к чему бы вы ни прикоснулись, и передает подробный рисунок давления, который предмет производит, и передает такую же образец текстуры на вашу кожу. Также она делает обратный процесс, передавая во вне подробный рисунок давления, который оказывает ваша кожа на внутреннюю поверхность перчатки. Таким образом перчатка делает вид, что ее нет, и ваша кожа ощущается, как будто на ней почти ничего нет.
Костюм имеет прочность стали и гибкость вашего собственного тела. Если вы измените настройки костюма, он будет продолжать соответствовать вашим движениям, но иначе. Вместо того, чтобы просто передавать силу, которую вы прикладываете, он усиливает ее в десять раз. Аналогично, когда что-то касается вас, костюм передаст внутрь только одну десятую силы. Теперь вы готовы для схватки с гориллой.
В свежем воздухе, который вы вдыхаете, уже нет ничего удивительного; рюкзак содержит в себе обеспечение воздухом и остальным, что вы потребляете. Однако после нескольких дней, проведенных вне корабля на солнечном свете, воздух у вас не будет заканчиваться: подобно растению, костюм поглощает солнечный свет и углекислый газ, который вы выдыхаете, производя свежий кислород. Также, подобно растению (или целой экосистеме), он расщепляет остальные отходы жизнедеятельности на простые молекулы и вновь собирает их в молекулярные структуры свежей, цельной еды. В действительности костюм будет обеспечивать ваш комфорт, дыхание и хорошее питание почти где угодно в пределах Солнечной системы.
Что более важно, костюм долговечен. Он может выдержать отказ многочисленных наномашин, потому в нем есть очень большое количество других, которые возьмут ответственность на себя. Пространство между активными волокнами оставляет достаточно места для ассемблеров и дизассемблеров, чтобы везде перемещаться и восстанавливать поврежденные устройства. Костюм ремонтирует себя с той же скоростью, с которой изнашивается.
В пределах границ возможного, костюм мог бы иметь множество других полезных возможностей. Пятнышко материала меньше булавочной головки, могло бы содержать текст всех когда-либо изданных книг и показываться на складном экране". Другое пятнышко могло бы быть "зернышком", содержащим информацию об огромном количестве устройств, большем чем все человечество построило до сегодняшнего дня, вместе с самовоспроизводящимися ассемблерами, способными произвести любое из них.
Что более важно, быстрые системы технического ИИ, такие как описанные в предыдущей главе, могли бы спроектировать костюм за утро и иметь построить его к полудню.
Все, что мы делаем в космосе с помощью современной балк-технологии, будет стремительно и намного превзойдено вскоре после того как прибудут молекулярная технология и автоматическая разработка. В частности мы будем строить самовоспроизводящиеся ассемблеры, которые будут работать в космосе. Эти репликаторы будут использовать солнечную энергию, как это делают растения, и с ее помощью они превратят камни астероидов в свои копии и продукты для использования людьми. С ними мы получим все ресурсы солнечной системы.
К настоящему моменту большинство читателей заметило, что это, подобно некоторым более ранним обсуждениям, звучит как научная фантастика. Некоторые могут радоваться, иные будут встревожены, что будущие возможности действительно будут этого рода. Некоторым, однако, может казаться, что если что-либо "звучит как научная фантастика", то это - основание, чтобы об этом не думать и не принимать во внимание. Это ощущение общераспространенное и заслуживает более подробного рассмотрения.
Технология и научная фантастика уже длительное время находятся в любопытных отношениях. Воображая будущие технологии, авторы научной фантастики руководствовались отчасти наукой, отчасти глубокими человеческими устремлениями и желаниями, а частично требованием рынка на причудливые истории. Что-то из того, что они себе воображали, позже становилось реальным, потому что идеи, которые кажутся возможными и интересными в фантастике, однажды оказываются возможными и привлекательными в реальности. Что более важно, когда ученые и инженеры предвидят разительную возможность, такую как полет в космос с помощью ракеты, писатели научной фантастики обычно вцепляются в эту идею и ее популяризируют.
Позже, когда продвижение технологии делает эти возможности ближе к реализации, другие авторы исследуют факты и описывают перспективы. Эти описания, если они не слишком абстрактны, далее звучат как научная фантастика. Будущие возможности будут часто напоминать сегодняшнюю фантастику, также как роботы, космические корабли и компьютеры напоминают вчерашнюю фантастику. Может ли быть иначе? Впечатляющие новые технологии выглядят как научная фантастика, потому что авторы научной фантастики, вопреки своим многочисленным вымыслам, не слепы и имеют профессиональный интерес к этой области.
Авторы научной фантастики часто заменяют вымыслом научную сторону своих историй, чтобы "объяснить" впечатляющие технологии. Тогда некоторые не очень четко мыслящие люди берут все описания впечатляющих технических успехов, сваливают их в одну кучу с этой вымышленной, поддельной наукой, и игнорируют все вместе. Это к сожалению. Когда инженеры проектируют будущие возможности, они проверяют свои идеи, изменяя их так, чтобы они соответствовали наилучшим образом тому, как мы понимаем законы природы. Получающиеся в результате концепции необходимо отличать от идей, развитых, чтобы удовлетворять спросу на макулатурную фантастику. От этого зависят наши жизни.
Многое останется невозможным, даже с молекулярной технологией. Никакой скафандр, хотя и изумительный, не будет способен летать туда сюда с бесконечно огромными скоростями, или выдерживать большие взрывы, или проходить через стены, или даже бесконечно сохранять прохладу в горячем изолированном месте. Мы должны проделать длинный путь прежде достигнем пределы возможного, однако пределы существуют. Но эта тема обсуждается ниже.
Изобилие
Ресурсы космоса объединяются с ассемблерами и автоматическими системами проектирования, чтобы создать картину великого будущего материального изобилия. Что это означает, можно лучше всего понять, исследуя затраты.
Затраты отражают пределы наших ресурсов и способностей; высокие затраты указывают на ограниченные ресурсы и трудные цели. Пророки дефицита в сущности предсказали резко повышающуюся стоимость ресурсов, и вместе с ней определенный сорт будущего. Стоимость ресурсов, однако, всегда зависит от технологии. К сожалению инженеры, пытаясь предсказать стоимость будущих технологий обычно сталкиваются с клубком деталей и неопределенности, который оказывается невозможно распутать. Эта проблема затрудняет наше понимание будущего.
Перспектива самовоспроизводящихся ассемблеров, автоматического проектирования и космических ресурсов разрубает этот Гордиев узел предсказания затрат. Сегодня стоимость изделий включает затраты рабочей силы, капитала, сырья, энергии, земли, утилизации отходов, организации, распределения, налогов и разработки. Чтобы понять, как изменяться общие издержки, рассмотрим эти элементы один за другим.
Рабочая сила. Самовоспроизводящиеся ассемблеры не будут требовать какой-либо рабочей силы, которая бы их строила, как только существует первый ассемблер. Разве могут помочь человеческие руки работе ассемблера? Далее, с роботами и устройствами различных размеров для сборки частей в большие системы, полный производственный процесс от сборки молекул до сборки небоскребов мог бы не включать трудовые затраты.
Капитал. Системы, основанные на ассемблерах, если их должным образом запрограммировать, будут сами производительным капиталом. Вместе с большими роботизированными ) машинами, они будут способны строить практически все что угодно, включая копии себя. Поскольку этот самовоспроизводящийся капитал будет способен удваиваться много раз за день, только спрос и доступные ресурсы будут ограничивать его количество. Капитал как таковой практически издержек не требует.
Сырье. Так как молекулярные машины будут располагать атомы наилучшим образом, небольшое количество материала может использоваться очень долго. Обычные элементы, такие как водород, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний окажутся лучшими для постройки основной массы большинства структур, средств транспорта, компьютеров, одежды и т.д.: они легкие и образуют прочные связи. Поскольку грязь и воздух содержат эти элементы в изобилии, сырье будет также дешево как грязь.
Энергия. Ассемблеры будут способны работать от химической, либо электрической энергии. Построенные ассемблерами системы будут преобразовывать солнечную энергию в химическую, подобно растениям, или солнечную в электрическую, подобно солнечным батареям. Существующие солнечные батареи уже более эффективны чем растения. С самовоспроизводящимися ассемблерами для постройки коллекторов солнечной энергии, топливо и электрическая энергия будут стоить очень мало.
Земля. Системы производства, основанные на ассемблерах, будут занимать мало места. Большинство могли бы уместиться в шкафу (или в наперстке, или в булавочной головке); системы большего размера могли бы быть размещены под землей или в космосе, если кому кто-то захочет что-то, что требует такого ужасного количества места. Производственные системы, основанные на ассемблерах будут дешево производить и землеройные машины, и космические корабли.
Утилизация отходов. Ассемблерные системы будут способны контролировать атомы, которые они используют, делая производство таким же чистым как растущая яблоня, или даже чище. Если же этот сад все равно окажется слишком грязным или неприятным взору, мы сможем полностью перенести его с Земли в космос.
Организация. Сегодня, фабричное производство требует организации для координации усилий большого числа рабочих и менеджеров. В производственных машинах на базе ассемблеров не будет никаких людей, они просто будут сидеть и делать вещи на заказ. Их начальное программирование обеспечит всю организацию и информацию, необходимые, чтобы делать целый спектр продуктов.
Распределение. С автоматическими транспортными средствами, передвигающимися по туннелям, созданных дешевыми землеройными машинами, для распределения нет нужды ни использовать рабочую силу, ни губить пейзаж. С ассемблерами в доме и в населенном пункте, прежде всего будет меньшее необходимости в самом распределении.
Налогообложение. Большинство налогов забирают установленный процент с цены, и таким образом добавляет установленный процент к стоимости. Если стоимость пренебрежимо мала, налог будет незначителен. Далее, правительства со своими собственными репликаторами и сырьем будут иметь меньшее причин обкладывать налогами людей.
Разработка. Если сложить упомянутые выше пункты, то затраты производства получают низкими. Системы технического ИИ, избегая стоимости труда по разработки, фактически устранят затраты на проектирование. Сами эти системы ИИ будут недороги в производстве и эксплуатации, построенные с помощью ассемблеров и не имея никаких склонностей кроме как к проектированию.
Короче говоря, в конце длинной линии прибыльных достижений в компьютерных и молекулярных технологиях, стоимость проектирования и создания вещей понизится разительно. Я упомянул выше "сырье, дешевое как грязь, и действительно, ассемблеры будут способны делать почти все что угодно из грязи и солнечного света. Космические ресурсы, однако, изменят "дешевое как "грязь" в "дешевле дешевой грязи": верхний слой почвы имеет ценность в экосистеме Земли, но камни из астероидов прибудут из мертвой и тоскливой пустыни. Таким же самым образом, ассемблеры в космосе будут сцеживать дешевый солнечный свет.
Космические ресурсы огромны. Один астероид мог бы похоронить все континенты Земли под километровым слоем сырья. Космос поглощает 99.999999955 процентов света Солнца, который не падает на Землю, и большая часть уходит в межзвездную пустоту.
Космос содержит материю, энергию и пространство, достаточные для проектов громадного размера, включая обширные космические поселения. Системы на базе репликаторов будут способны строить миры размера континентов, походящие на цилиндры доктора О'Нейлла, но сделанные из прочного материала на базе углерода. Со всеми этими материалами и водой из ледяных лун других солнечных систем, мы будем способны создавать не только земли в космосе, но целые моря, шире и глубже, чем Средиземное. Построенные с помощью энергии и из материалов космоса, эти широкие новые земли и моря будут стоить Земле и ее людям почти ничего в терминах ресурсов. Главное требование будет запрограммировать первый репликатор, но системы ИИ с этим помогут. Самой большой проблемой будет решить, чего же мы хотим.
Как Константин Циолковский писал в начале двадцатого века, "Человек не всегда будет оставаться на Земле; поиски света и пространства будут вести его к проникновению за границы атмосферы, сначала робко, но в конце, чтобы завоевать все солнечное пространство." В мертвый космос мы принесем жизнь.
А репликаторы дадут нам ресурсы, чтобы достичь звезд. Световой парус, подталкиваемый к звездам лишь солнечным светом, скоро оказался бы дрейфующим в темноте - быстрее любой современной ракеты, но все же настолько медленно, что будет потребуются тысячелетия, чтобы пересечь межзвездное пространство. Однако мы можем построить огромное количество лазеров, вращающихся вокруг Солнца, и с их помощью запускать лучи намного дальше нашей солнечной системы, разгоняя парус вплоть до скорости света. В этом случае перелет займет лишь годы.
Проблему представляет торможение. Фриман Дисон из Принстона предлагает тормозить корабль с помощью магнитных полей в тонком ионизированном межзвездном газе. Роберт Форвард из "Хьюджез рисерч лабораториз" предлагает отражать свет лазера от паруса, направляя свет по направлению движения паруса, чтобы тормозить меньший парус, следующий позади. Этот способ или другой (а есть еще много других), звезды находятся в пределах нашей досягаемости.
На долгое время вперед, однако, солнечная система может обеспечивать достаточно места. Околоземный космос содержит места для земли с площадью миллион площадей земной поверхности. Нет ничего, что могло бы препятствовать эмиграции или визитам обратно в старую страну. У нас не будет проблем с обеспечением энергией транспортной системы, солнечный свет, падающий на Землю, обеспечивает за десять минут достаточно энергии, чтобы все население Земли вывести на орбиту. И космические путешествия, и космические поселения станут дешевыми. Если мы мудро распорядимся молекулярной технологией, наши потомки будут удивляться, что нас так долго удерживало на Земле, и в такой бедности.
Общество с положительной суммой
Могло бы показаться, что стоимость всего - даже земли, если каждому не захочется тысяч километров камня под ногами - понизится до нуля. В некотором смысле, это почти правильно; в другом смысле, это достаточно ошибочно. Люди всегда будут ценить материю, энергию, информацию и подлинно человеческое обслуживание, поэтому все еще будет иметь свою стоимость. И в конечном счете, мы встанем перед реальными пределами росту, так что стоимость ресурсов не может быть сброшена со счетов.
Тем не менее, если мы выживем, репликаторы и космические ресурсы принесут долгую эру, в которой настоящие пределы ресурсам еще не будут нас стеснять - эра, когда по нашим сегодняшним стандартам даже огромное богатство будет казаться практически бесплатным. Это может показаться слишком хорошим, чтобы быть правдой, но природа (как обычно) не устанавливает свои границы в зависимости от человеческих ощущений. Наши предки когда-то думали, что разговаривать с кем-то за морем (многомесячный морской переход на парусном корабле) было бы слишком хорошо, чтобы быть правдой, но кабели, проложенный под морем, и спутники, летающие над ним тем не менее работают.
Но имеется другой, менее приятный ответ для тех, кто думает, что ассемблеры - слишком хорошо, чтобы быть правдой: ассемблеры также угрожают принести опасности и оружие, более опасные, чем все виденное до сих пор. Если нанотехнологии можно было бы избежать, но не контролировать, то здравомыслящие люди бы ее избегали. Однако гонка технологий породит ассемблеры из биотехнологии также наверняка как она родила космические корабли из ракет. Только военные преимущества сами по себе будут достаточны, чтобы сделать прогресс почти неизбежным. Ассемблеры неизбежны, но возможно могут контролироваться.
Наша серьезная задача - избежать опасностей, но это потребует сотрудничества, и более вероятно, что мы будем сотрудничать, если поймем, как мы сможем извлечь из этого пользу. Перспектива космоса и самовоспроизводящихся ассемблеров может помочь нам прояснить один древний и опасный мим.
Человеческая жизнь когда-то была подобна игре с нулевой суммой. Человечество жило близко к своему экологическому пределу, и племена боролись друг с другом за жизненное пространство. Где дело касалось пастбищ, земли для возделывания и территорий, где можно охотиться, больше для одной группы означало меньше для другой. Поскольку выигрыш одного примерно равнялся проигрышу другого, чистая общая выгода равнялась нулю. Однако люди, которые сотрудничали по другим вопросам, преуспевали, и таким образом наши предки научились не только захватывать, но и кооперировать и строить.
Где дело касается налогов, трансфертных платежей и сражений в суде, больше для одного все еще значит меньше для другого. Мы увеличиваем общее богатство медленно, а перераспределяем его стремительно. В любой данный день наши ресурсы кажутся постоянными, и это вызывает иллюзию, что жизнь - это жизнь с нулевой суммой. Эта иллюзия подсказывает, что широкая кооперация бессмысленна, потому что наш выигрыш должен следовать из проигрыша какого-либо противника.
История прогресса человечества доказывает, что мировая игра может быть с положительной суммой. Ускорение экономического роста за последние века показывает, что богатый может стать богаче, в то время как бедный становится тоже более богатым. Несмотря на прирост населения (и идее относительно деления постоянного пирога), среднее богатство на человека по всему миру, включая страны третьего мира, устойчиво становится больше. Экономические колебания, повороты вспять местного значения, и естественная тенденция средств массовой информации фокусироваться на плохих новостях - все это объединяется, чтобы затемнить факт экономического роста, но общедоступные данные показывают это с достаточной очевидностью. Космические ресурсы и самовоспроизводящиеся ассемблеры ускорят эту историческую тенденцию выше мечтаний экономистов, запуская человечество в новый мир.
Глава 7. МАШИНЫ ИСЦЕЛЕНИЯ
Одна из того, что отличает наше от всех предыдущих поколений - это то, что мы видели атомы, из которых состоим.
КАРЛ К. ДАРРОУ, Ренессанс Физики
МЫ БУДЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ молекулярную технологию, чтобы принести здоровье, потому что человеческое тело сделано из молекул. Больные, старые и раненные - все страдают того, что атомы устроены в неправильные структуры, которые появились будь то из-за вторжения вирусов, прошествия времени или свернувших с дороги автомобилей. Устройства, способные переупорядочить атомы будут способны устанавливать их в правильное положение. Нанотехнология принесет фундаментальный прорыв в медицине.
Сейчас врачи полагаются в основном на хирургию и лекарства для лечения болезни. Хирурги продвинулись от зашивания ран и ампутации конечностей к восстановлению сердца и пришиванию конечностей. С использованием микроскопов и точных инструментов, они соединяют тонкие сосуды крови и нервы. Однако даже самый лучший микрохирург не может разрезать и сшить более тонкие структуры ткани. Современные скальпели и нити для сшивания ран просто слишком грубы для починки капилляров, клеток и молекул. Рассмотрите "тонкую" хирургию с клеточной перспективы: вонзается огромное лезвие, разрубая вслепую мимо и через молекулярные механизмы огромного количества клеток, убивая при этом тысячи. Затем огромный обелиск ныряет сквозь разделенные толпы клеток, протаскивая за собой кабель, широкий как товарный поезд, чтобы связать эти толпы клеток снова. С клеточной перспективы, даже самая тонкая хирургия, выполняемая самыми тонкими скальпелями и с величайшим мастерством, все же еще работа мясника. Только способность клеток изолировать мертвые, перегруппировываться и размножаться делает лечение возможным.
Однако как слишком хорошо знают многие парализованные жертвы несчастных случаев, не все ткани заживают.
В отличие от хирургии, лекарственная терапия имеет дело с самыми тонкими структурами в клетках. Молекулы лекарств - простые молекулярные устройства. Многие воздействуют на специфические молекулы в клетках. Молекулы морфия, например, связываются с определенными рецепторными молекулами в мозговых клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнализируют о боли. Инсулин, бета-блокираторы и другие лекарства соответствуют другим рецепторам. Но молекулы лекарств действуют без направления. Будучи один раз введенными в тело, они толкаются и ударяются везде в растворе случайным образом до тех пор, пока они не ударятся в целевую молекулу, окажутся соответствующими и прилипнут, воздействуя на ее функцию.
Хирурги могут видеть проблемы и планировать действия, но у них имеются грубые инструменты; молекулы лекарств воздействуют на ткани на молекулярном уровне, но они слишком просты, чтобы ощущать, планировать и действовать. Но молекулярные машины, управляемые нанокомпьютерами предложат врачам иную альтернативу. Они объединят датчики, программы и молекулярные инструменты, чтобы образовывать системы, способные исследовать и восстанавливать элементарные компоненты отдельных клеток. Они дадут хирургический контроль в молекулярную область.
Эти продвинутые молекулярные устройства появятся лишь через годы, но исследователи, мотивируемые потребностями медицины, уже изучают молекулярные машины и молекулярный инжиниринг. Лучшие лекарства воздействуют на определенные молекулярные машины определенными способами. Пенициллин, например, убивает некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин, которые бактерии используют для постройки стенок своей клетки, и при этом он почти не воздействует на человеческие клетки.
Биохимики изучают молекулярные машины, чтобы и научиться, как их строить, и научиться как их разрушать. Во всем мире (и особенно в странах третьего мира) отвратительное разнообразие вирусов, бактерий, простейших, грибов, и червей паразитируют на человеческой плоти. Подобные пенициллину, безопасные эффективные лекарства от этих болезней нейтрализовали бы молекулярные машины, оставляя молекулярные машины человека нетронутыми. Доктор Сеймур Соген, профессор фармакологических наук из SUNY (Стони Брук, Нью-Йорк) утверждает, что биохимики должны систематически изучать молекулярные машины этих паразитов. Как только биохимики определили форму и функцию жизненно важной белковой машины, в большом числе случаев они могут разработать молекулу, сделанную так, чтобы блокировать ее действие и разрушать ее. Такие лекарства могли бы освободить человечество от таких древних ужасов как schistosomiasis и проказа, и от таких новых как СПИД.
Фармацевтические компании уже переделывают молекулы, основываясь на знании того, как они работают. Исследователи компании Апджон разработали и сделали измененные молекулы вазопрессина - гормона, который состоит из короткой цепи аминокислот. Вазопрессин усиливает работу сердца и снижает скорость, с которой почки вырабатывают мочу; это увеличивает кровяное давление. Исследовании разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые воздействуют на молекулы-рецепторы в почках в большей степени, чем на молекулы-рецепторы в сердце, придавая им более специфический и контролируемый медицинский эффект. Еще более недавно, они разработали модифицированные молекулы вазопрессина, которые присоединяются к рецепторным молекулам почек, не оказывая прямого эффекта, таким образом блокируя и подавляя действие естественного вазопрессина.
Потребности медицины будут двигать эту работу вперед, мотивируя исследователей предпринимать дальнейшие шаги по проектированию белка и молекулярному инжинирингу. Давление и медицинских, и военных, и экономических факторов толкают нас в одном и том же направлении. Еще даже до ассемблерной революции молекулярная технология будет давать нам впечатляющие успехи в медицине; тенденции в биотехнологии это гарантируют. Однако, эти успехи будут в целом постепенными и труднопредсказуемыми, и каждое будет использовать свое небольшое поле в биохимии. Далее, когда мы применим ассемблеры и системы технического ИИ к медицине, мы получим широкие способности, которые легче предвидеть.
Чтобы понять эти способности, рассмотрим клетки и их механизмы самовосстановления. В клетках вашего тела, естественные радиация и вредные химические вещества расщепляют молекулы, производя химически активные молекулярные фрагменты. Они могут ошибочно присоединяться к другим молекулам в процессе, называемом перекрестным связыванием. Также как шарики и капельки клея повредили бы машину, так же радиация и химически активные фрагменты повреждают клетку, и разрушая молекулярные машины и склеивая их.
Если ваши клетки не могли бы восстанавливать себя, повреждение быстро убило бы их или сделало бы их неконтролируемыми, повреждая их системы управления. Но эволюция благоприятствовала организмам с машинами, способными что-то делать с этой проблемой. Самовоспроизводящаяся производственная система, описанная в главе 4, чинила себя путем замены поврежденных частей; клетки делают то же самое. До тех пор, пока клеточная ДНК сохраняется неповрежденной, она может производить безошибочные ленты, которые направляют рибосомы на сборку новых белковых машин.
К нашему сожалению, сама ДНК повреждается, что ведет к мутациям. Ремонтирующие ферменты до некоторой степени компенсируют повреждения ДНК, обнаруживая и восстанавливая некоторые их виды. Такой ремонт помогает клеткам выживать, но существующие механизмы ремонта слишком просты, чтобы исправлять все проблемы, будь то в ДНК или где-то еще. Ошибки накапливаются, внося свой вклад в старение и смерть клеток, а также самих людей.
Жизнь, разум и машины
Имеет ли смысл описывать клетки как "машины", будь то самовосстанавливающиеся, или нет? Так как мы сделаны из клеток, могло бы казаться унизительным сводить людей к ""просто машинам", что противоречит холистическому пониманию жизни.
Но словарное определение "холизма" - ""теория, что действительность составлена из органичных или объединенных целых, которые есть больше, чем простая сумма их частей." "Это, конечно, применяется к людям: просто сумма наших частей, без разума и жизни, походила бы на гамбургер.
Человеческое тело включает приблизительно 1022 белковых частей, и ни одна машина такой сложности не заслуживает ярлыка "просто". "Любое краткое описание такой сложной система не может не быть весьма неполным, однако на клеточном уровне описание в терминах машин смысл имеет. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из которых действуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как целое, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным описать их в терминах молекулярных машин.
Биохимики раскрыли то, что когда-то было главными тайнами жизни, и начали заполнять детали. Они проследили, как молекулярные машины расщепляют молекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части, чтобы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих клеток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов. Биохимические лаборатории часто вешают на стену огромную диаграмму, показывающую, как основные молекулярные строительные блоки плавают внутри бактерии. Биохимики понимают в деталях многое из жизненных процессов, а то, что они не понимают по-видимому действует по тем же самым принципам. Тайна наследственности превратилась в индустрию генной инженерии. Даже эмбриональное развитие и память сейчас объясняются в терминах изменения в биохимии и клеточной структуре.
В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изменилось. Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Как это может быть?" "Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда они изучают специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из многих способов, как это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случаях их исследования сузили конкурирующие объяснения в какой-либо области до одного. Определенные биологические процессы - координация клеток для образования растущего эмбриона, обучающегося мозга и реагирующей иммунной системы - все еще представляют серьезную задачу для воображения. Однако это не потому, что есть какая-то глубокая тайна в том, как работают их части, но из-за громадной сложности того, как их многие части взаимодействуют друг с другом, чтобы образовывать целое.
Клетки подчиняются тем же самым естественным законам, которые описывают и остальную часть мира. Белковые машины в правильном молекулярном окружении будут работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта клетка была ли размолота и размыта многие дни назад. Молекулярные машины ничего не знают о "жизни" и "смерти".
Биологи, когда им нужно, иногда определяют жизнь как способность расти, воспроизводиться и реагировать на раздражители. Но по этому стандарту, глупая система самовоспроизводящихся фабрик могла бы квалифицироваться как жизнь, в то время как сознательный искусственный интеллект, смоделированный на человеческом мозге мог бы так не квалифицироваться. Являются ли вирусы живыми или они "просто" очень совершенные молекулярные машины? Никакой эксперимент не может об этом сказать, потому что природа не проводит никакой линии между живым и неживым. Биологи, которые работают с вирусами, вместо этого задают вопрос о жизнеспособности: "Будет ли этот вирус функционировать, если ему дать возможность?" Ярлыки "жизнь" и "смерть" в медицине зависят от медицинских возможностей: врачи спрашивают: "Будет ли пациент функционировать, если мы приложим все усилия?" Когда-то врачи объявляли пациентов мертвыми как только останавливалось сердце; теперь они объявляют пациентов мертвыми, когда они теряют надежду на восстановление мозговой деятельности. Успехи в кардиологии когда-то изменили определение; успехи в медицине мозга изменят его еще раз.
Также некоторые люди чувствуют себя некомфортно с идеей, что машины лежат в основе нашего мышления. Слово "машина" снова, кажется, вызывает неправильный образ - картину чего-то большого, гремящего металлом, а не мерцание сигналов вдоль бегущей волны или нейронным волокнам, по живой ткани, более сложной чем способен полностью понять разум, который она воплощает. Действительно подобные машинам машины мозга имеют размер молекул - меньше, чем самые тонкие волокна.
Целое не обязательно должно походить на свои части. Твердый кусок чего-нибудь едва ли походит на танцующий фонтан, однако совокупность твердых, бугристых молекул образует текучую воду. Подобным образом миллиарды молекулярных машин образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и синапсов образуют нервную клетку, миллиарды нервных клеток образуют мозг, а сам мозг воплощает текучесть мысли.
Сказать, что разум - это "всего лишь "молекулярные машины" "- подобно высказыванию, что Мона Лиза является "только мазками краски. "Такие утверждения путают части с целым, и путают материю со структурой, которую материя воплощает. Мы нисколько не менее человечны из-за того, что сделаны из молекул.
От лекарств к машинам ремонта клеток
Будучи сделанными из молекул, и имея человеческое беспокойство о нашем здоровье, мы применим молекулярные машины к биомедицинской технологии. Биологи уже используют антитела, чтобы помечать белки, ферменты - чтобы разрезать и соединять ДНК, а шприцы вирусов (такие как у вируса-фага T4) - чтобы впрыскивать отредактированную ДНК в бактерию. В будущем они будут использовать построенные ассемблерами наномашины, чтобы исследовать и модифицировать клетки.
С инструментами, подобными дизассемблерам, биологи будут способны изучить структуры клетки до конца, до молекулярных деталей. Далее они занесут в каталог сотни тысяч видов молекул тела и построят карту структуры сотен видов клеток. Во многом также как инженеры могли составлять перечень частей и создавать инженерные чертежи автомобиля, также биологи опишут части и структуры здоровой ткани. К тому времени им будут помогать сложные системы технического ИИ.
Врачи стремятся сделать ткани здоровыми, но с помощью лекарств и хирургии, они могут только стимулировать ткани себя восстанавливать. Молекулярные машины дадут возможность более непосредственного ремонта, начиная новую эру в медицине.
Чтобы починить автомобиль, механик сначала добирается до дефектного узла, затем опознает и удаляет плохие части, и наконец их восстанавливает или заменяет. Ремонт клетки будет включать те же самые основные задачи - задачи, которые живые системы уже доказали, что они возможны.
Доступ. Белые клетки крови покидают кровяное русло и движутся через ткань, а вирусы входят в клетки. Биологи даже втыкают в клетки иглы, и это их не убивает. Эти примеры показывают, что молекулярные машины могут добираться и входить в клетки.
Распознавание. Антитела и волокна хвоста фага T4, а на самом деле все специфические биохимические взаимодействия, показывают, что молекулярные системы, входя в контакт с другими молекулами, могут их распознавать.
Разборка. Пищеварительные ферменты (и другие, более жестокие химические вещества) показывают, что молекулярные системы могут разбирать поврежденные молекулы.
Восстановление. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут строить или восстанавливать любую молекулу, обнаруживаемую в клетке.
Повторная сборка. Природа также показывает, что отделенные молекулы могут быть собраны вместе снова. Например, механизмы фага T4 собирают сами себя из раствора, чему, очевидно, помогает единственный фермент. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут собирать любую из систем, обнаруживаемых в клетке.
Таким образом, природа демонстрирует все основные операции, необходимые, чтобы выполнять ремонт клеток на молекулярном уровне. Что более важно, как я описал в главе 1, системы, основанные на наномашинах, будут большей частью более компактны и обладать большими возможностями, чем обнаруживаемые в природе. Естественные системы показывают только нижние границы возможного в ремонте клеток, также как и во всем остальном.
Машины ремонта клеток
Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем делать полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строить машины, способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.
Машины ремонта клеток будут сопоставимы по размеру с бактериями и вирусами, но их более компактные части ""позволят им быть более сложными. Они будут проходить через ткань, как это делают белые клетки крови, и входят в клетки, как это делают вирусы, или они могли бы открывать и закрывать клеточные мембраны с хирургической аккуратностью. Внутри клетки машина ремонта первым делом составит представление о ситуации, исследуя содержимое клетки и ее функционирование, а далее будет предпринимать действия. Первые машины ремонта клеток будут высоко специализированными, способными распознавать и исправлять только один тип молекулярных нарушений, таких как дефицит ферментов или форма повреждения ДНК. В дальнейшем (но не намного позже, так как продвинутые системы технического ИИ будут выполнять работы по разработке) машины будут программироваться более общими способностями.
Для сложных машин ремонта будут нужны нанокомпьютеры, чтобы ими управлять. Механический компьютер шириной в микрон, такой как описан в главе 1, будет умещаться в 1/1000 объема средней клетки, однако будет вмещать больше информации, чем клеточная ДНК. В системе ремонта, такие компьютеры будут управлять более маленькими и простыми компьютерами, которые в свою очередь будут управлять машинами, направляя их на исследование, разборку и перестройку поврежденных молекулярных структур.
Отрабатывая молекулу за молекулой и структуру за структурой, машины ремонта будут способны восстанавливать целые клетки. Отрабатывая клетку за клеткой и ткань за тканью, они (с помощью больших устройств, там, где это необходимо) будут способны восстанавливать целые органы. Отрабатывая орган за органом по всему телу, они восстановят здоровье. Так как молекулярные машины будут способны строить молекулы и клетки с нуля, они будут способны исправлять даже клетки, поврежденные до степени полной неработоспособности. Таким образом с машинами ремонта клеток произойдет фундаментальный прорыв: они освободят медицину от необходимости полагаться на самовосстановление как единственный способ лечения.
Чтобы представить себе продвинутую машину ремонта клеток, представьте себе ее и клетку увеличенными так, что атомы станут размером с маленький мраморный шарик. В этом масштабе самые маленькие инструменты машин ремонта будут примерно с кончики ваших пальцев; белок среднего размера, такой как гемоглобин, будет размером с печатающую машинку; а рибосома будет размером со стиральную машину. Устройство ремонта содержит простой компьютер размером с небольшой трактор, и условия для хранения информации и приводящей в движение энергии. Объем в десять метров в диагонали - размер 3-этажного дома, содержит все эти части и более этого. С частями размером с мраморные шарики, умещенные в этот объем, машины ремонта смогут делать сложные вещи.
Но такое ремонтное устройство не работает в одиночестве. Оно, также как многие его братья и сестры, связано с большим компьютером посредством механических связей для передачи данных, диаметром как ваша рука. В этом масштабе, компьютер размером в кубический микрон с большой памятью заполнит объем в тридцать этажей в высоту и шириной как футбольное поле. Ремонтные устройства передают ему информацию, а он предает обратно общие инструкции. Объекты такие большие и сложные тем не менее достаточно маленькие: в этом масштабе сама клетка будет длинной в километр, вмещая в себе тысячи объемов компьютеров размером в один кубический микрон, и миллионы раз вмещая в себе объем отдельного ремонтного устройства. В клетках много места!
Будут ли такие машины способны делать все необходимое для восстановления клеток? Существующие молекулярные машины демонстрируют способность проходить через ткани, входить в клетки, распознавать молекулярные структуры, и т.д., но остальные требования также важны. Будут ли машины ремонта работать достаточно быстро? Если они будут, будут ли они расходовать настолько много энергии, что изжарят пациента?
Самый обширный ремонт не может требовать значительно большего количества работы чем создание клетки с нуля. Однако молекулярные машины, работающие в пределах объема клетки все время делают именно это, строя новую клетку за время от десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для млекопитающих). Это показывает, что машины ремонта, занимающие несколько процентов от объема клетки будут способны выполнить обширный ремонт за разумное время - дни или, самое большее, недели. Клетки могут выделить необходимое пространство. Даже клетки мозга все еще функционируют, когда мертвый продукт жизнедеятельности, называемый липофускином (очевидно, продукт молекулярного повреждения клеток) заполняет более десяти процентов от их объема.
Снабжать энергией устройства ремонта будет несложно: клетки естественным образом содержат химические вещества, которые дают энергию наномашинам. Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом. Чтобы распорядиться теплом от подобного уровня активности ремонтных машин, потеть не придется, а если даже и придется, то не слишком сильно, если неделя потения - это цена здоровья.
Все эти сравнения машин ремонта с существующими биологическими механизмами поднимают вопрос того, будут ли машины ремонта способными улучшить нашу природу. Ремонт ДНК дает ясную иллюстрацию.
Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут распознавать и восстанавливать разрывы и перекрестное связывание в ДНК. Исправление ошибок записи (или мутаций), тем не менее, требовало бы способности читать. В природе не существует таких машин ремонта, но их будет легко построить. Представьте себе три идентичные молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну и ту же последовательность нуклеотидов. Теперь представьте себе что в каждой нити произведены мутации так, что случайным образом изменен порядок нескольких нуклеотидов. Каждая нить все еще кажется нормальной, если ее взять саму по себе. Тем не менее машина ремонта могла бы сравнить каждую нить с другой, один сегмент за другим, и могла бы заметить, когда нуклеотид не соответствует своей паре. Заменяя неправильные нуклеотиды так, чтобы они соответствовали двум остальным таким образом исправит повреждение.
Этот метод не будет работать, если две нити мутируют в одном и том же месте. Представьте, что ДНК трех человеческих клеток были тяжело повреждены - после тысяч мутаций в каждой клетке один нуклеотид на миллион был изменен. Шанс, что наша трех-ниточная процедура коррекции не сможет помочь делу в любой данной точке примерно один из миллиона миллионов. Но сравните пять ниток сразу и шансы станут один на миллион миллионов миллионов и т.д. Устройство, которое сравнивание множество нитей сделает возможность существования неисправимых ошибок практически нулевой.
В реальности машины ремонта сравнят молекулы ДНК из нескольких клеток, сделают исправленные копии, и будут их использовать как образцы для проверки ошибок и восстановления ДНК по всей ткани. Сравнивая несколько нитей, машины ремонта разительно улучшат наши природные ремонтные ферменты.
Другие виды ремонта потребуют различной информации о здоровых клетках и о том, как конкретная поврежденная клетка отличается от нормы. Антитела идентифицируют белки при соприкосновении, и должным образом выбранные антитела могут в общем случае отличать любые два белка по их отличающимся формам и поверхностным свойствам. Машины ремонта будут идентифицировать молекулы аналогичным образом. С подходящим компьютером и базой данных, они будут способны идентифицировать белки, читая их аминокислотные последовательности.
Рассмотрим сложную и многофункциональную систему ремонта. Объем двух кубических микрон - примерно 2/1000 объема средней клетки - будет достаточно, чтобы содержать центральную базу данных системы способной:
1. Быстро идентифицировать любой из сотни тысяч или около того различных человеческих белков, исследуя короткую аминокислотную последовательность. 2. Идентифицировать все остальные сложные молекулы, обычно находимые в клетках. 3. Делать запись типа и положения каждой большой молекулы в клетке.
Каждое из меньших устройств ремонта (возможно тысяч в одной клетке) будет включать компьютер с меньшими возможностями. Каждый из этих компьютеров будет способен выполнять более чем тысяча вычислительных шагов за время, которое потребуется среднему ферменту чтобы заменить всего одну молекулярную связь, так что скорость вычислений возможно кажется более чем адекватной. Так как каждый компьютер будет на связи с большим компьютером и центральной базой данных, наличная память также кажется адекватной. Машины ремонта клеток будут иметь и молекулярные инструменты, которые им необходимы, и "мозги" в достаточном количестве, чтобы решить, как эти инструменты использовать.
Такая сложность будет даже слишком сильным средством для многих проблем здоровья. Устройств, которые просто распознают и уничтожают определенный вид клетки, например, будет достаточно, чтобы вылечить рак. Размещение сети компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркулярной пилой, но наличие циркулярной пилы дает уверенность, что даже очень твердое масло будет порезано. Кажется лучше показать слишком много, чем слишком мало, если кто-то стремится описать пределы возможного в медицине.
Некоторые средства
Самые простые медицинские применения наномашин будут включать не ремонт, а выборочное разрушение. Раковые образования - один из примеров; инфекционные болезни - еще один. Цель проста: необходимо лишь распознать и уничтожить опасные репликаторы, будь то бактерии, раковые клетки, вирусы или черви. Аналогично ненормальные наросты и отложения на стенках артерий вызывают большинство сердечных заболеваний; машины их распознают, разрушат и избавление от них освободит артерии для более нормального кровотока. Выборочное разрушение также излечит заболевания, такие как герпес, при котором вирус встраивает свои гены в ДНК клетки-хозяина. Ремонтное устройство войдет в клетку, прочитает ее ДНК и удалит вставки, которые читаются как "герпес".
Восстановление молекул, поврежденных перекрестным связыванием, будет также довольно непосредственное. Столкнувшись с белком, поврежденным перекрестным связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифицирует, исследовав короткие аминокислотные последовательности, затем посмотрит правильную структура в базе данных. Далее машина сравнит белок с тем, каким он должен быть, одну аминокислоту за другой. Также как корректор в типографии находит ошибки и опечатки (опеч#тки), она найдет любые измененные аминокислоты или неправильное перекрестное связывание. Исправляя эти дефекты, она оставит обычным белкам только выполнять нормальную работу клетки.
Машины ремонта также помогут излечению. После сердечного приступа, мертвый мускул заменяется тканью шрама. Машины ремонта стимулируют сердце вырастить новый мускул, переустановив клеточные механизмы управления. Удалив ткань шрама и управляя новым ростом, они направят сердце на исцеление.
Этот список мог бы продолжаться и продолжаться от одной проблеме к другой (Отравление тяжелыми металлами? - Найти и удалить атомы металла), но легко сделать вывод. Физические расстройства происходят от того, что атомы расположены неправильно; машины ремонта будут способны вернуть их в рабочий порядок, возвращая тело в здоровое состояние. Вместо того, чтобы составлять бесконечный список излечиваемых болезней (от артрита, бурсита, рака и тропической лихорадки до желтой лихорадки и цинковой простуды и обратно), имеет смысл посмотреть на пределы того, что машины ремонта клеток могут делать. А пределы существуют.
Рассмотрим инсульт, как пример проблемы, повреждающей мозг. Предотвратить можно будет непосредственно: Является ли кровеносный сосуд в мозгу ослабленным, расширившимся и готовым лопнуть? Тогда верните ему нужную форму, и запустите рост укрепляющих волокон. Ненормальные сгустки угрожают заблокировать циркуляцию крови? Значит, растворите тромбы и нормализуйте кровь и внутренний слой кровяных сосудов, чтобы предотвратить повторение. Умеренное повреждение нейронов из-за инсульта также можно будет исправить: если сниженная циркуляция имеет ослабленную функцию, но оставляет структуру клеток неповрежденной, то восстановите циркуляцию и почините клетки, используя их структуры как руководство в восстановлении ткани в ее предыдущее состояние. Это не только восстановит функцию каждой клетки, но сохранит память и способности, хранящиеся в нейронных структурах в этой части мозга.
Машины ремонта будут способны регенерировать новую мозговую ткань даже там, где повреждение разрушило эти структуры. Но пациент терял бы старые воспоминания и навыки до той степени, до которой они располагались в этой части мозга. Если уникальные нейронные структуры действительно разрушены, то машины ремонта клеток могут их восстановить не более, чем реставратор мог бы восстановить гобелен из перемешанной золы. Потеря информации вследствие разрушения структур представляет собой самое важное, фундаментальное ограничение для восстановления тканей.
Другие задачи находятся вне возможностей машин ремонта клетки по различным причинам - например, поддержание умственного здоровья. Конечно, машины ремонта клеток будут способны исправить некоторые проблемы. Расстроенное мышление иногда имеет биохимические причины, как будто мозг вводил бы себе наркотики или отравлял себя, а другие проблемы возникают из-за разрушения ткани. Но многие проблемы имеют мало общего со здоровьем нервных клеток, а зато целиком связано со здоровьем разума.
Разум и ткань мозга подобны роману и бумаге, из которой сделана эта книга. Пролитые чернила или повреждения, причиненные наводнением, могут повредить книге, делая роман, трудным для чтения. Машины ремонта книг могли бы тем не менее восстановить "физическое здоровье", удаляя инородные чернила или высушивая и восстанавливая поврежденные волокна бумаги. Однако такое лечение не имело бы ничего общего с содержимым книги, реальный смысл которого на самом деле имеет нематериален. Если книга была бы дешевым романом с шаблонным сюжетом и пустыми словами, ремонт требовался бы не для чернил и бумаги, а для самого романа. Это бы называлось не физическим ремонтом, а больше работой для автора, может быть с некоторыми советами.
Точно так же удаление ядов из мозга и восстановление нервных волокон разрядит некоторые туманы в уме, но не переделает содержание разума. Оно может быть изменено пациентом, с усилием; все мы - авторы своих умов. Но поскольку умы изменяют сами себя, изменяя мозг, наличие здорового мозга поможет здоровому мышлению больше, чем качественная бумага способствует здоровому письму.
Читатели, знакомые с компьютерами могут предпочитать думать в терминах аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Машина могла бы восстанавливать аппаратные средства ЭВМ компьютера, не понимая и не изменяя его программное обеспечение.
Такие машины могли бы останавливать деятельность компьютера, но оставлять структуры в памяти неповрежденными и готовыми работать снова. В компьютерах с нужным видом памяти (называемой "энергонезависимой"), пользователи это делают, просто выключая питание. Работа мозга кажется более сложной, однако могли бы найтись преимущества с медицинской точки зрения в том, чтобы вызывать подобные состояния.
Анестезия плюс
Врачи уже останавливают перезапускают сознание, вмешиваясь в химические процессы, которые лежат в основе разума. На всем протяжении активной жизни молекулярные машины в мозгу обрабатывают молекулы. Некоторые разбирают на составные части сахар, комбинируют их с кислородом, и забирают энергию, которая при этом высвобождается. Некоторые перекачивают ионы соли через клеточные мембраны; иные строят маленькие молекулы и высвобождают их, чтобы давать сигналы другим клеткам. Такие процессы образуют обмен веществ мозга, итог всей его химической деятельности. Вместе со своими электрическими эффектами, этот обмен веществ лежит в основе изменяющихся структур мысли.
Хирурги оперируют людей скальпелями. В середине 1800-ых, они научились использовать химические вещества, которые вмешиваются в обмен веществ мозга, блокируя сознательную мысль и предотвращая слишком энергичное сопротивление пациентов тому, чтобы их резали. Эти химические вещества - обезболивающие. Их молекулы свободно входят и покидают мозг, позволяя анестезиологам прерывать и восстанавливать человеческое сознание.
Люди давно мечтают об открытии препарата, который бы вмешивался в метаболизм всего тела, препарат, способный прерывать метаболизм полностью в течение часов, дней или лет. Результатом было бы состояние биостаза (от био-, что значит "жизнь", и -стаз, что значит "остановка" или "стабильное состояние"). Метод продуцирования обратимого биостаза мог бы помочь космонавтам в долгих космических путешествиях, чтобы сэкономить еду и избежать скуки, или он мог бы служить чем-то вроде однонаправленной машины времени. В медицине биостаз обеспечил бы длительную анестезию, давая врачам больше времени, чтобы работать. Когда случаются несчастные случаи вдали от медицинской помощи, хорошая процедура биостаза обеспечила бы универсальный способ первой помощи: она бы стабилизировала состояние пациента и предотвратила бы безумную работу молекулярных машин и повреждение тканей.
Но никто не нашел препарата, способного полностью остановить метаболизм так, как обезболивающие останавливают сознание - то есть так, чтобы можно было полностью все вернуть обратно, лишь вымыв препарат из тканей пациента. Тем не менее, обратимый биостаз будет возможным когда появятся машины ремонта.
Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьте, что кровяной поток несет простые молекулярные устройства к тканям, где они входят в клетки. Там они блокируют молекулярные машины обмена веществ, в мозгу и в других местах, и связывают структуры стабилизирующими перекрестными связями. Другие молекулярные устройства далее входят, замещая воду и упаковывая себя плотно вокруг молекул клетки. Эти шаги остановят метаболизм и сохранят клеточные структуры. Так как машины ремонта клеток будут использоваться для обращения этого процесса вспять, это может нанести умеренные молекулярные повреждения, но никакого продолжительного вреда. При остановленном метаболизме и клеточных структурах, жестко удерживаемых на своих местах, пациент будет спокойно отдыхать, без сновидений и неизмененным, до тех пор пока машины ремонта не вернут ему активную жизнь.
Если пациент в этом состоянии был бы передан современному врачу, неосведомленному о способностях машин ремонта клетки, последствия были бы, вероятно, мрачны. Не наблюдая никаких признаков жизни, врач вероятно заключил бы, что пациент мертв, и далее воплотил бы это суждение в реальность "предписав" вскрытие, за которым последует похороны или кремация.
Но наш воображаемый пациент живет в эпоху, когда биостаз, как известно, является только приостановкой жизни, а не ее концом. Когда контракт пациента говорит "Разбудите "Разубраменя!" "(Или ремонт окончен, или полет к звезды завершен), врач, ухаживающий за пациентом начинает оживление. Машины ремонта входят в ткани пациента, удаляя упаковку вокруг молекул пациента и заменяя их водой. Далее они удалят перекрестные связи, починяя все поврежденные молекулы и структуры, и восстанавливая нормальные концентрации соли, сахара в крови, аденинтрифосфорной кислоты и т.д. Наконец, они разблокируют механизмы обмена веществ. Приостановленный процесс метаболизма продолжится, пациент зевнет, потянется, сядет, поблагодарит доктора, узнает, какое сегодня число, выйдет за дверь и отправится восвояси.
От функции к структуре
Обратимость биостаза и необратимость серьезного повреждения из-за инсульта помогает показать, как машины ремонта клеток изменят медицину. Сегодня врачи могут только помочь тканям себя излечивать. Соответственно они должны пытаться сохранить функцию ткани. Если ткань не может функционировать, они не могут излечить. Что хуже, если ткани не сохраняются, за этим следует их порча, и в конце концов разрушение структуры. Это также, как если бы механические инструменты были бы способны работать только на работающей машине.
Машины ремонта клеток изменяют центральное требование сохранить функцию на требование сохранить структуру. Как я отметил, обсуждая инсульт, машины ремонта будут способны восстановить мозговую функцию с памятью и навыками, неповрежденными только если отличительная структура участка нейронной ткани сохраняется неповрежденной. Биостаз включает сохранение нейронной структуры в то время как тщательно блокирует функцию.
Все это - прямое следствие молекулярной природы ремонта. Врачи, использующие скальпели и лекарства могут чинить клетки не больше, чем кто-либо с киркой и банкой машинного масла, может восстановить высокоточные часы. Напротив, наличие машин ремонта и обычных питательных веществ будет подобно наличию инструментов часовщика и неограниченной поставке запасных частей. Машины ремонта клетки изменят медицину в ее основе.
От лечения болезни к установлению здоровья
Медицинские исследователи сейчас изучают болезни, часто ища способы предотвратить их или полностью обратить вспять, блокируя ключевой шаг в процессе развития болезни. Получающееся в результате знание очень помогло врачам: они теперь выписывают инсулин для компенсации диабета, противогипертонические препараты для предотвращения инсульта, пенициллин, чтобы лечить инфекционные заболевания, и так далее, весь список впечатляет. Молекулярные машины помогут в изучении болезней, однако делают понимание болезни намного менее важным. Машины ремонта сделают более важным понимание здоровья.
Тело может болеть большим числом способов, чем быть здоровым. Здоровая ткань мускула, например, различается достаточно малым количеством способов: она может быть сильнее или слабее, быстрее или медленнее, иметь тот или иной антиген и т.д. Поврежденная ткань мускула может различаться всеми этими способами, однако также страдает от любой комбинации из деформаций, разрывов, вирусных инфекций, паразитических червей, синяков, проколов, ядовитых веществ, сарком, изнуряющих болезней и врожденных уродств. Аналогично, хотя нейроны переплетаются таким же количеством способов, сколько существует человеческих мозгов, отдельные синапсы и дендриты существуют в умеренном спектре форм, если они здоровы.
Как только биологи опишут нормальные молекулы, клетки и ткани, должным образом запрограммированные машины ремонта будут способны вылечить даже неизвестные болезни. Как только исследователи опишут диапазон структур, которые (например) может иметь здоровая печень, машины ремонта, исследуя плохо работающую печень будут нуждаться только в обнаружении различий и их исправлении. Машины, не знающие какой-либо новый яд и его эффекты будут распознавать его как инородный и удалять его. Вместо того, чтобы бороться с миллионом странных болезней, продвинутые машины ремонта будут устанавливать состояние здоровья.
Разработка и программирование машин ремонта клеток потребует больших усилий, знаний и навыков. По-видимому, будет более легко построить машины ремонта с широкими способностями, чем их запрограммировать. Их программы должны содержать детальную информацию о сотнях видов клеток и сотнях тысяч видов молекул человеческого тела. Они должны быть способны наносить на карту поврежденные клеточные структуры и решать, как их исправить. Как много времени займет разработка таких машин и программ? На вскидку, состояние биохимии и ее сегодняшний темп продвижения вперед мог бы сказать, что сбор самого основного знания займет века. Но мы должны принимать во внимание существование иллюзии, что продвижения будут приходить в одиночку.
Машины ремонта ворвутся с волной других технологий. Ассемблеры для их постройки будут сначала использоваться, чтобы строить инструменты для анализа структур клетки. Даже пессимист согласился бы, что люди-биологи и инженеры, вооруженные этими инструментами могли бы построить и запрограммировать продвинутые машины ремонта клеток за сотню лет непрерывной работы. Самоуверенный, дальновидный пессимист мог бы сказать о тысяче лет. Действительно убежденный противник мог бы объявить, что работа заняла бы для людей миллион лет. Очень хорошо: в миллион раз более быстрая система технического ИИ в миллион раз более быстрая, чем ученые и инженеры, значит она разработает продвинутые машины ремонта клеток за один календарный год.
Болезнь по имени "старение"
Старение естественно, но также была естественна оспа и наши усилия, чтобы ее предотвратить. Мы победили оспу, и, кажется, победим старение.
Средняя продолжительность жизни возросла увеличилась за последнее столетие, но в основном, потому что лучшая санитарная профилактика и лекарства сократили заболевания бактериальной природы. Непосредственно продолжительность жизни увеличилась немного.
Однако, исследователи продвинулись в направлении понимания и замедления процесса старения. Они идентифицировали некоторые из причин, такие как неконтролируемое перекрестное связывание. Они разработали частичные решения проблемы, такие как антиоксиданты и ингибиторы свободных радикалов. Они предположили и изучили другие механизмы старения, такие как "клеточные часы" и изменения в гормональном балансе организма. В лабораторных экспериментах специальные препараты и диеты увеличивали продолжительность жизни мышей на 25-45 процентов.
Такая работа будет продолжаться; по мере того как поколение 50-х стареет, ожидайте бума в исследовании старения. Одна компания в сфере биотехнологии, Сенетек Дания, специализируется в исследовании старения. В апреле 1985, Истман Кодак и Ай-Си-Эн Фармасьютикал, как сообщали, присоединились к проекту на 45 миллионов долларов по производству изоприсина и других препаратов, имеющих возможность по продлению продолжительности жизни. Результаты обычных исследований против старения на протяжении следующих десяти-двадцати лет могут значительно продлить человеческую продолжительность жизни и улучшить здоровье пожилых людей. Насколько сильно лекарства, хирургия, упражнения и диета могут продлить продолжительность жизни? На сегодняшний день оценки все еще вынужденно остаются догадками. Только новое научное знание может вывести такие предсказания из царства умозрительных заключений, поскольку они опираются на новую науку, а не просто на новую технологию.
С машинами ремонта клетки, однако, возможности продления жизни становятся ясными. Они будут способны восстанавливать клетки, пока их специфические структуры остаются неповрежденными, и будут способны заменить клетки, которые были разрушены. Так или иначе, они будут восстанавливать здоровье. Старение по сути ничем не отличается от любого другого физического расстройства; в нем нет никакого волшебного влияния календарных дат на мистическую жизненную силу. Хрупкие кости, морщинистая кожа, низкая ферментная активность, медленное заживление ран, плохая память и все остальное - все происходит из повреждения молекулярных машин, химических дисбалансов и нарушения порядка в структурах. Восстанавливая структуру всех клеток и тканей тела до такой, как в молодости, машины ремонта восстановят и здоровье, как в молодости.
Люди, кто доживет невредимыми до времен машин ремонта клетки, будут иметь возможность восстановить здоровье юности и поддерживать его почти столько, сколько они этого желают. Конечно, ничто не может дать человеку (или чему-нибудь еще) продолжаться вечно, но предотвращая серьезные несчастные случаи, те, кто этого хотят, смогут жить долгое, долгое время.
По мере того, как технология развивается, приходит время, когда ее принципы становятся понятными, а с ними многие из их следствий. Принципы ракетной техники были ясны в 1930-ых, а с ними и следствие - космический полет. Заполнение деталей включало разработку и тестирование баков, двигателей, приборов и т.д. К началу 1950-х годов многие детали были известны. Древняя мечта полета на Луну стала целью, которую можно было ставить в планы.
Принципы молекулярных машин уже ясны, и с ними следствие - машины ремонта клетки. Заполнение деталей будет включать разработку молекулярных инструментов, ассемблеров, компьютеров и т.д., но многие детали существующих молекулярных машин известны сегодня. Древняя мечта достижения здоровья и долгой жизни стала целью, которую можно ставить в планы.
Медицинские исследования ведет нас, шаг за шагом, по дороге к молекулярным машинам. Глобальная конкуренция, чтобы сделать лучшие материалы, электронику и биохимические инструменты подталкивает нас в том же самом направлении. Разработать машины ремонта клеток займет годы, но путь прямой и они ждут нас в его конце.
Они принесут много возможностей, и для доброго и для злого. Достаточно лишь подумать о репликаторах военного назначения со способностями, такими как у машин ремонта клетки, чтобы взгляду открылись кошмарные возможности. Позже я буду описывать, как мы могли бы избежать таких ужасов, но прежде кажется разумным рассмотреть предполагаемые выгоды от машин ремонта клеток. Так ли уж хорошо то благо, которое они несут? Как может долгая жизнь повлиять на мир?
Глава 8. ДОЛГАЯ ЖИЗНЬ В ОТКРЫТОМ МИРЕ
Длительная привычка жить не располагает нас умирать.
Сэр Томас БРОУН
МАШИНЫ РЕМОНТА КЛЕТОК поднимают различные вопросы, включая ценность продления человеческой жизни. Это - не вопросы сегодняшней медицинской этики, которые обычно включают дилеммы, возникающие из-за редких, дорогостоящих и имеющих половинчатый эффект видов лечения. Это - вопросы, включающие ценность длительной, здоровой жизни, достигаемой недорогими средствами.
Для людей, кто ценит человеческую жизнь и любит жить, такие вопросы могут не нуждаться в ответе. Но после десятилетия, отмеченного заботой о росте населения, загрязнения и истощении ресурсов, многие люди могут подвергать сомнению желательность продления жизни; беспокойство об этих вещах благоприятствует распространению мима, что смерть - это хорошо. Эти мимы должны быть рассмотрены заново, поскольку многие имеют корни в устаревшем мировоззрении. Нанотехнология изменит намного больше, чем только продолжительность человеческой жизни.
Мы получим средства не только, чтобы излечить себя, но и излечить Землю от ран, которые мы ей причинили. Поскольку спасения жизней увеличит число живущих, продление жизни ставит вопросы о последствиях большего количества людей. Наша способность излечить Землю уменьшит одну из причин для споров.
Однако и сами машины ремонта клеток вносят противоречие. Они нарушают традиционные предположения относительно наших тел и нашего будущего: поэтому сомнение здесь успокаивает. Они потребуют нескольких принципиальных научно-технологических прорывов: поэтому сомневаться здесь легко. Поскольку возможность или невозможность машин ремонта клеток поднимает важные вопросы, имеет смысл рассмотреть, какие возражения могут выдвигаться.
Почему не быть машинам ремонта клеток?
Какой вид аргументов мог бы говорить о том, что машины ремонта клеток были невозможны? Успешный аргумент должен включать некоторые странные искажения. Он должен так или иначе подразумевать, что молекулярные машины не могут строить и восстанавливать клетки, при этом соглашаясь, что молекулярный машины в нашем теле в действительности строят и восстанавливают каждый день. Мучительная проблема для убежденных скептиков! Да, искусственные машины должны делать то, что естественные машины не делают, но им не нужно делать ничего качественно нового. И естественные, и искусственные устройства ремонта должны входить, идентифицировать и перестраивать молекулярные структуры. Мы будем способны улучшить существующие ферменты ремонта ДНК, просто сравнивая несколько нитей ДНК одновременно, так что очевидно, что природа не нашла всех хитростей. Так как этот пример уничтожает любой общий аргумент, что машины ремонта не могут сделать лучше, чем в природе, сильный довод против машин ремонта клеток изобрести кажется трудно.
Однако же, два общих вопроса заслуживают прямых ответов. Во-первых, почему мы должны ожидать, что долгая жизнь будет достигнут в ближайшие десятилетия, когда люди пытались ее достичь и терпели неудачу на протяжении тысячелетий? Во-вторых, если мы можем действительно использовать машины ремонта клеток, чтобы продлить жизни, тогда почему природа (которая занимается ремонтом клеток на протяжении миллиардов лет) еще не довела их до совершенства?
Люди пытались и потерпели неудачу.
На протяжении столетий люди страстно желали спастись от необходимости жить так мало. Время от времени какой-нибудь Понс де Леон или знахарь говорил, что нашел средство, но оно никогда не работало. Эта статистика неудач убедила некоторых людей, что, так как все попытки провалились, то это и впредь будет так. Они говорят "старение естественно", и для них это кажется достаточным аргументом. Успехи медицины может быть отчасти изменили их воззрения, но успехи в основном сократили раннюю смерть, а не увеличили максимальную продолжительность жизни.
Но теперь биохимики работают на исследованием машин, которые строят, восстанавливают и управляют клетками. Они научились собирать вирусы и перепрограммировать бактерии. Впервые в истории, люди исследуют свои молекулы и раскрывают молекулярные секреты жизни. Кажется, что молекулярные инженеры в конце концов объединят улучшенное биохимическое знание с улучшенными молекулярными машинами, и будут учиться исправлять поврежденные структуры тканей и таким образом их омолаживать. В этом нет ничего странного - было однако странно, скорее если бы такие мощные знания и способности не принесли бы впечатляющих результатов. Большая статистика прошлых неудач здесь просто неуместна, потому что мы никогда прежде не пробовали строить машины ремонта клеток.
Природа пробовала и потерпела неудачу.
Природа строила и строит машины ремонта клеток. Эволюция билась над многоклеточными животными сотни миллионов лет, однако все высокоразвитые животные стареют и умирают, потому что наномашины природы ремонтируют клетки не наилучшим образом. Почему усовершенствования должны быть возможны?
Крысы взрослеют в течение месяцев, а затем стареют и умирают приблизительно за два года - однако людям эволюция дала более чем в тридцать раз более длинный срок. Если больший срок жизни был бы главной целью развития, то крысы также бы жили дольше. Но долгий срок жизни имеет издержки: восстановление клеток требует вложений энергии, материалов и машин ремонта. Гены крысы процветали, пользуясь телами крыс, как дешевым материалом одноразового использования. Также и гены человека не считаются с человеческими существами, хотя и отпуская им срок в несколько десятков раз длиннее, чем крысам.
Но дрянной ремонт - не единственная причина старения. Гены превращают яйцеклетку во взрослого индивида через схему развития, которая разворачивается с довольно постоянной скоростью. Эта схема довольно последовательна, потому что эволюция редко изменяет основополагающую конструкцию. Также, как базовая схема - система ДНК-РНК-белок замерзла несколько миллиардов лет назад, также базовая схема химической сигнализации и ответа тканей, которые управляют развитием млекопитающих, установилась многие миллионы лет назад. Этот процесс очевидно включает часы, установленные работать с разной скоростью для разных биологических видов, и программу, которая в какой-то момент заканчивает работать.
Какими бы ни были причины старения, у эволюции было мало причины устранить их. Если гены строили бы индивидуумов, способных оставаться здоровыми на протяжении тысячелетий, они не получили бы большого преимущества в своих "усилиях" по размножению. Большинство индивидуумов все равно умерло бы молодыми от голода, хищников, несчастных случаев или болезней. Как отмечает сэр Питер Медавар, ген, который помогает молодым (которых много), но вредит старым (которых мало), будет хорошо воспроизводиться, и поэтому распространяться по популяции. Если накопится достаточно таких генов, животные станут запрограммированными умирать.
Эксперименты доктора Леонардом Хейфликом говорят о том, что клетки содержат "часы", которые считают деления клетки и останавливают процесс разделения, когда количество делений превышает какое-то число. Механизм этого вида может помогать молодым животным: если рако-подобные изменения заставляют клетку делиться слишком быстро, но не в состоянии разрушить ее часы, то она вырастет до опухоли ограниченного размера. Таким образом часы бы предотвращали неограниченный рост злокачественных опухолей. Такие часы могли бы вредить животным более старшего возраста, останавливая деление нормальных клеток, прекращая обновление ткани. Таким образом животные бы выигрывали от меньшего количества раковых опухолей в молодом возрасте, однако имели бы поводы жаловаться, если доживут до старости. Но гены не будут слушать их жалобы - они заблаговременно спрыгнули с этого корабля, как копии, переданные следующему поколению. С машинами ремонта клеток мы будем способны переустановить такие часы. Ничего не говорит о том, что эволюция довела наши тела до совершенства даже по грубым стандартам выживания и размножения. Инженеры не связывают компьютеры медленными волокнами, такими как нервы, и не строят машины из мягких белков, и имеют на это достаточные причины. Генетическая эволюция (в отличии от эволюции мимов) не была способна прыгнуть к новым материалам или новым системам, а вместо этого оттачивала и расширяла старые.
Машины ремонта клеток находятся далеко от пределов возможного - они не даже имеют компьютеров, чтобы ими управлять. Отсутствие нанокомпьютеров в клетках, конечно, показывает только, что компьютеры не могли (или просто этого не сделали) развиться постепенно из других молекулярных машин. Природа не смогла построить наилучшие возможные машины ремонта клеток, но на это были достаточные причины.
Исцеление и защита Земли
Также легко понять неспособность биологических систем Земли приспособиться к индустриальной революции. От уничтожения лесов до диоксинов, мы причиняли ущерб быстрее, чем эволюция могла на это отреагировать. Так как мы пытались получить большее количество продовольствия, товаров и услуг, наше использование балк-технологии заставляло нас причинять этот ущерб. С будущей технологией, однако, мы будем способны производить больше товаров для себя, однако с меньшим вредом для Земли. В добавок, мы будем способны построить машины для ремонта планеты, чтобы исправить уже нанесенный ущерб. Клетки - это не все, что мы хотим починить.
Рассмотрите проблему токсичных отходов. Будь то в нашем воздухе, почве или воде, отходы затрагивают нас, потому что они способны наносить вред живым системам. Но на любые материалы, которые соприкасаются с молекулярными машинами жизни, можно влиять другими формами молекулярных машин. Это значит, что мы будем способны разработать чистящие машины, чтобы удалить эти яды отовсюду, где они могут повредить жизни.
Некоторые отходы, такие как диоксин, состоят из опасных молекул, но сами которые состоят из безвредных атомов. Чистящие машины превратят их в безопасные вещества, перестраивая их атомы. Другие отходы, такие как свинцовые и радиоактивные изотопы, содержат опасные атомы. Чистящие машины соберут их, чтобы далее распорядиться ими одним из нескольких способов. Свинец происходит из земных гор; ассемблеры могли бы вернуть их обратно в горные месторождения, откуда их добывали. Радиоактивные изотопы могли бы также быть изолированы от живых существ, либо возвращая их обратно в подходящие места внутри гор, либо более решительными способами. Используя дешевые и надежные космические транспортные системы, мы могли бы похоронить в мертвых, безводных горных породах Луны. Используя наномашины, мы могли бы запечатать их в саморемонтирующиеся, самозапечатывающиеся контейнеры размером с холм и питаемый от солнечного света в пустыне. Это было бы более безопасно, чем просто пассивные горы или бочонки.
С самовоспроизводящимися ассемблерами, мы будем даже способны удалить миллиарды тонн углеродистого диоксида, который наша сжигающая топливо цивилизация выбросила в атмосферу. Климатологи предсказывают, что увеличивающиеся количества углекислого газа, поглощая солнечную энергию, частично растопят полярные шапки, увеличивая уровень морей и затопляя побережья где-то в середине следующего века. Однако самовоспроизводящиеся ассемблеры сделают солнечную энергию достаточно дешевой, чтобы исключить необходимость в ископаемых видах топлива. Также как деревья, питаемые солнечной энергией наномашины будут способны извлекать диоксид углерода и воздуха и расщеплять кислород. В отличие от деревьев, они будут способны вырастить глубокие корни для сохранения и поместить уголь обратно в угольные и нефтяные слои, из которых они произошли.
Будущие машины исцеления планеты также помогут нам исправить испорченные пейзажи и восстановить поврежденные экосистемы. Горная промышленность изрешетила Землю ямами; небрежность ее покрыла мусором. Борьба с лесными пожарами позволила подлеску бурно развиваться, заменяя подобную собору открытость древних лесов ростом кустарника, который является пищей для еще более опасных пожаров. Мы будем использовать недорогих, сложноустроенных роботов, чтобы повернуть вспять эти и другие эффекты. Способные передвигать горы и почвы, они вернут прежние очертания истерзанным землям. Способные пропалывать и переваривать, они стимулируют очистительные эффекты естественных лесных пожаров без опасности или опустошений. Способные поднимать и передвигать деревья, они проредят густые лесные насаждения и заново покроют лесом голые холмы. У нас будут устройства размером с белку, которые будут питаться старой трухой. Мы сделаем устройства, подобные деревьям, с корнями, которые распространяются глубоко в землю и очищают почву от пестицидов и избыточной закисленности. Мы сделаем очистителей от лишайников величиной с насекомых и грызунов величиной с капельку аэрозоля. Мы сделаем любые устройства, которые нам нужны, чтобы очистить тот беспорядок, который оставила цивилизация двадцатого века.
После такой уборки, мы переработаем большинство этих машин, сохраняя только те, которые нам будут еще нужны, чтобы защищать окружающую среду от более чистой цивилизации, основанной на молекулярной технологии. Эти более долгоживущие устройства дополнят естественные экосистемы везде, где это необходимо, чтобы сбалансировать и исправить влияние людей. Сделать их эффективными, безопасными и незаметными будет делом, требующим не только автоматического инжиниринга, но знания природы и чувства прекрасного.
С технологией восстановления клеток, мы даже будем способны вернуть некоторые исчезнувшие виды из полного небытия. Африканский кага - животное, похожее на зебру - исчезло более чем столетие назад, но просоленная кожа этого животного, хранится в музее Германии. Алан Вильсон из калифорнийского университета в Берли и его сотрудники использовали ферменты, чтобы извлечь фрагменты ДНК из ткани мускула, присоединенного к этой коже. Они клонировали фрагменты в бактериях, сравнили их с ДНК зебры, и обнаружили (как предполагается), что гены показали близкое эволюционное родство. Им также удалось извлечь и скопировать ДНК из ремня из бизоньей кожи, сделанного сто лет назад и из мамонтов, сохранившихся в вечной мерзлоте, возраст которых миллионы лет. Этот успех - отдаленный отголосок клонирования целой клетки или организма - клонировав один ген, остается неклонированными еще около 100 тысяч, а клонирование каждого гена еще не восстановит целую клетку - но это все же это показывает, что наследственный материал этих видов все еще жив.
Как я описал в предыдущей главе, машины, которые сравнивают несколько поврежденных копий молекулы ДНК, будут способны восстановить неповрежденный оригинал, а миллиарды клеток в высушенной коже содержат миллиарды копий. Из них мы будем способны реконструировать неповрежденную ДНК, а вокруг ДНК мы будем в состоянии восстановить неповрежденную клетку любого типа которого мы захотим. Некоторые виды насекомых переживают зиму в виде клеток-яиц и оживают при весеннем тепле. Эти "исчезнувшие" виды переживут двадцатый век в виде клеток шкур и мускулов, чтобы вернуться в оплодотворенные яйца и ожить с помощью машин ремонта клеток.
Доктор Барбара Дуррант, репродуктивный физиолог зоопарка в Сан-Диего, сохраняет образцы ткани подвергнутых опасности видов в криогенном морозильнике. Вознаграждение может быть значительней, чем большинство людей сейчас предполагают. Сохранение лишь образцов тканей не сохраняет саму жизнь животного или экосистему, но однако оно сохраняет генетическую наследственность данного вида. Мы были бы опрометчивы, если бы не предприняли бы эту политику страхования против безвозвратной потери видов. Перспективы машин ремонта клеток, таким образом, влияют на наши сегодняшние решения.
Исчезновение - не новая проблема. Приблизительно 65 миллионов лет назад, большинство тогда существовавших видов исчезло, включая весь вид динозавра. В каменной книге Земли, история динозавров заканчивается на странице, состоящей из тонкого слоя глины. Глина богата иридием, элементом, часто встречающимся в астероидах и кометах. Лучшая сегодняшняя теория указывает, что взрыв с неба смял биосферу Земли. С энергией сотни миллиона мегатонн тротилового эквивалента, он распространил пыль и ""астероидную зиму" по всей "планете.
За все время, начиная от живых клеток, которые первые объединились, чтобы образовать червей, Земля перенесла пять больших исчезновений видов. Лишь 34 миллиона лет назад - около 30 миллионов лет после гибели динозавров, находится слой стекловидных бусинок, осевших на морском дне. Выше этого слоя следы многих видов исчезают. Эти бусинки - затвердевшие расплавленные брызги какого-то взрыва.
Кратер Метеора, в штате Аризона, несет свидетельство меньшего, более недавнему взрыву, эквивалентному взрыву бомбы мощностью четыре мегатонны. Не далее как 30 июня 1908 года шар огня раскалывает небо Сибири и валит массив леса на площади шириной в сотни километров.
Как люди давно подозревали, динозавры умерли, потому что были глупы. Не то, чтобы они были слишком глупы, чтобы кормиться, ходить, или охранять свои яйца - они продолжали существовать в течение 140 миллионов лет, просто они были просто слишком глупы, чтобы строить телескопы, способные обнаруживать астероиды и космические корабли, чтобы отклонять их от столкновения с Землей. У космоса есть много гигантских камней, чтобы ими в нас кидаться, но мы проявляем признаки достаточного интеллекта, чтобы с ними иметь дело. Когда нанотехнология и автоматический инжиниринг даст нам более мощные космические технологии, мы найдем несложным отслеживать и отклонять астероиды; в действительности, мы могли бы это делать даже при помощи технологии, имеющейся сегодня. Мы можем и вылечить Землю, и защитить ее.
Долгая жизнь и проблема роста населения
Люди обычно желают долгой и здоровой жизни, однако перспектива резкого успеха в этом направлении вызывает тревогу. Не повредит ли большая продолжительность жизни качеству жизни? Как перспектива долгой жизни повлияет на наши близкие сегодняшние проблемы? Хотя большинство влияний нельзя предсказать, некоторые все же можно.
Например, по мере того, как машины ремонта клеток продлят жизнь, население увеличится. При прочих равных условиях большее количество людей будет означать большую тесноту, загрязнение и дефицит - но прочие условия не будут равны: сам прогресс в автоматизированной разработке и нанотехнология, которая даст машины ремонта клеток, также помогут нам излечить Землю, защитить ее и жить на ней более легко. Мы будем способны производить наши предметы необходимости и роскоши, не загрязняя воздух, землю и воду. Мы будем способны получать ресурсы и производить вещи, не портя ландшафт шахтами или загромождая его фабриками. С ассемблерами, эффективно производящими долговечные продукты, мы будем производить вещи большей ценности с меньшими отходами. Больше людей будут способны жить на Земле, однако причиняя ей и друг другу меньше вреда, если мы как-то сможем использовать наши новые способности на благие цели.
Если кто-то считает ночное небо черной стеной и ожидает, что гонка технологий вежливо нажмет на тормоза, для него было бы естественно бояться, что долгоживущие люди будут бременем в "бедном, переполненном мире наших детей. "Это опасение происходит из иллюзии, что жизнь является игрой с нулевой суммой, что большее количество людей всегда означает нарезку маленького пирога на меньшие кусочки. Но когда будем способны восстанавливать клетки, мы будем также способны строить самовоспроизводящиеся ассемблеры и превосходные космические корабли. Наши "бедные" потомки будут делить мир размером с Солнечную систему, с материей, энергией и потенциальным жизненным пространством таким огромным, что вся наша планета кажется пылинкой.
Это откроет достаточно пространства для эры роста и процветания, далеко за пределами всего, что когда-либо было прежде. Однако сама солнечная система конечна, а звезды далеки. На Земле, даже самая чистая индустрия, построенная на ассемблерах, будет выделять много избыточного тепла. Беспокойство относительно населения и ресурсов остается важным, поскольку экспоненциальный рост репликаторов (таких как людей) может в конце концов обогнать любую конечную базу ресурсов.
Но значит ли это, что мы должны жертвовать жизнями людей, чтобы задержать конец? Отдельные люди могут стать добровольцами, но они этим сделают мало добра. По правде говоря, продление жизни будет иметь небольшое влияние на фундаментальную проблему: экспоненциальный рост останется экспоненциальным, умирают ли люди молодыми или живут неопределенно долго. Мученик, умирая рано, мог бы задержать кризис на доли секунды, но в меньшей степени преданный делу человек мог бы помочь больше, присоединившись к движению долгоживущих людей, работающих над решением этой долгосрочной проблемы. В конце концов многие люди не замечали пределов росту на Земле. Кто кроме тех, кто будет жить долго, подготовится к более жестким, но более отдаленным пределам росту в мире за пределами Земли? Те, кто озабочен долгосрочными пределами будет служить человечеству наилучшим образом, оставаясь живым, чтобы сохранять живой свою озабоченность.
Долгая жизнь также поднимает вопрос об угрозе культурного застоя. Если это было бы неизбежной проблемой долгой жизни, неясно, что можно было делать с ней сделать - расстрелять из пулеметов всех стариков в целях сохранения хороших нравов? К счастью, два фактора несколько уменьшат проблему. Во-первых, в мире с открытой границей молодежь сможет улетать, строить новые миры, проверять новые идеи, а затем или убеждать своих старших измениться или оставлять их позади. Во-вторых, люди, старые годами, будут молоды телом и мозгом. Старение замедляет и обучение и мыль, как оно замедляет остальные физические процессы; омоложение ускорит их вновь. Поскольку молодые мускулы и сухожилия делают молодые тела более гибкими, возможно, молодые мозговые ткани будут поддерживать умы несколько более гибкими, даже умудренные многими годами.
Последствия предвидения
Долгая жизнь не будет самой большой из проблем будущего. Она даже могла бы помогать их решать.
Рассмотрите ее влияние на готовность народов вступать в войны. Старение и смерть сделало резню в бою более приемлемым: как Гомер сказал устами Сарпедона, героя Трои: ""O, мой друг, если мы, покинув эту войну, могли бы избежать старости и смерти, я не должен был бы биться здесь в авангарде; но теперь, так как все что есть - это разные способы смерти, нависшие над нами, и ни один человек не может надеяться их избегнуть, давай поспешим и отдадим славу другим людям, или выиграем ее для нас самих."
Однако, если надежда избежать старения и смерти отвращает людей от сражения, будет ли это хорошо? Это могло бы препятствовать маленьким войнам, которые могли бы перерасти в ядерное тотальное уничтожение. Но так же, это могло бы ослабить наше решение защищать себя от пожизненного притеснения - если у нас не будет нужды считать, сколько еще нашей жизни мы должны защитить. Поможет нежелание людей умирать за власть своих правителей.
Ожидания всегда формируют действия. И наши учреждения, и личные планы отражают наше ожидание того, что все ныне живущие взрослые умрут в ближайшие десятилетия. Посмотрите, как эта вера воспламеняет стремление приобретать и игнорировать будущее в преследовании мгновенного удовольствия. Посмотрите, как это ослепляет нас относительно будущего, и закрывает от нашего взора долгосрочные выгоды от сотрудничества. Эрик Фромм пишет: ""Если индивидуум жил бы пятьсот или тысячу лет, это столкновение (его интересов с интересами общества) могли бы существенно уменьшиться. Он далее мог бы жить и с радостью пожинать то, что посеял в печали; страдание одного исторического периода, которые принесет плоды в следующем, могло бы принести плод и для него тоже." Будет ли большинство людей жить для настоящего - это не вопрос: вопрос в том, может ли быть значительное изменение к лучшему?
Ожидание долгой жизни в лучшем будущем вполне может сделать некоторые политические болезни менее беспощадными. Человеческие конфликты слишком глубоки и сильны, чтобы быть искорененными любым простым изменением, однако перспектива обширного богатства завтра может по крайней мере уменьшить стремление бороться за крохи сегодня. Проблема конфликта большая, и нам нужна вся помощь, которую мы можем получить.
Перспектива личного старения и смерти всегда делала мысли о будущем менее приятными. Перспективы загрязнения, бедности и ядерного уничтожения, появившиеся недавно, сделали мысли о будущем во многом слишком ужасными, чтобы перенести. Однако с по крайней мере с надеждой на лучшее будущее и время, чтобы им насладиться, мы можем более охотно ожидать будущего. Заглядывая вперед, мы будем видеть больше. Имея собственную ставку в игре, мы будем больше в ней заинтересованы. Большая надежда и предвидение будет благоприятствовать и настоящему, и будущим поколениям; у них будет даже больше чем у нас шансов выжить.
Увеличенная продолжительность жизни будет означать большее количество людей, но без серьезного усложнения завтрашней проблемы населения. Ожидание более долгой жизни в лучшем мире принесет реальные выгоды, поощряя людей больше думать о будущем. В целом, долгая жизнь и его ожидание кажется хорошим для общества, также, как сокращение продолжительности жизни до тридцать лет было бы плохо. Многие люди хотят для себя долгую и здоровую жизнь. Каковы перспективы для сегодняшнего поколения?
Прогресс в продлении жизни
Послушайте Гильгамеша, король Урик:
"Я просмотрел за стену, и я вижу тела, плывущие по реке, и это будет моим уделом тоже. Я это точно знаю, ибо самый высокий среди людей не достанет небес, а самый великий не вместит землю."
Прошло четыре тысячелетия с тех пор, когда сумерианские писцы наносили знаки на глиняные таблички, чтобы записать поэмы Гильдамеша, но времена изменились. Люди не выше среднего теперь достигли небес и летали вокруг Земли. Мы, дети космического века, века биотехнологии, века революций - нужно ли нам все еще чувствовать отчаяние перед барьером лет? Или мы изучим искусство продления жизни достаточно скоро, чтобы спасти от разложения себя и тех, кого мы любим?
Скорость биомедицинского прогресса рисует дразнящую перспективу. Главные болезни возраста - сердечная болезнь, инсульт и рак - начали уступать лечению. Исследования механизмов старения начали приносить плоды, и исследователи продлили продолжительность жизни животных. Так как знания основываются на предыдущих знаниях, а инструменты приводят к новым инструментам, кажется очевидным, что прогресс будет ускоряться. Даже без машин ремонта клеток, мы имеем причины ожидать значительного прогресса по направлению к замедлению старения и его частичному обращению вспять.
Хотя люди всех возрастов извлекут выгоду из этого прогресса, молодые извлекут большую выгоду. Те, кто будет жить еще достаточно долго, доживет до времени, когда старение станет полностью обратимым: самое позднее время появления машин ремонта клеток. Тогда, если не раньше, люди будут становиться здоровее по мере того, как они становится старше, становясь лучше как вино, вместо того, чтобы портиться как молоко. Они вновь получат, если захотят, отличное здоровье и будут жить долгое, долгое время.
В то время, с его репликаторами и дешевыми космическими полетами, люди будут иметь и долгую жизнь и достаточно места и ресурсов, чтобы ими наслаждаться. Вопрос, который так и вертится на языке: "Когда?... Какое поколение будет последним, которое будет стареть и умирать, а какое будет первым, которое пробьется в новую жизнь?" Многие люди сейчас разделяют спокойную надежду, что старение однажды будет побеждено. Но обречены ли те, которые живут сейчас, из-за несчастья родиться преждевременно? Ответ окажется и очевидным и удивительным.
Очевидный путь к долгой жизни включает жить достаточно долго, чтобы омолодиться с помощью машин ремонта клеток. Успехи в биохимии и молекулярной технологии продлят жизнь, и за выигранное время они продлят ее еще больше. Для начала мы будем использовать препараты, диеты и упражнения, чтобы продлить здоровую жизнь. В течение нескольких десятилетий успехи в нанотехнологии вероятно принесут первые машины ремонта, а с помощью автоматизированного инжиниринга, за первыми машинами могут быстро последовать продвинутые. Даты все же остаются в области предположений, но предположение послужит лучше, чем просто вопросительный знак.
Представьте кого-то, кому сейчас тридцать лет. За следующие тридцать лет биотехнология очень сильно продвинется, однако этому тридцатилетнему будет всего шестьдесят. Статистические таблицы, которые не предполагают никаких успехов в медицине, говорят, что тридцатилетний житель США может сейчас ожидать прожить почти еще пятьдесят лет, т.е. вплоть до 2030-х годов. Довольно обычные успехи (вроде тех, что продемонстрированы на животных) вероятно добавят годы, возможно, десятилетия, к жизни до 2030-ых годов. Самое начало технологии ремонта клеток могло бы продлить жизнь на несколько десятилетий. Короче говоря, медицина 2010, 2020 и 2030-ых по-видимому продлит жизнь наших тридцатилетних до 2040-х и 2050-х годов. К тому времени, если не раньше, продвижения в медицине могут позволить настоящее омоложение. Таким образом, те, кому под тридцать (и, возможно, те, кто существенно старше) могут ожидать, по крайней мере предварительно, что медицина перехватит процесс их старения и переправит их целыми и невредимыми в эру восстановления клеток, энергичности и неограниченной продолжительности жизни.
Если бы это было все, то разделение между последними на пути к ранней смерти и первыми на дороге к долгой жизни было бы возможно самой существенной брешью между поколениями. Что более важно, гнетущая неопределенность о своей собственной судьбе дала бы повод затолкнуть все эти материи в темницу подсознания расстраивающих размышлений.
Но действительно ли мы находимся в такой ситуации? По-видимому, существует другой путь сохранить жизни, путь, основанный на машинах ремонта клеток, уже применяемых сегодня. Как описывалось в предыдущей главе, машины ремонта будут способны излечивать ткани настолько, насколько существенная структура сохранена. Способность тканей обеспечивать обмен веществ и восстанавливать себя становится неважной; обсуждение биостаза это иллюстрирует. Биостаз, как описано, будет использовать молекулярные устройства, чтобы остановить функцию и сохранить структуру, привязывая молекулярные машинами клетки перекрестными связями одну к другой. Наномашины обратят биостаз, восстанавливая молекулярные повреждения, удаляя перекрестные связи и помогая клеткам (а значит и тканям, органам и целому организму) возвращаться в нормальное состояние.
Достижение эры продвинутых машин ремонта клеток кажется ключом к долгой жизни и здоровью, поскольку большинство физических проблем будет излечиваемо. Можно было бы ухитриться прибыть в ту эру, сохраняя себя живым и активным в течение всех лет между сегодняшним днем и тем моментом в будущем, но это просто более очевидный путь, путь, который требует минимум предвидения. Пациенты сегодня часто страдают от остановки сердечной деятельности, в то время как мозговые структуры, которые воплощают память и личность, сохраняются невредимыми. В таких случаях, не могла бы сегодняшняя медицинская технология остановить биологические процессы так, чтобы завтрашняя медицинская технология была способна все вернуть назад? Если так, то большинство смертей сейчас диагностируется преждевременно, и без на то необходимости.
Глава 9. Дверь в будущее
Лондон, апрель 1773 года.
Жаку Дюбургу.
Ваши наблюдения о причинах смерти и эксперименты, которые Вы предложили для возвращения к жизни тех, кто кажется убитым молнией, демонстрирует и Вашу проницательность и Вашу гуманность. Представляется, что сама доктрина о жизни и смерти в целом пока понимается лишь очень слабо...
Я хотел бы, чтобы было возможно... изобрести метод бальзамирования утонувших людей, таким образом, что они могли бы быть возвращены к жизни в любой момент, сколь угодно отдаленный; из-за огромного желания видеть и наблюдать государство Америки сто лет спустя, я бы предпочел обычной смерти быть погруженным с несколькими друзьями в бочку Мадеры до тех пор, и тогда быть возращенным к жизни солнечным теплом моей дорого страны! Но... по всей вероятности, мы живем в век слишком слабо продвинутый, и слишком близкий к детству науки, чтобы видеть такое умение доведенное в наше время до совершенства...
Я... и т.д.
Б.Франклин.
Бенжамин Франклин хотел процедуру, чтобы остановить и запустить метаболизм, но в то время ничего подобного не было известно. Живем ли мы в век, продвинутый достаточно, чтобы сделать биостаз доступным, чтобы открыть будущее здоровья для пациентов, которые в ином случае не имели бы другого выбора, кроме разложения после того, как выйдет их срок?
Мы можем останавливать метаболизм многими способами, но биостаз, чтобы им можно было пользоваться, должен быть обратимым. Это ведет к любопытной ситуации. Можем ли мы поместить пациентов в биостаз используя имеющиеся технологии, зависит целиком от того, будут ли будущие технологии в состоянии обратить процесс. Процедура имеет две части, из которых нам нужно овладеть лишь одной.
Если биостаз может сохранять пациента неизменно в течение лет, то те самые будущие технологии будут включать сложные машины ремонта клеток. Следовательно, мы должны оценивать успех существующей процедуры биостаза в свете максимальных способностей медицины будущего. До того, как машины ремонта клеток станут ближайшей перспективой, эти способности, и таким образом требования для успешного биостаза, останутся в большой степени неопределенными. Сейчас, основные требования кажутся достаточно очевидными.
Требования к биостазу
Молекулярные машины могут строить клетки с нуля, как это показывают делящиеся клетки. Он также могут строить органы и системы органов с нуля, как это показывает развивающийся эмбрион. Врачи будут способны использовать технологию ремонта клеток, чтобы направлять рост органов из клеток самого пациента. Это дает современным врачам большую свободу в процедурах биостаза: даже если они были вынуждены повредить или уничтожить большинство органов пациента, они тем не менее не нанесли необратимого ущерба. Будущие коллеги, вооруженные лучшими инструментами, будут способны восстанавливать или заменять эти органы. Большинство людей было бы радо иметь новое сердце, свежие почки и более молодую кожу.
Но мозг - другое дело. Врачи, которые допустят разрушение мозга пациента, допустят разрушение пациента как личности, что бы не происходило с остальным телом. Мозг содержит структуры память, личности, Я.
Пациенты после инсульта теряют только часть своего мозга, однако страдают проблемами от частичной слепоты до паралича и потери способности говорить, снижения интеллекта, изменения личности, и хуже. Эффекты зависят от места повреждения. Это говорит о том, что полное разрушение мозга вызовет полную слепоту, паралич, неспособность говорить и безумие, вне зависимости от того, продолжает ли дышать тело или нет.
Как писал Вольтер, "Чтобы подняться вновь, чтобы быть тем же человеком, каким вы были, вы должны сохранить свою память идеально свежей и актуальной; потому что память создает вашу самоидентичность. Если ваша память потеряна, как вы можете быть тем же человеком?" Анестезия прерывает сознание, но не разрушает структуры мозга, и процедура биостаза должна делать нечто подобное, на более длительное время. Отсюда возникает вопрос о природе физических структур, которые лежат в основание памяти и личности.
Нейробиология, и информированный здравый смысл, сходятся в базовой сущности памяти. По мере того как мы формируем воспоминания и развиваемся как индивидуальности, наш мозг изменяется. Эти изменения воздействуют на функцию мозга, изменяя рисунок его деятельности: когда мы вспоминаем, наш мозг что-то делает; когда мы действуем, думаем или чувствуем, наш мозг что-то делает. Мозг работает посредством молекулярных машин. Серьезные изменения в мозговой функции предполагают серьезные изменения в его молекулярных механизмах - в отличии от памяти компьютера, мозг не сделан так, чтобы мгновенно очищаться и заново заполняться. Личность и долговременная память долговечны.
По всему телу долговременные изменения в функции включают долговременные изменения в молекулярных механизмах. Когда мускулы становятся сильнее и быстрее, их белки изменяются в количестве и распределении. Когда печень приспосабливается иметь дело с алкоголем, ее белковое содержание также изменяется. Когда иммунная система научается распознавать новый вид вируса гриппа, белковое содержание снова изменяется. Поскольку машины, основанные на белках в реальности выполняют работу движения мускулов, расщепления токсинов и распознавания вирусов, этой связи можно было ожидать.
В мозгу белки формируют нервные клетки, обсыпают их поверхности, связывают одну клетку с соседней, контролируют поток ионов и каждый нейронный импульс, продуцируют сигнальные молекулы, которые нервные клетки используют, чтобы передавать сигналы по синапсам, и многое, многое другое. Когда принтер печатает слово, он выкладывает на бумагу структуры из чернил; когда нервные клетки изменяют свое поведение, они изменяют свои структуры белков. Печать также оставляет в бумаге некоторые вмятины, и нервные клетки меняют не только свои протеины, однако сказать о чернилах на бумаге и белках в мозгу достаточно, чтобы понять принцип. Происходящие изменения далеко не неуловимые. Исследовании сообщают, что долговременные изменения в поведении нервных клеток включают "поразительные структурные изменения" в синапсах: они заметно изменяются в размере и структуре.
По-видимому, долговременная память - это не что-то очень тонкое, готовое испариться из мозга при малейшем случае. Память и личность - прочно внедренное в то, каким образом срастаются мозговые клетки, в структуры, формирующиеся за годы опыта. Память и личность не более материальны, чем буквы в романе, однако, подобном им, они воплощены в материю. Память и личность не уносятся прочь при последнем вздохе, как только пациент умирает. На самом деле многие пациенты возвращаются из так называемой "клинической смерти", даже без помощи машин ремонта клеток. Структуры разума разрушаются только когда и если следящие за пациентом врачи позволяют мозгу пациента подвергнуться разложению. Это опять дает врачам ощутимую свободу в процедурах биостаза: обычно им не требуется останавливать метаболизм до тех пор, пока жизненно важные функции не остановились.
По-видимому, сохранение клеточных структур и структуры белков мозга также сохранит структуру разума и Я. Биологи уже знают как сохранить ткань вот так хорошо. Воскрешающая технология должна дождаться машин ремонта клеток, но технология биостаза кажется уже в большой степени у нас в руках.
Методы биостаза
Мысль, что мы уже располагаем технологиями биостаза может казаться удивительной, поскольку значительные новые возможности редко возникают за одну ночь. В действительности технологии не новы - ново только понимание их обратимости. Биологи разработали два основных подхода по другим причинам.
На протяжении десятилетий биологи использовали электронные микроскопы, чтобы изучать структуру клеток и тканей. Чтобы подготовить образец, они использовали химический процесс, называемый фиксацией, чтобы удерживать молекулярные структуры в фиксированном состоянии. Широко распространенный метод использует молекулы глютаральдегида, гибкие цепочки из пяти атомов углерода с активной группой атомов водорода и кислорода с каждого конца. Биологи фиксируют ткань, прокачивая раствор глютаральдегида через кровяные русла, что позволяет молекулам глютаральдегида проникнуть в клетки. Молекула беспорядочно движется внутри клетки, пока одним концом не вступит в контакт с белком (или другой активной молекулой) и не свяжется с ним. После этого другой конец продолжает болтаться свободным до тех пор, пока также не вступит в контакт с чем-то способным активно вступать в реакции. Обычно это приковывает белковые молекулы к соседним молекулам.
Эти перекрестные связи удерживают молекулярные структуры и машины на одном месте; потом могут быть добавлены и другие химические вещества, чтобы добиться более всеобъемлющей или прочной фиксации. Электронная микроскопия показывает, что такая процедура фиксации предохраняет клетки и структуры такими, какими они были, включая клетки и структуры мозга.
Первый шаг к гипотетической процедуре биостаза, которую я описал в главе 7, включает простые молекулярные устройства, способные входить в клетки, блокировать их молекулярные машины и структуры с помощью установления перекрестных связей. Молекулы глютаральдегида подходят под это описание довольно хорошо. Следующий шаг в этой процедуре включает другие молекулярные устройства, способные замещать воду и плотно упаковывать себя вокруг молекул клетки. Это также соответствует известному процессу.
Химические вещества, такие как пропилен гликоль, этилен гликоль и диметил сульфоксид могут проникать в клетки, замещая большую часть воды в них, при этом причиняя минимальный вред. Они известны как "криопротекторы", потому что они защищают клетки от повреждения при низких температурах. Если они заместят достаточно воды в клетке, то охлаждение не будет означать замерзание, оно просто заставляет раствор протектора стать все более и более густым, переходя от жидкого состояния, которое по консистенции напоминает сироп, к такому, которое напоминает горячую смолу, к такому, которое напоминает холодную смолу, и наконец, к такому, которое также плохо течет, как стекло. В действительности, в соответствии с научным определением термина раствор протектора и квалифицируется как стекло; процесс затвердевания без замораживания называется витрификацией. Эмбрионы мыши, витрифицированные и сохраненные в жидком азоте, выросли в здоровых мышей.
Процесс витрификации упаковывает стекловидные протекторы плотно вокруг молекул каждой клетки; таким образом витрификация подходит под определение, которое я дал второй фазе биостаза.
Фиксация и витрификация вместе представляются достаточными, чтобы гарантировать долгосрочный биостаз. Чтобы обратить эту форму биостаза, машины ремонта клеток будут перепрограммированы, чтобы удалить стекловидные протекторы и глютаральдегидные перекрестные связи и далее починить и заместить молекулы, таким образом возвращая клетки, ткани и органы в рабочее состояние.
Фиксация с помощью витрификации - не первая процедура биостаза. В 1962 году Роберт Эттинджер, профессор физики из мичиганского колледжа Хайланд Парк, опубликовал книгу, предлагающую мысль, что будущие успехи в криобиологии могли бы привести к методам легкообратимого замораживания пациентов-людей. Далее он высказал мысль, что врачи, используя будущую технологию, могли бы быть способны восстанавливать и оживлять пациентов, замороженных по имеющимся методам сразу после исчезновения признаков жизни. Он отметил, что при температуре жидкого азота пациент может сохраняться на протяжении веков, если будет в том необходимость, очень мало при этом изменяясь. Например, он предложил мысль, что медицинская наука однажды будет иметь невероятные машины, способные восстанавливать замороженные ткани по одной молекуле. Его книга положила начало крионическому движению.
Крионисты сосредоточили внимание на замораживании потому что многие человеческие клетки самопроизвольно оживают после аккуратного замораживания и оттаивания. Это просто широко распространенный миф, что замораживание разрывает клетки; в действительности замораживание повреждает клетки более тонким образом - настолько тонким, что часто это не причиняет никакого долговременного вреда. Из замороженной спермы регулярно получаются здоровые дети. Некоторые ныне живущие люди выжили, будучи замороженными до твердого состояния при температуре жидкого азота - когда они были ранними эмбрионами. Криобиологи активно исследуют способы замораживать и оттаивать жизненно важные органы, чтобы дать возможность хирургам сохранять их для дальнейшей имплантации.
Перспектива будущих технологий клеточного ремонта стала постоянной темой в среде крионистов. Однако они по естественным причинам концентрируются на процедурах, которые сохраняют клеточную функцию. Криобиологи сохраняют жизнеспособные человеческие клетки замороженными на протяжении лет.
Исследователи улучшили свои результаты, экспериментируя со смесями криопротекторных химических веществ и тщательно управляемыми скоростями охлаждения и нагревания. Сложности криобиологии дают богатые возможности для дальнейшего экспериментирования. Это сочетание ощутимого, дразнящего успеха и многообещающей цели для дальнейших исследований сделало поиски обратимого процесса замораживания насущной и привлекательной целью для крионистов. успех в замораживании и оживлении взрослого животного был бы непосредственно очевидным и убедительным.
Что более важно, даже частичное сохранение функции ткани говорит о прекрасном сохранении структуры ткани. Клетки, которые выживают (или почти выживают) даже без особой помощи, будут нуждаться в малом количестве ремонта.
Однако осторожный, консервативный акцент в крионических кругах на сохранение функции ткани вызвал путаницу в общественном сознании. Экспериментаторы заморозили целых взрослых животных и разморозили их, не ожидая помощи машин ремонта клетки. На поверхности результаты оказались обескураживающими: животные не оживали. Для общества и медицинских кругов, которые ничего не знают о перспективах ремонта клеток, это заставило биостаз замораживанием выглядеть бесполезным.
А после предложения Эттинджера, несколько криобиологов решило сделать заявление о будущем медицинской технологии, впрочем мало кем поддержанное. Как утверждал Роберт Прегода в книге в 1967 году: "Почти все эксперты по сниженному метаболизму... считают, что повреждение клеток, вызываемое существующими методами замораживания, никогда не могут быть исправлены." Конечно, это были не те эксперты, которых надо было спрашивать. Вопрос требует экспертов по молекулярной технологии и машинам ремонта клеток. Эти криобиологи, должно быть, сказали только, что исправление повреждений от замораживания очевидно потребует ремонта на молекулярном уровне, а сами они никогда не изучали этот вопрос. Однако же, они непреднамеренно направили общественное мнение по жизненно важному медицинскому вопросу в ложном направлении. Их утверждения отбили охоту использовать дееспособные методы биостаза.
Клетки состоят по большей части из воды. При достаточно низких температурах молекулы воды соединяются и образуют слабую, но твердую структуру из перекрестных связей. Поскольку это предохраняет нейронные структуры, а значит, и структуры разума и памяти, Роберт Эттинджер очевидно определил дееспособный подход к биостазу. По мере того, как молекулярная технология продвигается вперед, и люди все больше становятся знакомы с ее последствиями, обратимость биостаза (будь то основанном на замораживании, фиксации и витрификации, или на других методах) станет все более очевидной для все большего числа людей.
Обратимость биостаза
Представьте, что пациент умер из-за сердечного приступа. Врачи пытаются вернуть его к жизни, но терпят неудачу и теряют надежду восстановить жизненно важные функции. В этой точке, однако, тело и мозг пациента всего лишь перестали функционировать, но большинство клеток и тканей в действительности все еще живы и в них происходит обмен веществ. Сделав приготовления заранее, пациент вскоре помещается в биостаз, чтобы предотвратить необратимое разложение и подождать до лучших дней.
Проходят годы. Пациент очень мало изменился, но технология ушла далеко вперед. Биохимики научились конструировать белки. Инженеры используют белковые машины, чтобы строить ассемблеры, а далее используют ассемблеры, чтобы широкомасштабную нанотехнологию. Благодаря новым приборам биологическое знание стремительно растет. Биохимические инженеры используют новое знание, автоматический инжиниринг и ассемблеры, чтобы разрабатывать машины ремонта клеток все более высокой сложности. Они учатся останавливать и обращать вспять старение. Врачи используют технологию ремонта клеток, чтобы возвращать пациентов из биостаза - в первую очередь тех, кто был помещен в биостаз с использованием наиболее совершенных методов, потом тех, кто был помещен в биостаз с использованием более ранних и грубых методик. Наконец, после успешного возвращения к жизни животных, введенных в биостаз с использованием старых методов 1980-х годов, врачи обратятся к нашему пациенту, пострадавшему от сердечного приступа.
На первой стадии подготовки, пациент лежит в резервуаре с жидким азотом, окруженный оборудованием. Стеклообразный протектор все еще прочно связывает молекулярные машины каждой клетки. Этот протектор должен быть удален, но простое нагревание могло бы преждевременно позволить некоторым клеточным структурам начать двигаться.
Хирургические устройства, разработанные для использования при низких температурах проходят через жидкий азот к грудной клетке пациента. Там они удаляют твердые сгустки ткани, чтобы получить доступ к основным артериям и венам. Армия наномашин, приспособленных для удаления протекторов проходят через эти отверстия, в первую очередь очищая главные кровеносные сосуды, а потом и капилляры. Это открывает пути к нормально действующим тканям по всему телу пациента. Хирургические машины большего размера далее присоединяют трубки к грудной клетки и прокачивают жидкость через систему циркуляции. Жидкость вымывает первые машины для удаления протектора (позже, она поставляет материал для машин ремонта и отводит отработанное тепло).
Теперь машины накачивают молочную жидкость, содержащую триллионы устройств, которые входят в клетки и удаляют стеклообразный протектор, молекулу за молекулой. Они заменяют их временным молекулярным каркасом, оставляющим достаточно места для работы машин ремонта. По мере того, как эти машины для удаления протектора раскрывают органические молекулы, включая структурные и механические компоненты клеток, они привязывают их к каркасу временными перекрестными связями. (Если для этого пациента применялись также вещества, устанавливающие перекрестные связи, эти связи теперь удалятся и будут замещены временными связями.) Когда молекулы нужно переместить в сторону, машины помечают их, чтобы правильно потом заместить. Подобно другим продвинутым машинам ремонта клеток, эти устройства работают под управлением тут же находящихся нанокомпьютеров.
Когда они заканчивают, низкотемпературные машины удаляются. На протяжении серии постепенных изменений в составе и температуре, водяной раствор замещает прежний криогенную жидкость и пациент нагревается вплоть до температур выше нуля. Машины ремонта клеток закачиваются через кровеносные сосуды и входят в клетки. Ремонт начался.
Маленькие устройства исследуют молекулы и сообщают их структуры и положения большему компьютеру, находящемуся в клетке. Компьютер идентифицирует молекулы, и дает команды о необходимом молекулярном ремонте, и идентифицирует клеточные структуры по расположению молекул. Там, где повреждение изменило структуры в клетке, компьютер дает команды устройствам ремонта привести молекулы в правильное расположение, используя временные перекрестные связи, где это необходимо. Тем временем артерии пациента прочищаются, а сердечная мышца, поврежденная много лет назад, восстанавливается.
Наконец, молекулярные машины клетки приведены в рабочее состояние и ремонт более грубый исправил поврежденные структуры расположения клеток, чтобы восстановить ткани и органы и здоровое состояние. Каркас теперь из клеток удаляется, вместе с большей частью временных перекрестных связей и многими машин ремонта. Однако пока еще большая часть всех активных молекул клеток сохраняются заблокированными, чтобы предотвратить преждевременную несбалансированную деятельность.
Вне тела система ремонта вырастила свежую кровь из собственных клеток пациента. Теперь она переливает эту кровь, чтобы заполнить систему кровообращения и действует как временное искусственное сердце. Остающиеся устройства в каждой клетке теперь регулируют концентрацию соли, сахара, аденинтрифосфорной кислоты и других малых молекул, большей частью выборочно разблокируя собственные наномашины клеток. При дальнейшем разблокировании обмен веществ шаг за шагом восстанавливается; наконец сердечная мышца окончательно освобождается и готова начать сокращаться. Сердцебиение восстанавливается и пациент выходит из состояния анестезии. Пока ухаживающие за ним врачи проверяют, что все идет нормально, системы ремонта заделывают отверстия в грудной клетке, соединяя ткань с тканью без нити и иглы. Остающиеся устройства в клетках разбирают друг друга на безопасные продукты обмена веществ или питательные молекулы. По мере того, как пациент переходит к обычному сну, в комнату входят некоторые посетители, как уже давно собирались.
Наконец, спящий пробуждается, освеженный светом нового дня, и видит своих старых друзей.
Разум, тело и душа
Однако до того как рассмотреть возращение к жизни, некоторые могут спросить, что станет с душой человека в биостазе. Некоторые люди ответили бы, что душа и разум - разные аспекты одного и того же, структуры, воплощенной в веществе мозга, активной во время активной жизни и находящейся в состоянии покоя в биостазе. Предположим, однако, что структуры разума, памяти и личности покидают тело в момент смерти, уносимые некоторой тонкой субстанцией. Тогда возможности представляются достаточно очевидными. Смерть в этом случае имеет значение иное, чем необратимое повреждение мозга, определяемая вместо этого как необратимый уход души. Это сделало бы биостаз бесполезным, но безвредным действием - в конце концов религиозные лидеры не выражали никакой озабоченности по поводу того, что простое сохранение тела может как-то закрепостить душу. С этой точки зрения возвращение к жизни, чтобы быть успешным, предположительно потребовало бы участие души. В действительности акт помещения пациентов в биостаз сопровождался и католической, и иудейской церемониями.
С биостазом или без него, ремонт клеток не может дать бессмертия. Физическая смерть, однако сильно отсроченная, будет продолжать быть неизбежной по причинам, имеющим корни в самой природе вселенной. Таким образом биостаз, за которым следует ремонт клеток, по-видимому не рождает никакой фундаментальной теологии. Он напоминает глубокую анестезию, за которой следует хирургия, имеющая целью спасение жизни: обе процедуры прерывают сознание, чтобы продлить жизнь. Говорить о "бессмертии" тогда, когда перспектива лишь - долгая жизнь, значило бы игнорировать факты или неправильно употреблять слова.
Ответы и аргументы
Перспектива биостаза кажется специально сделанной, чтобы вызвать будущий шок. Большинство людей уже находят сегодняшние ускоряющиеся изменения достаточно шокирующими, тогда как они происходят еще по капле. Но возможность биостаза - это сегодняшнее последствие целой серии будущих прорывов. Эта перспектива естественно расстраивает трудные психологические приспособительные реакции, которые вырабатывают люди, сталкиваясь с ухудшением физического состояния.
Пока что я строил доказательство клеточного ремонта и биостаза на обсуждении фактов биологии и химии, с которыми все согласны. Но что думают профессиональные биологи по этим базовым вопросам? В частности, верят ли они 1) что машины ремонта будут способны исправлять тот род повреждения перекрестных связей, который вызывается фиксацией, и 2) что память действительно воплощена в сохраняемой форме?
После обсуждения молекулярных машин и их способностей, не затрагивая медицинские применения, доктор Джин Браун, профессор биохимии и председатель департамента биологии Массачусетского технологического института, дал разрешения процитировать его заявление, что: "При достаточном времени и усилиях, чтобы разработать искусственные молекулярные машины и провести детальное исследование молекулярной биологии клетки, должны возникнуть очень широкие возможности. Среди них могли бы быть способность отделять белки (или другие органические молекулы) из структур с перекрестными связями, идентифицировать их, починять и заменять." Это заявление относится к значительной части проблемы ремонта клеток. Оно постоянно подтверждается определенной частью биохимиков и молекулярных биологов в MIT и Гарварде после аналогичных обсуждений.
После обсуждения мозга и физической природы памяти и личности - опять же, обсуждения, не затрагивающего медицинского применения - доктор Валь Наута (профессор нейроанатомии в MIT) дал разрешение процитировать его высказывание: "Основываясь на нашем имеющемся знании молекулярной биологии нейронов, я думаю, большинство согласилось бы, что изменения, производимые во время образования долговременной памяти отражаются в соответствующих изменениях в числе и распределении различных белковых молекул в нейронах мозга." Также как утверждение доктора Брауна, это заявление относится к ключевому моменту относительно работоспособности биостаза. Оно также неизменно поддерживалось другими экспертами при обсуждении в контексте, изолирующем экспертов от эмоционального предубеждения, который мог возникнуть из медицинского подтекста утверждения. Далее, поскольку эти моменты прямо относятся к их специальностям, доктор Браун и доктор Наута были подходящими экспертами, чтобы об этом спрашивать.
Кажется, что человеческое стремление жить расположит многие миллионы людей к использованию биостаза (как последнего средства), если они будут его рассматривать как работающий. По мере того, как молекулярная технология продвигается вперед, понимание клеточного ремонта будет распространяться через массовую культуру. Мнение экспертов будет все больше поддерживать эту идею. Биостаз станет все более распространенным, и его стоимость упадет. Представляется вероятным, что многие люди в конце концов будут рассматривать биостаз как норму, как стандартное мероприятие по спасению жизни для умирающих пациентов.
Но до тех пор как машины ремонта клетки будут продемонстрированы, тенденция, присущая очень многим людям, игнорировать то, что мы не видели, будет замедлять принятие биостаза. Миллионы несомненно пройдут от момента смерти до необратимого разложения только из-за привычки и традиции, поддерживаемых слабыми аргументами. Важность ясного предвидения в этом вопросе делает важным рассмотреть возможные аргументы перед тем, как оставить тему продления жизни и перейти к другим вопросам. Почему, стало быть, биостаз не кажется естественной, очевидной идеей?
Потому что по факту у нас еще нет машин ремонта клеток.
Может казаться странным спасать человека от разложения в ожидании восстановления здоровья, так как технология восстановления пока не существует. Но намного ли это более странно, чем сберегать деньги, чтобы дать возможность ребенку учиться в колледже? В конце концов студент колледжа по еще тоже не существует. Сбережение денег имеет смысл, потому что ребенок вырастет и созреет для колледжа; сохранение человека имеет смысл, потому что созреет молекулярная технология.
Мы ожидаем, что ребенок созреет для колледжа, потому что мы видели многих детей, которые выросли и созрели; мы можем ожидать, что эта технология созреет, потому что мы видели много технологий, которые созрели. Да, некоторые дети страдают от врожденных недостатков, также как и некоторые технологии. Но эксперты в этих вопросах могут оценить потенциал детей и технологий еще когда они молоды.
Микроэлектронная технология началась с нескольких пятнышек и соединений на кусочке кремня, но выросла в компьютеры и микросхемы. Физики, такие как Ричард Фейнман отчасти видел, как далеко она пойдет.
Технология ракет на жидком топливе началась с грубых ракет, запущенных с Массачусетского космодрома, но выросла в корабль для полета на Луну и космические челноки. Роберт Годдарт отчасти видел, как далеко она пойдет.
Молекулярное конструирование началось с обычной химии и молекулярных машин, заимствованных из клеток, оно тоже вырастет в нечто грандиозное. Также оно будет иметь заметные последствия.
Потому что в крошечных машинках нет ничего грандиозного.
Мы имеем склонность ожидать грандиозных результатов от грандиозных причин, но мир часто отказывается с нами сотрудничать. Природа отпускает и триумф, и бедствие в серой оберточной бумаге.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: некоторые электрические переключатели могут включать и выключать друг друга. Эти переключатели можно сделать очень маленькими и потребляющими мало электричества.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: если их соединить правильно, эти переключатели образуют компьютеры, машины информационной революции.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: эфир - не слишком ядовит, однако временно вмешивается в деятельность мозга.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: конец мучений хирургии над пациентами в сознании, открытие новой эры в медицине.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: плесень и бактерии конкурируют за пищу, поэтому некоторые плесени научились выделять яды, которые убивают бактерии.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: пенициллин, победа над многими бактериальными заболеваниями, и спасение миллионов жизней.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: молекулярные машины могут использоваться, чтобы манипулировать молекулами и строить механические переключатели молекулярного размера.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: управляемые компьютером машины ремонта клеток, приносящие излечение практически от всех болезней.
СКУЧНЫЙ ФАКТ: память и личность заключены в сохраняемых мозговых структурах.
ГРАНДИОЗНОЕ СЛЕДСТВИЕ: сегодняшними методами можно предотвратить разложение, позволяя существующему поколению воспользоваться преимуществами завтрашних машин ремонта клеток.
В действительности молекулярные машины даже не столь скучны. Поскольку ткань состоит из атомов, следует ожидать технологию, способную манипулировать и переупорядочивать атомы, из чего выйдут впечатляющие медицинские последствия.
Потому что это выглядит слишком невероятным.
Мы живем в век невероятного.
В статье, которая называется "Идея прогресса" по астронавтике и аэронавтике, аэрокосмический инженер Роберт Т. Джоунс писал: "В 1910 году, в год, когда я родился, мой отец был обвинителем в суде. Он путешествовал по всем грязным дорогам округа Макон в повозке, которую тянула одна лошадь. В прошлом году я совершил беспосадочный перелет из Лондона в Сан-Франциско через регион полюса, толкаемый вперед двигателями мощностью в 50 000 лошадиных сил." Во времена его отца, такой самолет граничил с научной фантастикой, слишком невероятной, чтобы ее принимать во внимание.
В статье, озаглавленной "Основы медицинских исследований: долгосрочные инвестиции" в технологическом обозрении MIT доктор Льюис Томас писал: "Сорок лет назад, как раз перед тем, как медицинская профессия подверглась трансформации из искусства в науку и технологию, принималось как само собой разумеющееся, что медицина, которой нас учили, была в точности та же медицина, которая будет с нами большую часть нашей жизни. Если кто-то пытался нам сказать, что способность контролировать бактериальную инфекцию буквально за углом, что хирургия на открытом сердце и трансплантация почек могли бы быть возможны в пределах пары десятков лет, что некоторые виды рака будут излечиваться химиотерапией, и что мы вскоре окажемся близи всеобъемлющего биохимического объяснения генетики и генетически предопределяемых заболеваний, мы бы ни капли в это не поверили. У нас не было причин верить, что медицина когда-нибудь изменится... О чем говорит это воспоминание - что нам следует держать наш разум широко открытым в будущее."
Потому что это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой.
Новости о том, что есть способ избежать фатальности большинства смертельных болезней может действительно звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой, однако это только малая часть более сбалансированной истории. В действительности опасность молекулярной технологии примерно уравновешивает ее положительный потенциал. В части 3 я очерчу причины считать нанотехнологию более опасной, чем ядерное оружие.
Хотя по сути, природа нисколько не заботится о том, что мы считаем хорошим или плохим и о нашем чувстве баланса. В частности природа не ненавидит род людской в достаточной степени, чтобы встать против нас на баррикады. Древние страхи уже исчезли.
Много лет назад хирурги пытались быстро ампутировать ноги. Роберт Лстон из Эдинбурга, Шотландия, однажды отпилил бедро пациента за рекордное время - тридцать три секунды, по пути отхватив три пальца своего ассистента. Хирурги работали быстро, чтобы сократить агонию своих пациентов, потому что их пациенты оставались в сознании.
Если смертельно опасное заболевание без биостаза - это сегодня ночной кошмар, подумайте о хирургии без анестезии в дни наших предков: нож, врезающихся в плоть, потоки крови, пила, скрежещущая о кость пациента в сознании... Однако в октябре 1846-го года В.Т.Г. Мортон и Дж. Ц. Варрен удалили опухоль пациента под анестезией; Артур Слатер утверждает, что их успех "был просто осыпан приветствиями, как величайшее открытие века." С помощью простых методов, основанных на известном химическом веществе, ходячий ночной кошмар ножа и пилы наконец закончился.
Когда покончили с агонией, хирургия стала применяться шире, вместе с хирургическим заражением и ужасом ставших обычным делом смертей от гниющей плоти в теле. Однако в 1867 году Джозеф Листер опубликовал результаты своих экспериментов с фенолом, закладывая принципы антисептической хирургии. С помощью простых приемов, основанных на известном химическом веществе, ужас гниения заживо резко сократился.
Потом последовали сульфопрепараты и пенициллин, которые одним ударом положили конец многим смертельно опасным болезням... список продолжается.
Впечатляющие прорывы в медицине прежде происходили, иногда благодаря новому использованию известных химических веществ, как в случае анестезии и антисептической хирургии. Хотя эти успехи могут казаться слишком хороши, чтобы быть правдой, они тем не менее оказались правдой. Спасение жизней использованием химических веществ и процедур, приводящих в биостаз, аналогичным образом могут быть правдой.
Потому что врачи сегодня биостаз не используют.
Роберт Эттинджер предложил метод биостаза в 1962 году. Он утверждал, что профессор Джин Ростанд предлагал тот же самый подход годами раньше, и предсказывал его возможное использование в медицине. Почему биостаз при помощи замораживания не стал популярным? Отчасти из-за его начальной дороговизны, отчасти из-за человеческой инертности, а отчасти из-за того, что средства ремонта клеток оставались неясными. Однако консерватизм, присущий медицинской профессии также сыграл роль. Обратимся снова к истории анестезии.
В 1846 году Мортон и Варрен поразили мир "открытием века", анестезией с помощью эфира. Однако на два года раньше, Хорас Веллз использовал анестезию азотистым оксидом, а еще два года до того Скрауфорд В. Лонг выполнил операцию, используя эфир. В 1824 году Генри Хикман успешно подвергал анестезии животных с помощью обычного углекислого газа; позже он потратил годы, убеждая хирургов в Англии и Франции протестировать азотистый оксид в качестве анестетика. В 1799 году, целых сорок семь лет до великого "открытия" и много лет до того, как ассистент Листона потерял свои пальцы, сэр Хьюмфри Дейви писал: "Поскольку азотистый оксид в своем широком действии способен уничтожать физическую боль, возможно, он может использоваться во время хирургических операций."
Однако в 1839 году победа над болью для многих врачей все еще казалось недостижимой мечтой. Доктор Альфред Вельпо утверждал: "Устранение боли в хирургии - химера. Сегодня абсурдно продолжать пытаться его достичь. "Нож" и "боль" - два слова в хирургии, которые должны навсегда ассоциироваться друг с другом в сознании пациента. Мы будем должны привыкнуть к этой вынужденному сочетанию."
Многие боялись боли хирургии больше, чем самой смерти. Возможно, пришло время пробудиться от последнего ночного кошмара медицины.
Потому что не доказано, что это работает.
Это правда, что ни один эксперимент сейчас не может продемонстрировать реанимацию пациента из биостаза. Но требовать такой демонстрации значило бы иметь скрытое предположение, что современная медицина уже приблизилась к последним пределам возможного, что ее никогда не обойдут достижения будущего. Такое требование звучало бы как осторожное и разумное, но в действительности оно попахивает огромным невежеством.
К сожалению демонстрация - это как раз то, что врачей учили требовать, и на то были хорошие причины: они желают избежать бесполезных процедур, которые могут нанести вред. Возможно, этого будет достаточно, что пренебрежение биостазом ведет к очевидному и необратимому вреду.
Время, издержки и действия людей
Решат ли люди использовать биостаз, будет зависеть от того, считают ли они его шансы на успех стоящими. Эта игра включает ценность жизни (что является личным делом), стоимостью биостаза (которая кажется разумной по меркам современной медицины), шансами, что технология будет работать (они представляются отличными), и шансами, что человечество выживет, разовьет технологию и оживит людей. Этот последний момент заключает в себе самую большую часть неопределенности.
Предположим, что люди и свободные общества действительно выживут. (Никто не может высчитать шансы этого, но предположим, что неудача отбила бы само желание прикладывать усилия, чтобы способствовать успеху.) Если так, то технология будет продолжать продвигаться вперед. Разработка ассемблеров займет годы. Изучить клетки и научиться восстанавливать ткани пациентов из биостаза займет еще больше времени. На вскидку, разработка систем ремонта и приспособление их к реанимации займет от тридцати до сорока лет, хотя успехи в автоматическом инжиниринге могут ускорить процесс.
Однако, по-видимому, требуемое время не имеет значения. Многие оживляемые пациенты будут больше заботиться об условиях жизни, включая, будут ли вокруг них их друзья и семьи - тогда для них будет иметь значение дата на календаре. С изобильными ресурсами, физические условия жизни могли бы быть на самом деле очень хорошими. Присутствие друзей и родных - другой вопрос.
В недавно опубликованном обзоре, половина опрашиваемых сказала, что они бы хотели быть как минимум пятьсот лет, если бы у них был выбор. Неформальные опросы показывают, что большинство людей предпочло бы биостаз разложению, если бы они могли вернуть хорошее здоровье и войти в новое будущее со своими старыми друзьями и родными. Не многие люди сказали, что они "хотят пережит свое время", но они в целом согласились, что пока они могут еще пожить, их время не пришло. По-видимому, многие люди сегодня разделяют желание Бенжамина Франклина, но в веке, когда их желание может быт удовлетворено. Если биостаз войдет в широкое употребление достаточно быстро (или если другие технологии продления жизни будут совершенствоваться достаточно быстро), то оживляемые пациенты будут просыпаться не в незнакомом мире, а окруженные улыбками знакомых лиц.
Но будут ли оживлены люди в биостазе? Методы помещения пациентов в биостаз уже известны, и стоимость могла бы стать низкой, по крайней мере по сравнению со стоимостью серьезной хирургии или длительного ухода в госпитале. Однако разработать технологию оживления будет сложно и дорого. Будут ли люди себя утруждать в будущем?
Похоже на то, что они будут. Они могут не разрабатывать нанотехнологию, имея в виду медицину, но даже если нет, они обязательно ее разработают, чтобы строить лучшие компьютеры. Они могут не разработать машины ремонта клеток, имея в виду оживление, но они обязательно ее буду разрабатывать, чтобы лечить себя. Они могут не программировать машины ремонта на оживление как акт бескорыстного альтруизма, но у них будет достаточно времени, богатства и некоторые из них будут, кто любил тех, кто ждет в биостазе. Представляется, что методы оживления будут обязательно разработаны.
С репликаторами и ресурсами космоса, придет время, когда люди будут иметь богатство и жизненное производство в тысячу раз больше, чем мы имеем сегодня. Само оживление будет требовать мало энергии и материалов даже по сегодняшним стандартам. Поэтому люди, раздумывающие над оживлением, обнаружат мало противоречия между их собственными интересами и их общечеловеческим участием. Общих человеческих мотивов кажется достаточно, чтобы гарантировать, что активное население будущего разбудит тех, кто в биостазе.
Первое поколение, которое вернет молодость, не прибегая к биостазу, сегодня вполне может быть с нами. Перспектива биостаза просто дает большему числу людей больше оснований ожидать долгой жизни - она предлагаем возможность для старых и форму гарантии для молодых. По мере того, как продвижения в биотехнологии ведут к конструированию белка, ассемблеров и клеточного ремонта, и по мере того, как затруднения будут разрешаться, ожидание долгой жизни будет распространяться. Расширяя путь к долгой жизни, возможность выбрать биостаз будет побуждать более живую заинтересованность в будущем. А это подтолкнет усилия, чтобы подготовиться к опасностям, которые ждут впереди.
Глава 10. ПРЕДЕЛЫ РОСТУ
Шахматная доска - мир, фигуры - явления вселенной, правила игры - то, что мы называем законами природы.
Т.Х. Хаксли.
За последний век мы разработали самолеты, космические корабли, ядерный источник энергии и компьютеры. В следующем веке мы разработаем ассемблеры, репликаторы, автоматический инжиниринг, дешевые космические корабли, машины ремонта клеток и многое другое. Эти серии прорывов могут наводить на мысль, что технологическая гонка будет двигаться вперед без границ. С этой точки зрения мы будем прорываться сквозь все постижимые препятствия, вылетая в бесконечное неизвестное - но этот взгляд кажется ошибочным.
Законы природы и условия этого мира ограничат то, что мы можем делать. Без границ, будущее было бы целиком неизвестной, бесформенной вещью, делая посмешище из наших усилий думать и планировать. С ограничениями будущее все еще бешенная неопределенность, но она должна вписаться в определенные границы.
Из естественных ограничений мы узнаем что-то о проблемах и открывающихся возможностях, с которыми мы столкнемся. Пределы определяют границы возможного, сообщая нам, какие ресурсы мы можем использовать, как быстро наши космические корабли могут летать и что наши наномашины будут, а что не будут способны делать.
Обсуждение пределов рискованно: мы можем быть более уверены, что что-то возможно, чем что оно невозможно. Инженеры могут достигать успеха с помощью приближений и особых случаев. А при наличии инструментов, материалов и времени, они могут продемонстрировать возможности непосредственно. Даже делая конструкцию для исследования, они могут оставаться вполне в рамках возможного и быть достаточно далеко от его границ. Ученые, наоборот, не могут доказать общую теорию, и каждое общее заявление о невозможности - само есть род общей теории. Никакой конкретный эксперимент (где-то, когда-то) не может доказать, что что-то невозможно (везде и навсегда). Также это не может сделать любое количество конкретных экспериментов.
Все же, общие законы науки описывают границы возможного. Хотя ученые не могут доказать общий закон, они разработали наилучшую возможную для нас картину того, как вселенная работает. И даже если экзотические эксперименты и элегантные математические пассажи снова изменят нашу концепцию физических законов, немногие пределы для конструкторов шелохнутся. Относительность не влияла на конструкцию автомобилей.
Простое существование конечных пределов не значит, что они уже вот-вот начнут нас душить, однако многие люди пришли к мысли, что пределы скоро положат конец росту. Это соображение упрощает их картину будущего, откидывая странные новые разработки, которые принесет прогресс. Другие люди хорошо относятся к более расплывчатой идее безграничного роста - идее, которая затуманивает их картину будущего, говоря, что оно будет совершенно непостижимым.
Люди, которые путают науку с технологией, имеют склонность путаться и насчет пределов. Как отмечает инженер по программному обеспечению Марк С. Миллер, им кажется, что новое знание всегда означает новое ноу-хау; некоторые даже воображают, что знать все позволит нам делать все, что мы захотим. Прогресс в технологии действительно приносит новые ноу-хау, открывая новые возможности. Но продвижения в фундаментальной науке просто перерисовывает нашу карту окончательных пределов; это часто показывает что-то новое, что невозможно. Например, открытия Эйнштейна показали, что ничто не может догнать летящий луч света.
Структура вакуума
Действительно ли скорость света - реальный предел? Люди когда-то говорили о "звуковом барьере", и некоторые верили, что он не даст самолету перейти скорость звука. Затем на базе Эдвард Эа Форс в 1947 году, Чак Ииджер рассек октябрьское небо звуком перехода звукового барьера. Сегодня некоторые люди говорят о "световом барьере", и спрашивают, может ли он также отступить.
К сожалению для писателей научной фантастики эта параллель поверхностна. Никто никогда не мог утверждать, что скорость звука - это реальный физический барьер. Метеоры и пули превышали его каждый день и даже щелкающий хлыст переходил "звуковой барьер". Но никто не видел ничего, что бы двигалось быстрее света. Удаленные места, видимые с помощью радиотелескопов, иногда кажутся движущимися быстрее, но простые трюки перспективы легко объясняются, как это может быть. Гипотетические частицы, называемые "тахионами" двигались бы быстрее света, если бы он существовали, но их пока не нашли, а сегодняшняя теория их не предсказывает. Экспериментаторы толкали протоны со скоростью более 99,9995 процентов скорости света и получили результаты, которые идеально соответствовали предсказаниям Эйнштейна. Когда их толкают все быстрее, скорость частицы очень медленно приближается к скорости света, в то время как ее энергия (масса) растет безгранично.
На Земле, человек может идти пешком или плыть только на определенные расстояния, но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его путешествия. Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве предполагает не больше "светового барьера", чем предел расстояния на Земле предполагает стену. Само пространство - вакуум, который содержит энергию и материю, имеет свойства. Одно из них - это его геометрия, которая может быть описана, если рассматривать время как особое измерение. Эта геометрия заставляет скорость света отступать перед ускоряющимся космическим кораблем во многом подобно тому как горизонт отступает перед движущимся по морю кораблем: скорость света, подобно горизонту всегда равноудалена во всех направлениях. Но аналогия здесь заканчивается - это подобие никак не поясняет кривизну пространства. Достаточно запомнить, что предельная скорость - это не что-то такое грубое и что можно преодолеть, как "световой барьер". Объекты всегда могут двигаться быстрее, но не быстрее света.
Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги "Очертания будущего" Артур Ц. Кларк писал, что "Из всех сил гравитация - самая загадочная и самая неумолимая", и дальше продолжал, предлагая мысль, что мы однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацией. Однако действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории относительности Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в пространственно-временной структуре вакуума. Математическое описание этого элегантно и точно, и делает предсказания, которые прошли через все испытания, с тех пор предпринимаемые.
Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не может заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может заставить электрон потерять свой электрический заряд или электрический ток - свое магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными полями, передвигая частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитационными полями аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представляется, что мы не можем изучить секрет управления за гравитацией, потому что мы уже это сделали.
Ребенок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитное поле, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли. Но к сожалению для страстного желания инженеров, работающих с гравитацией, использование гравитации, чтобы поднять гвоздь, требует огромной массы. Если прямо у вас над головой будет находиться Венера - это почти сделает то, что нужно, пока она не упадет на вас.
Инженеры возбуждают электромагнитные волны, передвигая электрические заряды туда-сюда в антенне; можно возбудить гравитационные волны, перемещая камень в воздухе. Но опять же, гравитационный эффект слабый. Хотя в радиостанции мощностью в один киловатт нет ничего необычного, перемещение и закручивание всей массы солнечной системы вместе взятой не может выделить так много, как один киловатт гравитационных волн.
Мы понимаем гравитацию достаточно хорошо; в этом просто нет большой пользы для построения машин намного легче чем Луна. Но устройства с использованием большой массы, будут работать. Гидроэлектростанция - часть гравитационной машины (другая часть - Земля), которая извлекает энергию из падающей массы. Машины, используя черные дыры, будут способны извлекать энергию из падающей массы более чем с 50-процентной эффективностью, основываясь на формуле Е=mc2. Вылить одно ведро воды в черную дыру выделило бы столько же энергии, сколько переливание нескольких триллионов ведер воды через генератор дамбы гидроэлектростанции в километр высотой.
Поскольку законы гравитации описывают, как искривляется вакуум, они также применимы к научно-фантастическим "искривлениям пространства". По-видимому, туннели из одной точки пространства в другую были бы нестабильны, даже если они могли бы быть прежде созданы. Это не позволяет будущим космическим кораблям достигать отдаленных точек быстрее, чем свет, используя короткий путь вокруг лежащего посреди пространства, и это ограничение в перемещении в свою очередь устанавливает предел росту.
По-видимому, закон Эйнштейна дает аккуратное описание общей геометрии вакуума. Если так, то пределы, которые получаются в результате, неизбежны: вы можете избавиться почти от всего, но не от самого вакуума.
Другие законы и пределы выглядят неизбежными по аналогичным причинам. В действительности физики все больше приходят тому, чтобы описывать все физические законы в терминах структуры вакуума. Гравитационные волны - определенный тип колебаний вакуума; черные дыры - определенный тип завихрения. Аналогично, радиоволны - другой вид колебаний вакуума, а элементарные частицы - еще один, очень отличающийся вид завихрения (которые в некоторых теориях напоминает крошечные вибрирующие струны). С этой точки зрения существует только одно вещество во вселенной - вакуум, но оно принимает множество форм, включая те структуры, которые мы называем "твердой материей". Этот взгляд наводит на мысль о неизбежных свойствах естественного закона. Если единое вещество, которое заполняет вселенную - это и есть вселенная, то его свойства ограничивают то, что мы можем делать.
Однако странность современной физики ведет к тому, что большинство людей ей не верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относительность, породили разговоры о "принципе относительности", "волновой природе материи", "материи, которая суть энергия" и "искривленном пространстве-времени". Атмосфера парадокса окружает эти идеи и таким образом саму физику. Понятно, что новые технологии должны выглядеть для нас странно, но почему древние и неизменные законы природы оказываются загадочными и шокирующими?
Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного превосходящими по размерам атомы, движущимися с крошечной долей скорости света. Они сделали в этом достаточно хорошие успехи, хотя чтобы научиться описывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли наше знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи (материальные волны, искривленное пространство), которые кажутся причудливыми, и некоторые просто находятся вне нашей способности их представить. Но "причудливый" не значит таинственный или непредсказуемый. Математика и эксперименты тем не менее работают, позволяя ученым разнообразить и отбирать теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже под странную реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибким, но не особо удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе представить невидимое.
Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно жаждут странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые описывают вещи как странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скрывают мир в слоях и наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естественно, они поддерживают и распространяют мимы, которые заставляют материю выглядеть нематериальной и квантовую механику выглядеть как ветвь психологии.
Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (которая - обычная старая материя, которую люди думают, что понимают) - это на самом деле энергия (эта тонкая таинственная субстанция, которая заставляет события происходить). Это дает почву для широкого тумана на тему тайны вселенной. Могло быть более понятным сказать, что относительность обнаруживает, что энергия - одна из форм материи, во всех ее формах, энергия имеет массу. Действительно, световые паруса работают на этом принципе, благодаря удару массы в поверхность. Свет даже идет упакованным в частицы.
Также рассмотрим принцип неопределенности Эйзенберга, и связанный с ним факт, что "наблюдатель всегда воздействует на наблюдаемое." Принцип неопределенности присущ математике, описывающей обычную материю (давая атомам им присущий размер), но связанный "эффект наблюдателя" представлен в некоторых популярных книгах как магическое влияние сознания на мир. В действительности суть идеи более прозаическая. Представьте себе, что вы смотрите на пылинку в солнечном свете: когда вы наблюдаете отраженный свет, вы обязательно воздействуете на него - ваш глаз его поглощает. Аналогично, свет (со своей массой) воздействует на пятнышко пыли: он отталкивается от пылинки, прикладывая силу. Результат - не воздействие вашего разума на пыль, а воздействие света на пыль. Хотя квантовое измерение имеет особенности намного более тонкие чем эта, ни одна из них не включает разум, выходящий наружу, чтобы изменить реальность.
Наконец рассмотрим "парадокс близнецов". Относительность предсказывает, что если один из пары близнецов летит к другой звезде и возвращается со скоростью, близкой к скорости света, то близнец, который летит, будет младше, чем оставшийся дома брат. Действительно, измерения с точными часами демонстрируют эффект замедления времени при очень быстром движении. Но это - не парадокс, это просто факт природы.
Будет ли физика снова дополнена?
В 1894 году знаменитый физик Альберт А. Мичельсон заявлял: "Наиболее важные фундаментальные законы и факты физической науки открыты, и они сейчас так твердо установленные, что возможность их когда-нибудь заменить на что-то новое вследствие новых открытий крайне отдалена... Наши будущие открытия нужно искать в шестом знаке после запятой."
Но в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи. В 1896 году, Беккерель открыл радиоактивность. В 1897 - Томсон открыл электрон. В 1905-м - Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности (и таким образом объяснил собственные наблюдения Михельсона в 1887 году относительно скорости света). В 1905-м Эйнштейн также представил фотонную теорию света. В 1911-м Резерфорд открыл ядро атома. В 1915-м Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности. В 1924-30, де Брогли, Эйзенберг, Бор, Паули и Дирак разработали основы квантовой механики. В 1929 году Хаббл объявил о доказательстве расширения вселенной. В 1931 Михельсон умер.
Михельсон сделал незабываемую ошибку. Люди все еще указывают на его заявление и то, что за ним последовало, чтобы подтвердить точку зрения, что нам не следует (никогда?) провозглашать какое бы то ни было достоверное понимание естественного закона или приделов возможного. В конце концов, если Михельсон было столь уверен и тем не менее оказался так не прав, не должны ли мы опасаться повторить его ошибку? Великая революция в физике привела некоторых людей к заключению, что наука будет продолжать приносить бесконечные важные сюрпризы, даже сюрпризы, важные для инженеров. Но есть ли вероятность нам встретиться с такими серьезными сдвигами снова?
Возможно нет. Содержание квантовой механики было удивительным, однако до ее появления физика была очевидно и серьезно неполна. До квантовой механики вы могли бы подойти к любому ученому, злобно улыбаясь, стукнуть по столу и спросить: "Что удерживает эти штуки вместе? Почему это - коричневое и твердое, в то время как воздух - прозрачный и газообразный?" Ваша жертва могла бы сказать что-то туманное об атомах и их порядке, но когда вы будете настаивать на разъяснении, вы бы в лучшем случае получили в ответ что-то вроде "Кто знает? Физика пока не может объяснить материю!" Ретроспективный взгляд делать легко, однако в мире, сделанном из материи, населенном материальными людьми, использующими материальные инструменты, это невежество о природе материи было брешью в человеческом знании, которое Михельсону бы возможно следовало заметить. Это была брешь не в "шестом знаке после запятой", а в самой целой части числа.
Также стоит посмотреть, до какой степени Михельсон был прав. Законы, о которых он говорил включали законы Ньютона о гравитации и движении, и законы Максвелла об электромагнетизме. И действительно, при обычных условиях в конструировании эти законы были изменены только "в шестом знаке после запятой." Законы Эйнштейна гравитации и движения соответствуют законам Ньютона близко, за исключением предельных условий гравитации и скорости; законы квантовой электродинамики Феймана, Швингера и Томонага близко соответствуют Законам Максвелла кроме как при экстремальных значениях размера и энергии.
Дальнейшие революции, вне сомнения, притаились где-то на крайних значениях этих теорий. Но эти края кажутся далекими от мира живых существ и машин, которые мы строим. Революции относительности и квантовой механики изменили наше знание о материи и энергии, но сами материя и энергия остались неизменными - они реальны и им нет никакого дела до наших теорий. Физики сейчас используют единый набор законов, чтобы описать, как ядра атомов и электроны взаимодействуют в атомах, молекулах, молекулярных машинах, живых существах, планетах и звездах. Эти законы пока не окончательно общие; поиск универсальной теории всех физических явлений продолжается. Но как утверждает физик Стефан В. Хокинг, "На настоящий момент мы обладаем набором частных законов, которые управляют поведением вселенной при всех, кроме наиболее экстремальных условий." И по инженерным стандартам, эти условия просто необычайно экстремальны.
Физики постоянно объявляют новые частицы, наблюдаемые в осколках из столкновений частиц с крайне высокой энергией, но вы не можете купить одну из этих частиц в коробочке. И это важно понимать, потому что если частица не может быть сохранена, то она не может служить компонентом стабильной машины. Коробочки и их содержимое состоят из электронов и ядер. Ядра, в свою очередь, состоят из протонов и нейтронов. Атомы водорода имеют в своих ядрах только один протон; атомы свинца имеют восемьдесят два протона и более сотни нейтронов. Изолированные нейтроны распадаются за несколько минут. Некоторые другие стабильные частицы известны: фотоны - частицы света, полезны и могут быть на некоторое время пойманы; нейтрино - почти неопределяемые и не могут быть пойманы. Эти частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы. Все остальные известные частицы распадаются за несколько миллионных секунды или быстрее. Таким образом единственные известные строительные блоки для аппаратных средств - это электроны и ядра (или их частицы, для некоторых особых приложений); эти строительные блоки обычно комбинируются и образуют атомы и молекулы.
Однако вопреки мощи современной физики, наше знание все еще содержит очевидные пробелы. Неустойчивое основание теории элементарных частиц оставляет некоторые пределы неопределенными. Мы можем обнаружить новые стабильные частицы, которые "можно поместить в коробочку", такие как магнитные монополи или свободные кварки; если это так, они несомненно найдут себе применение. Мы можем даже найти поля дальнего действия или форму радиации, хотя это кажется все более маловероятным. Наконец, некоторые новые способы сталкивания частиц могут улучшить нашу способность превращать известные частицы в другие известные частицы.
Но в целом, сложные аппаратные средства будут требовать сложных, устойчивых структур из частиц. Вне среды колапсирующей звезды, это значит структуры из атомов, которые хорошо описываются релятивистской квантовой механикой. Границы физики передвинулись. На теоретическом уровне физики ищут универсальное описание взаимодействий всех возможных частиц, даже частиц с наименьшим сроком жизни. На экспериментальном уровне они изучают структуры осколков атомов, создаваемых столкновениями с высокими энергиями в ускорителях частиц. Пока никакие новые устойчивые и полезные частицы не выходят из таких столкновений, или возникают как остатки прошлых космических потрясений, атомы будут оставаться единственными строительными блоками устойчивых аппаратных средств. И конструирование будет оставаться игрой, в которую играют с помощью уже известных фигур по уже известным правилам. Новые частицы добавили бы новые фигуры, но не отменили бы правил.
Границы аппаратных средств
Действительно ли молекулярные машины - конец на пути миниатюризации? Идея, что молекулярные машины могли бы стать шагом на пути еще более маленьких "ядерных машин" кажется достаточно естественной. Один молодой человек (студент последнего курса по экономике в Колумбийском университете) слышал о молекулярной технологии и ее способности манипулировать атомами и сразу заключил, что молекулярная технология могла бы делать все что угодно, даже разлагать ядерные бомбы на безопасные свинцовые кирпичики на расстоянии.
Молекулярная технология не может делать ничего подобного. Превращение плутония в свинец (будь то на расстоянии или нет) находится вне возможностей молекулярной технологии по той же причине, что и превращение свинца в золото лежит вне возможностей алхимии. Молекулярные силы имеют мало влияния на ядра атомов. Атомы содержат в себе более 99,9 процентов атомной массы и занимают около 1/1.000.000.000.000.000 его объема. В сравнении с ядром, остальная часть атома (электронное облако) меньше, чем пушинка. Пытаться изменить ядро, тыкая в него молекулой - это даже более бесполезно, чем пытаться расплющить стальной шарик от подшипника, тыкая в него шаром воздушной сахарной ваты. Молекулярная технология может сортировать и переупорядочивать атомы, но она не может достичь ядра, чтобы изменить тип атома.
Наномашины не могут быть полезны в построении машин размером ядра, даже если они могли бы существовать. Очевидно они не могут, по крайней мере при условиях, которые мы можем создать в лаборатории. Машины должны иметь некоторое число частей в близком контакте, но плотно упакованные ядра яростно отталкивают друг друга. Когда расщеплялись ядра при взрыве Хиросимы, большая часть энергии высвободилась из-за свирепого электростатического отталкивания только что расщепленных половинок. Хорошо известная трудность слияния ядер происходит из той же самой проблемы отталкивания ядер.
В добавок к расщеплению или слиянию, ядра можно заставить испускать или поглощать различные типы излучения. В одном из методов их заставляют двигаться по спирали так, чтобы получать полезную информацию, позволяя докторам делать медицинские изображения, основанные на ядерном магнитном резонансе. Но все эти явления опираются только на свойства хорошо разделенных ядер. Изолированное ядро слишком просто, чтобы действовать как машина или электронная схема. Ядра можно заставить сблизиться, но только при громадном давлении, которое обнаруживается внутри коллапсирующих звезд. Занятия конструированием в таких условиях представляло бы существенные трудности, даже если коллапсирующая звезда была бы у нас в руках.
Это возвращает нас к основному вопросу: что мы можем сделать, нужным образом упорядочивая атомы? Некоторые пределы уже кажутся понятными. Самый прочный возможный материал будет иметь грубо в десять раз больше прочность, чем сегодняшний самый прочный стальной провод. (Самый прочный материал для изготовления кабелей, по-видимому - карбин, форма углерода, имеющая атомы, упорядоченные в прямые цепочки.) Представляется, что тепловые вибрации при обычных давлениях будут разрывать самые прочные твердые материалы при температурах около четырех тысяч градусов Цельсия (примерно на полторы тысячи градусов прохладнее, чем на поверхности Солнца).
Эти грубые свойства материи - прочность и жароустойчивость не могут быть существенно улучшены посредством сложного, умно устроенного упорядочивания атомов. Кажется вероятным, что наилучшие структуры будут достаточно простые и правильные. Другие довольно простые цели включают передачу тепла, изоляцию от тепла, передачу электрического тока, электрическую изоляцию, передачу света, отражение света и поглощение света.
Для некоторых целей, погоня за совершенством приведет к простым структурам; для других она приведет к конструкционным проблемам, которые нет никакой надежды разрешить. Разработка наилучшего возможного переключающего компонента для компьютера может оказаться достаточно простой; разработка наилучшего возможного компьютера будет намного более сложной. В действительности, то, что мы рассматриваем как "наилучшее возможное" будет зависеть от многих факторов, включая стоимость материи, энергии и времени - и от того, что мы собираемся вычислять. В любом конструкторском проекте, то, что мы называем "лучшим" зависит от бесконечно многих факторов, включая плохо определяемые и постоянно меняющиеся человеческие потребности. Что более важно, даже когда "лучшее" определено, стоимость поиска последнего прироста в улучшении, которое отделяет наилучшее от просто отличного может не стоить своей цены. Однако мы можем игнорировать все такие вопросы, как сложность и стоимость разработки, когда рассматриваем, действительно ли существуют пределы.
Чтобы определить предел, нужно выбрать направление, шкалу качества. Если двигаться по какому-то направлению, в сторону, определенную как "лучше", то обязательно будет что-то "наилучшее". Структура упорядочивания атомов определяет свойства аппаратных средств, а согласно квантовой механике, множество возможных способов упорядочивания конечно - более чем астрономически огромно, но не бесконечно. Математически следует, что при ясной цели, некоторое одно из этих способов упорядочивания должно быть наилучшим, или близким к нему. Как в шахматах, ограниченное число фигур и ходов ограничивает способы упорядочивания и, значит, возможности. Однако и в шахматах, и в конструировании, множество возможного в этих пределах неисчерпаемо.
Знать лишь фундаментальные законы материи не достаточно, чтобы сказать точно, где лежат все пределы. Мы кроме того должны встретиться со сложностями конструирования. Наше знание о некоторых ограничениях остается в больших пределах: "Мы знаем только то, что предел лежит между этой точкой (несколько шагов вперед) и той (пятнышко где-то у линии горизонта)". Ассемблеры откроют путь к пределам, где бы они ни были, а системы автоматического инжиниринга ускорят прогресс по пути к этому. Абсолютное совершенство часто оказывает неуловимым, но бегущие вверх часто оказываются почти около него.
По мере того, как мы будем продвигаться к действительным пределам, наши способности будут во все больших областях технологии прекращать расти. Продвижения в этих областях остановятся не просто на десятилетие или век, но насовсем.
Некоторые могут игнорировать слово "насовсем", думая "Никаких улучшений за тысячу лет? За миллион лет? Это должно быть переоценкой." Однако там, где мы достигнем настоящих физических пределов, мы дальше не пойдем. Правила игры встроены в структуру вакуума, в структуру вселенной. Никакое переупорядочивание атомов, никакое сталкивание частиц, никакое законодательство или пение хоралов не сдвинут естественные законы ни на йоту. Мы можем неправильно оценивать пределы сегодня, но где бы пределы ни были, там они и останутся.
Этот взгляд на естественные законы показывает пределы качеству вещей. Но мы также сталкиваемся с пределами количеству, устанавливаемому не только естественными законами, но тем, как материя и энергия упорядочена во вселенной, как нам удается ее обнаруживать. Автор книги "Пределы росту", также как и многие другие, пытался описать эти пределы, не исследуя прежде пределы технологии. Это дало результаты, вводящие в заблуждение.
Энтропия: предел использованию энергии
Не так давно многие авторы описывали накопление отработанного тепла и хаос как то, к чему ведет человеческая деятельность. В книге "Годы бедности - политика в век скудных ресурсов", Ричард Барнет пишет:
В этом есть ирония, что повторное открытие границ совпадает с двумя самыми дерзкими технологическими подвигами в человеческой истории. Один из них - генетическая инженерия, неожиданный проблеск способности изменять форму самого вещества жизни. Другой - выход в космос. Эти прорывы подтолкнули фантазии на тему возможностей, но они не сломали экологическую смирительную рубашку, известную как второй закон термодинамики: большее потребление энергии производит большее количество тепла, которое никогда не исчезает, а должно считаться необратимыми затратами энергии. Так как накопление тепла может вызвать экологическую катастрофу, эти издержки ограничивают продвижение человека в космосе, равно как и на земле."
Джереми Ривкин (с Тедом Ховардом) написали целую книгу по организациям термодинамики и будущего человечества, озаглавленную "Энтропия: новый взгляд на мир".
Энтропия - стандартная научная мера расхода тепла и беспорядка. Везде, где деятельность потребляет полезную энергию, она производит энтропию; энтропия мира следовательно увеличивается постоянно и необратимо. В конце концов рассеяние полезной энергии разрушит основу жизни. Как сказал Ривкин, эта идея может казаться слишком угнетающей, чтобы о ней думать, но он доказывает, что мы должны встретить лицом к лицу ужасные факты относительно энтропии, человечества и Земли. Но так ли ужасны эти факты?
Барнет пишет, что аккумулирующееся тепло - необратимый расход энергии, ограничивающий человеческое действие. Ривкин утверждает, что "загрязнение - это суммарный итог всей доступной энергии в мире, которая превращена в недоступную энергию." Эта недоступная энергия - главным образом низкотемпературный расход тепла, что-то вроде того, который заставляет нагреваться телевизор. Но действительно ли тепло аккумулируется, как этого боится Барнет? Если так, тогда Земля должна становиться все более горячей, минута за минутой, год за годом. Мы сейчас должны изжариться, если бы наши предки не были заморожены. Однако каким-то образом материки умудряются сохраняться холодными ночью и еще более холодными в течение зимы. Во время ледникового периода, охладилась вся Земля.
Ривкин делает другой ход. Он заявляет, что "фиксированный запас земной материи, который составляет земную кору, постоянно рассеивается. Горы разрушаются и верхний слой почвы выдувается с каждой проходящей секундой." Но под "выдуванием" Ривкин не имеет в виду выдувание в космос или выдувание в небытие; он просто имеет в виду, что атомы гор смешиваются вместе с другими. Однако этот процесс, он доказывает, означает нашу обреченность. Смешивающиеся атомы делают их "недоступной материей", как следствие "четвертого закона термодинамики", предложенным экономистом Николасом Джорджску-Роугеном: "В закрытой системе, материальная энтропия должна в конце концов достичь максимума", или, что то же самое: "недоступная материя не может быть утилизирована". Ривкин провозглашает, что Земля - закрытая система, обменивающаяся энергией, но не материей с ее окружением, и следовательно "здесь на земле материальная энтропия постоянно увеличивается и должна в конце концов достичь максимума", заставляя земную жизнь захиреть и погибнуть.
Действительно страшная ситуация - Земля дегенерировала в течение миллиардов лет. Конечно же, конец должен быть близко!
Но может ли это действительно быть правдой? По мере того, как жизнь развивалась, она вносила больше порядка на Землю, а не меньше; формирование залежей руды делало то же самое. Идея, что Земля дегенерировала, кажется в лучшем случае странной (но тогда Ривкин думает, что эволюция исчезла). Кроме того поскольку материя и энергия по сути одно и то же, как может реально действующий закон выделить что-то, называемое "материальной энтропией" на первое место?
Ривкин предлагает распространение духов из бутылки в воздух в комнате как пример "рассеивающейся материи", возрастания материальной энтропии, того, что материя становится "недоступной". Распространение соли в воде в бутылке будет служить таким же хорошим примером. Далее рассмотрите испытание "четвертого закона термодинамики" в эксперименте с соленой водой в бутылке:
Представьте бутылку, имеющую дно с перегородкой, разделяющей его на две чашечки. В одной находится соль, в другой - вода. Горлышко бутылки заткнуто пробкой: она закрывает систему и делает так называемый четвертый закон термодинамики применимым. Содержимое бутылки находится в организованном состояние: их материальная энтропия не находится в максимуме, пока.
Теперь возьмите бутылку и потрясите ее. Слейте воду в соседнее отделение, покрутите ее, растворите соль - энтропия увеличилась жутко! В такой закрытой системе "четвертый закон термодинамики" говорит, что это увеличение материальной энтропии должно быть перманентным. Все страхи Ривкина относительно устойчивого, неизбежного увеличения энтропии Земли основываются на этом принципе.
Посмотреть, есть ли какое-нибудь основание для нового взгляда на мир Ривкина, возьмем бутылку и наклоним ее, перелив соленую воду в одно из отделений на дне. Это не должно иметь никакого значения, так как система остается закрытой. Теперь установим бутылку вертикально, располагая соленую воду на солнечном свете, а пустую сторону - в тени. Свет входит внутрь и тепло вытекает, но система остается такой же закрытой, как сама Земля. Но посмотрите - лучи солнца испаряют воду, которая конденсируется на теневой стороне! Свежая вода медленно заполняет пустое отделение, оставляя за собой соль.
Сам Ривкин утверждает, что "в науке только одно не подходящее под закон исключение достаточно, чтобы доказать ложность закона" Этот мысленный эксперимент, который подражает тому, как образовались естественные залежи соли на Земле, доказывает ложность закона, на котором он основал всю свою книгу. Это же делают растения. Солнечный свет приносит энергию из космоса; тепло, излучаемое обратно в пространство уносит энтропию (которой существует только один вид). Следовательно, энтропия может уменьшаться в замкнутой системе и цветы могут цвести на Земле век за веком.
Ривкин прав, говоря что "возможно обратить энтропийный процесс в отдельно взятом месте и времени, но только использовав энергию в этом процессе и таким образом увеличивая общую энтропию окружающей среды." Но и Ривкин, и Барнет делают ту же самую ошибку: когда они пишут об окружающей среде, они подразумевают Землю - но закон применяется к окружающей среде как целому, а это целое - это вселенная. В результате Ривкин и Барнет игнорируют и свет Солнца и холодную сторону ночного неба.
По Ривкину, его идея разрушает понятие истории как прогресса, преступая пределы современного мировоззрения. Он требует жертвы, утверждая, что "ни одна нация третьего мира не должна питать надежд, что она когда-нибудь сможет достичь материального изобилия, которое существует в Америке." Он боится паники и кровопролития. Ривкин заканчивает, информируя нас, что "закон энтропии отвечает на центральный вопрос, с которым сталкивалась каждая культура на протяжении истории: как должен себя вести в мире человек?" Его ответ? "Последний моральный императив, следовательно, расходовать как можно меньше энергии."
Это бы по-видимому значило, что мы должны сберегать как можно больше энергии, пытаясь исключить ее излишнюю трату. Но что есть величайший близкий к нам расточитель энергии? Ну, конечно же Солнце - оно расточает энергию в триллионы раз быстрее, чем это делают люди. Следовательно, если принимать его серьезно, по-видимому, главный моральный императив Ривкина призывает: "Уберите Солнце!"
Это глупое следствие должно было бы опровергнуть Ривкина. Он и многие другие сохраняют взгляды, которые попахивают докоперниковским невежеством: они предполагают, что Земля - это весь мир, и что то, что делают люди - обязательно космической важности.
Конечно существует настоящий закон энтропии: второй закон термодинамики. В отличие от поддельного "четвертого закона", он описан в учебниках и используется инженерами. Он действительно будет ограничивать то, что мы будем делать. Человеческая деятельность выделяет тепло, и ограниченная способность Земли излучать тепло будет устанавливать жесткую границу количеству промышленной активности, основанной на Земле. Подобным образом, мы будем, подобно плоскостям крыла самолета, излучать отработанное тепло из наших звездных кораблей. В конце концов, но это произойдет в конце огромного промежутка времени, закон энтропии вызовет гибель вселенной, как мы ее знаем, ограничивая продолжительность жизни и саму жизнь.
Почему я так набросился на суть энтропии Ривкина? Просто потому что сегодняшние информационные системы представляют мертворожденные идеи как если бы они были живыми. Поощряя эти фальшивые надежды, ложные страхи и ошибочные действия, эти идеи могут растратить попусту усилия людей, которые активно озабочены долгосрочными мировыми проблемами.
Среди тех, кто восхваляется на обложке книги Ривкина ("вдохновенная работа", "блестящая работа", "переворачивающая мир", "нужно выучить наизусть") - профессор Принсетона, ведущий ток-шоу, и два сенатора США. Семинар в MIT ("Земля, какой ей быть - мировоззрение для устойчивого будущего") отвел важное место книге Ривкина.
Все устроители семинара были из нетехнических отделений. Меньшая часть сенаторов в нашем технологическом обществе не образованы в технологии, также как и профессора и ведущие ток-шоу. Сам Джоржеску-Роуген, изобретатель "четвертого закона термодинамики" имеет широкие заслуги - как ученый по общественным наукам.
Энтропийная угроза - пример явного абсурда, однако ее изобретатели и люди, ее распространяющие, не изгоняются со смехом с общественной трибуны. Вообразите тысячу, миллион подобных искажений - которые тонкие, некоторые бесстыдные, но все искажающие понимание мира обществом. Теперь представьте группу демократических наций, страдающих от заражения такими мимами, пытаясь иметь дело с эрой ускоряющейся технологической революции. Мы имеем реальную проблему. Чтобы сделать наше выживание более вероятным. Нам нужны лучшие способы, чтобы пропалывать свои мимы, чтобы дать место здоровому пониманию роста. В главе 13 и 14 я расскажу о двух предложениях, как это мы могли бы сделать.
Пределы ресурсов
Естественные законы ограничивают качество технологии, но в пределах этих границ мы будем использовать воспроизводящиеся ассемблеры, чтобы делать более совершенные космические корабли. С помощью них мы откроем космос в ширину и глубину.
Сегодня земля начала казаться маленькой, порождая опасения, что мы можем истощить ее ресурсы. Однако энергия, которую мы использованием, равняется меньше, чем 1/10 000 солнечной энергии, падающей на Землю; мы беспокоимся не об обеспечении энергией как таковой, а о поставке газа и нефти подходящего качества. Наши шахты просто изрыли поверхность земного шара; мы заботимся не о самом количестве ресурсов, а о их пригодности и стоимости. Когда мы разработаем не создающие загрязнения наномашины для сбора солнечной энергии и ресурсов, Земля станет способной поддерживать цивилизацию, намного большую и более богатую, чем когда-либо кто-либо видел до этого, однако причиняя меньше вреда, чем мы делаем сегодня. Потенциал Земли делает ресурсы, которые мы сейчас используем, в сравнении кажущимися незначительными.
Однако Земля - не более чем маленькое пятнышко. Осколки астероидов, оставшиеся со времен образования планет, обеспечат достаточно материалов, чтобы построить тысячу раз площадь земной поверхности. Солнце заливает Солнечную систему в миллиард раз большей энергией, чем доходит до Земли. Ресурсы Солнечной системы действительно обширны, делая ресурсы Земли кажущимися незначительными в сравнении.
Однако солнечная система - не более, чем маленькое пятнышко. Звезды, которых толпы на ночном небе, - это солнца, и человеческий глаз может видеть только ближайшие. Наша галактика содержит сотни миллиардов солнц, и многие, вне сомнения, изливают свой свет на мертвые планеты и астероиды, ожидающие прикосновения жизни. Ресурсы галактики делают даже нашу солнечную систему кажущейся незначительной в сравнении.
Однако наша галактика - не более чем пятнышко. Свет, возраст которого старше, чем человеческий род, показывает галактики вне нашей. Видимая вселенная содержит сотни миллиардов галактик, и каждая - рой из миллиардов солнц. Ресурсы видимой вселенной делают даже нашу галактику кажущейся незначительной в сравнении.
На этом мы достигаем границ знания, если не ресурсов. Солнечная система кажется ответом достаточным для земных пределов - и если остальная часть вселенной останется невостребованной другими, то наши шансы на экспансию готовы перепугать разум несколько раз подряд. Значит ли это, что воспроизводящиеся ассемблеры и дешевые космические корабли положат конец нашему беспокойству о ресурсах?
В каком-то смысле открытие космоса взорвет наши пределы росту, так как мы не знаем конца вселенной. Тем не менее Мальтус был по сути прав.
Мальтус
В своем "Сочинении об законе народонаселения" 1798 года Томас Роберт Мальтус, как английский священник, представил предшественника всех современных аргументов на тему пределов росту. Он заметил, что свободно растущее население имеет тенденцию удваиваться периодически, таким образом увеличиваясь экспоненциально. В этом есть смысл: поскольку все организмы происходят от удачных репликаторов, они имеют тенденцию размножаться, когда у них есть возможность. В целях доказательства Мальтус предположил, что ресурсы - обеспечение пищей - могли бы увеличиваться как фиксированное количество за год (процесс, называемый линейным ростом, так как его точки выстроены в линию на графике). Поскольку математика показывает, что любая фиксированная скорость экспоненциального роста в конце концов обгонит любую фиксированную скорость линейного роста, Мальтус утверждал, что рост населения, если не контролируется, в конце концов обогнал бы производство пищи.
С тех пор авторы повторяли не раз вариации этой идеи, в книге, такой как "Бомба народонаселения и голод", 1975(!) год, однако производство пищи шло в ногу с населением. Вне Африки оно даже вырвалось вперед. Ошибался ли Мальтус?
По сути - нет: он был не прав главным образом насчет времени и деталей. Рост на Земле встречает пределы, так как Земля имеет ограниченное место, будь то для возделывания, или чего-то еще. Мальтус не мог предсказать, когда пределы схватят нас за горло главным образом потому, что он не мог ожидать прорывов в сельскохозяйственном оборудовании, сельскохозяйственной генетике и удобрениях.
Некоторые люди сейчас замечают, что экспоненциальный рост обгонит фиксированные запасы ресурсов Земли, т.е. более простой аргумент, чем предлагал Мальтус. Хотя космическая технология эту границу перейдет, она не перейдет все границы. Даже если вселенная была бы бесконечно большой, мы бы все равно не могли бы передвигаться бесконечно быстро. Закон природы ограничит скорость роста: земная жизнь будет распространяться не быстрее, чем свет.
Устойчивое расширение будет открывать новые ресурсы со скоростью, которая будет увеличиваться по мере того, как границы уходят в глубь и ширь космоса. Результатом этого будет не линейный рост, а кубический. Однако по сути Мальтус был прав: экспоненциальный рос обгонит кубический рост также легко как линейный. Вычисления показывают, что неконтролируемый рост населения, будь то с долгой жизнь или без, обогнал бы доступные ресурсы примерно за одну или две тысячи лет максимум. Неограниченный экспоненциальный рост остается фантазией, даже в космосе.
Остановит ли нас кто-нибудь?
Владеют ли уже другие цивилизации ресурсами во вселенной? Если так, то они бы оказались бы пределом росту. Факты относительно эволюции и технологических пределов проливают полезный свет на этот вопрос.
Так как многие звездные системы, подобные Солнечной, на много сотен миллионов лет старше нашей солнечной системы, некоторые цивилизации (если какое-то существенное их число существует) должны были бы быть на сотни миллионов лет впереди нас. Мы бы ожидали, что по крайней мере некоторые из этих цивилизаций сделали бы то, что делала вся известная жизнь: распространяться так широко, насколько она может. Земля зеленая не только в океанах, где жизнь зародилась, а и на берегах, холмах и горах. Зеленые растения сейчас распространились на орбитальные станции; если у нас получится, Земные растения распространятся к звездам. Организмы распространяются так широко, как они могут, а потом еще немного дальше. У некоторых не получается и они умирают, но успешные выживают и распространяются еще дальше. Переселенцы, направлявшиеся в Америку плыли и тонули, высаживались на берег и умирали с голоду, но некоторые выживали, чтобы найти новые нации. Организмы повсюду будут чувствовать давление факторов, описанных Мальтусом, потому что они в процессе эволюции научатся выживать и распространять гены и мимы, которые толкают в этом направлении. Если внеземные цивилизации существуют, и если даже малая часть имела бы похожа на то, какая есть вся жизнь на Земле, то они должны были бы к сегодняшнему моменту распространиться по космосу.
Подобно нам, они бы имели тенденцию разрабатывать технологии, чтобы достичь пределов, установленных естественными законами. Они бы учились, как передвигаться со скоростью, близкой к световой, и конкуренция или чистое любопытство подтолкнуло бы их это делать. Действительно, только высокоорганизованные, высокостабильные общества могли бы ограничить давление конкуренции достаточно хорошо, чтобы избежать взрыва во вне со скоростью, близкой к световой. На сегодня, после сотен миллионов лет, даже широко рассеянные цивилизации распространились бы достаточно далеко, чтобы встретить друг друга, разделив космос между собой.
Если эти цивилизации действительно везде, тогда они оказались очень сдержанными и очень хорошо себя спрятали. Они бы контролировали ресурсы целых галактик на протяжении многих миллионов лет, и встретили пределы росту в космическом масштабе. Продвинутая цивилизация, упирающаяся в свои экологические пределы, почти по определению, не расходовала бы энергию и материю. Однако мы видим расход во всех направлениях, поскольку мы видим спиральные галактики: их спиральные рукава содержат облака пыли, состоящей из расходуемой впустую материи, подсвеченной бесполезно расходуемым светом звезд.
Если такие продвинутые цивилизации существовали бы , тогда наша солнечная система лежала бы в царстве одной из них. Если так, тогда бы сейчас был их ход - мы не могли бы ничего сделать, чтобы им угрожать, а они бы могли изучать нас как им нравится, с нашим участием или без.
Чувствительные люди слушались бы, если бы их очень попросили. Но если они существуют, они должно быть прячут себя, и сохраняют все местные законы в секрете.
Идея, что человечество одиноко в видимой вселенной согласуется с тем, что мы видим в небе и с тем, что мы знаем о происхождении жизни. Никаких застенчивых чужестранцев не нужно, чтобы объяснить факты. Некоторые говорят, что поскольку существует так много звезд, обязательно среди них должны быть другие цивилизации. Но в видимой вселенной имеется меньше звезд, чем молекул в стакане воды. Также как стакан воды не обязательно содержит все возможные химические вещества (и даже сток химического завода), также другие звезды не обязательно дают убежище цивилизациям.
Мы знаем, что конкурирующие репликаторы имеют тенденцию расширяться к своим экологическим границам, и что ресурсы тем не менее бесполезно расточаются по всей вселенной. Мы не получили ни одного посланца от звезд, и у нас очевидно нет даже приличного сторожа зоопарка. Вполне возможно, что там никого и нет. Если они не существуют, тогда нам нет нужды учитывать их в своих планах. Если они существуют, тогда они переделают наши планы в соответствии со своими непостижимыми желаниями, и по-видимому нет способа подготовиться к этой возможности. Таким образом на данный момент, или возможно, навсегда, мы можем создавать планы на наше будущее не заботясь об ограничениях, накладываемых другими цивилизациями.
Рост в пределах границ
Есть кто-то там, или нет, мы стоим на своем пути. Космос ждет нас, бесплодный камень и солнечный свет, подобный бесплодному камню и солнечному свету земных континентов миллиард лет назад, перед тем, как жизнь стала выходить из моря. Наши инженеры разрабатывают мимы, которые помогут нам создать отличные космические корабли и поселения: мы будет осваивать землю солнечной системы в комфорте. За пределами богатства внутри солнечной системы лежит кометное облако - обширная среда для роста, которая становится тоньше на просторах межзвездного пространства и утолщается еще больше вокруг других звездных систем, с новыми солнцами и девственными камнями, ожидающих прикосновения жизни.
Хотя бесконечный экспоненциальный рост остается фантазией, распространение жизни и цивилизации не встречает жестких границ. Расширение будет продолжаться, если мы выживем, потому что мы - часть живой системы, а жизнь имеет тенденцию распространяться. Пионеры двинутся вперед, в миры без конца. В любых поселениях, время придет, когда граница - будет далеко впереди, а потом еще дальше. На протяжении большей части будущего большинство людей и их потомков будут жить без пределов росту.
Нам могут нравиться или не нравиться пределы росту, но их реальность не зависит от наших желаний. Пределы существуют, по направлению к чему бы цели четко ни ставились.
Но на границах, где ограничения изменяются, эта идея становится неуместной. В искусстве или математике ценность работы зависит от сложности стандартов, оспариваемых и изменяемых. Один из этих стандартов - новизна, и она никогда не может быть исчерпана. Там, где цели изменяются и царит мир сложности, пределы не обязательно нас ограничивают. Для создания симфонии и песни, картины и миров, программ, теорем, фильмов и прекрасных вещей, которые мы еще не можем себе представить, конца не видно. Новые технологии станут основной для новых видов искусства, а новые искусства принесут новые стандарты.
Мир грубой материи предлагает место для грандиозного, но ограниченного роста. Мир разума и структуры, однако, содержит место для бесконечной эволюции и изменения. Возможное кажется достаточным пространством.
Взгляд на пределы
Идея великих продвижений в жестких границах не была разработана так, чтобы давать кому-то удовольствие, а так, чтобы быть правильной. Пределы ограничивают возможности, и некоторые могут быть безобразными или пугающими. Нам нужно подготовиться к прорывам, ожидающим нас впереди, однако многие футуристы старательно делают вид, что никаких прорывов не произойдет.
Эта школа мысли связана с "Пределами росту", опубликованными как отчет Римского клуба. Профессор Михайло Д. Месарович позже стал соавтором "Человечества на поворотной точке", опубликованном как второй отчет Римского клуба. Профессор Месарович разработал компьютерную модель, которая имеет целью описать будущие изменения в мировом население, экономике и окружающей среде. Весной 1981 года он посетил MIT, чтобы обратиться к "Ограниченной Земле: мировоззрение для поддерживаемого будущего" - тот же семинар, который сделал главным своим пунктом энтропию Джереми Ривкина. Он описал модель, намереваясь дать грубое описание следующего столетия. Когда ему задали вопрос, допускает ли он или кто-либо из его коллег хотя бы один прорыв в будущем, сравнимый, скажем, с нефтяной промышленностью, самолетами, автомобилями, электрической энергией или компьютерами - возможно самовоспроизводящиеся робототехнические системы или дешевые полеты в космос, он ответил прямо - нет.
Очевидно, что такие модели будущего несостоятельны. Однако некоторые люди, по-видимому, желают, даже страстно желают, верить, что прорывы вдруг закончатся, что глобальная гонка технологий, которая набирала скорость на протяжении столетий, затормозится и остановится в ближайшем будущем.
Привычка пренебрегать или отрицать возможность продвижения технологии - это общая проблема. Некоторые люди верят в аккуратно очерченные пределы, потому что они слышали, как уважаемые люди накручивают звучащие правдоподобно аргументы в пользу этого. Однако по-видимому, некоторые люди больше обращают внимание на желания, чем на факты, после столетия ускоряющегося прогресса. Четкие границы упрощают наше будущее, делая его более простым для понимания и более комфортным, чтобы о нем думать. Вера в четкие пределы также освобождает человека от определенных забот и ответственности. В конце концов если естественные силы остановят гонку технологий, удобно и автоматически, тогда нам нет нужды пытаться понять ее и контролировать.
Самое лучшее - это бегство от реальности не ощущается как бегство. Настрой на глобальный спад должен давать то, что суровые факты будут восприниматься без содрогания. Однако такое будущее не оказалось бы чем-то новым: оно толкнуло бы нас по направлению к подобной нищете прошлого Европы или настоящего стран третьего мира. Настоящая смелость требует встречать реальность лицом к лицу, встречать ускоряющиеся изменения в мире, которые не имеют автоматической остановки. Это ставит огромные и крайне существенные интеллектуальные, моральные и политические задачи.
Предостережения о ложных границах приносит двойной вред. Во-первых, они дискредитируют саму идею ограничений, притупляя интеллектуальный инструмент, который нам необходим, чтобы понять наше будущее. Но что хуже, такие предостережения отвлекают внимание от настоящих проблем. В западном мире существует живая политическая традиция, которая поощряет подозрительность к технологии. До той степени, пока вначале она дисциплинирует свои подозрения, проверяя их относительно реальности и далее выбирая работоспособные стратегии для управления изменением, эта традиция может вложить многое в выживание жизни и цивилизации. Но люди, озабоченные технологией и будущим - ограниченный ресурс. Мир не может себе позволить расточать их усилия на бесплодные кампании, чтобы остановить глобальный поток технологии узким веником западных движений протеста. Грядущие проблемы требуют более тонких стратегий.
Никто не может пока сказать наверняка, какие проблемы окажутся наиболее важными, или какие стратегии окажутся наилучшими для их разрешения. Однако мы уже можем видеть новые проблемы огромной важности, и мы можем различить стратегии с различной степенью перспективности. Короче говоря, мы можем видеть достаточно о будущем, чтобы идентифицировать цели, которые стоят того, чтобы им следовать.
Глава 11. МАШИНЫ РАЗРУШЕНИЯ
И я не сомневаюсь, что самыми грозными из всех армий, о которых когда-либо слышали на земле, является тот вид солдат, которые за их малостью не видимы.
Сэр Уильям Перри, о микробах, 1640 год.
Размножающиеся ассемблеры и мыслящие машины создают принципиальные угрозы для людей и жизни на Земле. Сегодняшние организмы имеют способности далеко от пределов возможного, и наши машины эволюционируют быстрее, чем мы сами. В пределах нескольких десятилетий представляется вероятным, что они на превзойдут. Если мы не научимся жить с ними в безопасности, наше будущее вероятно будет и восхитительным, и коротким. Мы не можем надеяться предвидеть все проблемы впереди, однако, уделяя внимания большим, принципиальным моментам, мы, возможно, в состоянии предвидеть наиболее значительные задачи и получить некоторое представление о том, как с ними иметь дело.
Без сомнения, будут написаны целые книги о грядущих социальных сдвигах: что случится с глобальным порядком, когда ассемблеры и автоматический инжиниринг исключать необходимость в большей части международной торговли? Как общество изменится, когда отдельные люди смогут жить независимо? Что мы будем делать, когда размножающиеся ассемблеры смогут производить почти все что угодно без человеческого труда? Что мы будем делать, когда системы ИИ смогут думать быстрее, чем люди? (И до того, как они придут к заключению, что люди отчаются что-либо делать или создавать, авторы могут рассмотреть, как бегуны относятся к машинам, или как художники относятся к камерам.)
В действительности авторы уже почти предвидели и проговорили несколько из этих моментов. Каждый из них - дело необычайной важности, но более фундаментальным, чем любой из них является выживание жизни и свобода. В конце концов, если жизнь или свобода исчезнут, то наши идеи о социальных проблемах больше не будут иметь значения.
Угроза от машин
В главе 4 я описал кое-что из того, что воспроизводящиеся ассемблеры будут делать для нас, если мы будем с ними правильно обращаться. Приводимые в движение топливом или солнечным светом, они будут способны делать почти все что угодно (включая их самих) из широко распространенных материалов.
Живые организмы также приводятся в движение топливом или солнечным светом, и также делают большую часть себя из широко распространенных материалов. Но в отличие от систем, основанных на ассемблерах, они не могут делать "почти все что угодно".
Генетическая эволюция ограничила жизнь системами, построенными на ДНК, РНК и рибосомах, но эволюция мимов принесет машины, подобные жизни, построенные на нанокомпьютерах и ассемблерах. Я уже описал, чем построенные из ассемблеров молекулярные машины будут отличаться от построенных на рибосомах машинах жизни. Ассемблеры будут способны строить все то, что способны рибосомы, и более того; репликаторы на базе ассемблеров, следовательно, будут способны делать все, что может жизнь, и более того. С точки зрения эволюции, это создает очевидную угрозу выдрам, людям, кактусам и папоротникам - всей богатой фабрике биосферы и всему, что мы ценим.
Ранние компьютеры, построенные на транзисторах, вскоре обошли самые лучшие компьютеры на электронных лампах, потому что они были сделаны из устройств более высокого уровня. По той же причине, ранние репликаторы, построенные на ассемблерах, могли бы обойти самые совершенные из современных организмов. "Растения" с "листьями" не более эффективными, чем сегодняшние солнечные элементы, могли бы выиграть конкуренцию у настоящих растений, наводняя биосферу несъедобной листвой. Однако, всеядные "бактерии" могли бы выиграть конкуренцию у настоящих бактерий: они могли бы распространиться как летящая пыльца, стремительно размножаясь и сведя биосферу в пыль за считанные дни. Опасные репликаторы могли бы легко быть слишком жесткими, маленькими и быстро распространяющимися, чтобы их остановить - по крайней мере если мы не сделаем никаких приготовлений. У нас достаточно проблем с контролем над вирусами и фруктовыми мушками.
Среди знатоков нанотехнологии эта угроза стала известна как "проблема серой липкой массы". Хотя массы бесконтрольных репликаторов не обязательно должны быть серыми или липкими, термин "серая липкая" подчеркивает, что репликаторов, способных уничтожить жизнь, может быть меньше в шприце, чем одного вида травяных жучков. Они могли бы быть "высшими" в эволюционном смысле, но это не обязательно сделало бы их ценными. Мы научились любить мир богатым живыми тварями, идеями, и разнообразием, так что не причины ценить серую массу только за то, что она может распространяться. Действительно, если мы предотвратим ее размножение, тем самым мы докажем наше эволюционное превосходство.
Угроза серой липкой массы делает одну вещь совершенно очевидной: мы не можем себе позволить определенные виды случайностей с размножающимися ассемблерами.
В главе 5 я описал некоторое из того, что будут делать для нас продвинутые системы ИИ, если мы будет правильно с ними обращаться. В конечном счете он будут воплощать структуры мысли заставлять их течь со скоростью, с которой не может сравняться ни один мозг млекопитающего. Системы ИИ, которые работают вместе, также как это делают люди, будут способны думать не просто как отдельные люди, но как целые общества. Опять же, эволюция генов оставила жизнь в определенном состоянии. Опять же, эволюция мимов человеческими существами, и в конечном счете машинами, будут продвигать наши аппаратные средства далеко за пределы жизни. И снова, с точки зрения эволюции это создает очевидную угрозу.
Знание может давать власть, а власть может давать знание. В зависимости от своей природы и своих целей, продвинутые системы ИИ могли бы накопить достаточно знания и власти, чтобы сместить нас, если мы не подготовимся должным образом. И также как с репликаторами, простое эволюционное "превосходство" не обязательно сделает победителей лучшими, исчезнувшие, по всем стандартам, кроме грубой способности конкурировать.
Эта угроза делает одну вещь совершенно очевидной: нам необходимо найти способы жить с мыслящими машинами, чтобы сделать их законопослушными гражданами.
Машины власти
Определенные виды репликаторов и систем ИИ могут столкнуть нас с формами технических средств, способных к быстрому эффективному независимому действию. Но новизна этой угрозы, происходящей от самих машин, не должна нас скрывать от нашего взора более традиционную опасность. Репликаторы и системы ИИ могут также служить как великолепные машины власти, если ими свободно завладеют суверенные государства.
На всем протяжении истории, государства разрабатывали технологии, чтобы расширить свою военную мощь, и государства несомненно будут играть доминирующую роль в разработке репликаторов и систем ИИ. Государства могли бы использовать воспроизводящиеся ассемблеры, чтобы строить арсеналы совершенного оружия, быстро, легко и в огромных количествах. Государства могли бы использовать специальные репликаторы, непосредственно, чтобы вести род биологической войны - войны, которая становится намного более практичной с программируемыми, управляемыми компьютерами "микробами". В зависимости от своих способностей, системы ИИ могли бы служить как оружие разработчиков, стратегов и бойцов. Военное финансирование уже поддерживает и молекулярные технологии, и искусственный интеллект.
Государства могли бы использовать ассемблеры или продвинутые системы ИИ, чтобы достигать неожиданных, дестабилизирующих прорывов. Ранее я говорил о причинах, почему нужно ожидать, что приход воспроизводящихся ассемблеров принесет сравнительно неожиданные изменения: способные быстро размножаться, их могло бы стать огромное количество за считанные дни. Способные делать почти все что угодно, их можно было бы запрограммировать, чтобы копировать имеющееся оружие, но сделанное из более совершенных материалов. Способные работать со стандартными, хорошо понятными компонентами (атомами), они могли бы неожиданно строить вещи, разработанные в ожидании ассемблерной революции. Эти результаты проектирования с опережением могли бы включать программируемые микробы и другие жуткие новшества. По всем этим причинам, государство, которое сделает ассемблерную революцию, могло бы быстро создать решающую военную силу - если не буквально за ночь, то по крайней мере с беспрецедентной скоростью.
Государства могли бы использовать продвинутые системы ИИ для аналогичных целей. Системы автоматической разработки будут ускорять проектирование с опережением и ускорять разработку ассемблеров. Системы ИИ, способные строить лучшие системы ИИ сделают возможным взрыв способностей с последствиями, которые трудно предвидеть. И системы ИИ и воспроизводящиеся ассемблеры дадут государствам возможность увеличивать свои военные возможности на порядки за короткое время.
Репликаторы могут быть более действенны, чем ядерное оружие: чтобы опустошить Землю бомбами, потребовалось бы массы экзотических технических средств и редких изотопов, но чтобы разрушить всю жизнь с помощью репликаторов, потребовалось бы лишь одно пятнышко, состоящее из обычных элементов. Репликаторы составляют ядерной войне что-то вроде компании как потенциальная причина вымиранию, давая более широкий контекст вымиранию, как моральной обеспокоенности.
Вопреки своему потенциалу как машины разрушения, нанотехнология и системы ИИ будут годиться для более тонких способов использования, чем ядерное оружие. Бомба может только взрывать, но наномашины и системы ИИ могли бы проникать, захватывать, изменять и управлять территорией или миром. Даже самая безжалостная полиция бесполезна для ядерного оружия, но она имеет смысл против безумных идей, наркотиков, убийц или других гибких машин власти. С продвинутой технологией государства будут способны консолидировать свою власть над людьми.
Также как гены, мимы, организмы и технические средства, государства эволюционируют. Их институты распространились (с вариациями) на рост, деление, подражание и завоевание. Государства в войне дерутся как звери, но используя граждан как свои кости, мозг и мускулы. Грядущие технологические прорывы поставят государства перед новыми видами давления и возможностей, благоприятствуя резким изменениям в том, как государства себя ведут. Это естественно дает основание для озабоченности. Исторически государства выделялись в кровопролитии и угнетении.
В некотором смысле, государство - это просто сумма людей, образующих организационный аппарат: их действия складываются и образуют его действия. Но то же самое можно сказать о собаке и ее клетках, хотя собака очевидно нечто большее, чем просто группа клеток. И собаки, и государства - эволюционирующие системы, со структурами, которые влияют на то, как ведут себя их части. На протяжении тысяч лет, собаки во многом эволюционировали так, чтобы доставлять удовольствие людям, само их существование зависело от их способности быть использованными людьми, будь то как поводыри, ищейки или солдаты.
Может казаться парадоксальным сказать, что люди имеют ограниченную власть над государствами: в конце концов, не люди ли стоят за каждым действием государства? Но в демократических странах, главы государств оплакивают недостаток своей власти, представители поклоняются интересам групп, бюрократы ограничены правилами, а избиратели, якобы в ответственности за все это, всех их посылают к чертям. Государство действует и люди влияют на него, однако никто не может заявить, что контролирует его. В тоталитарных странах аппарат власти имеет традицию, структуру и внутреннюю логику, которая никого не оставляет свободным, ни правителей, ни тех, кем управляют. Даже короли вынуждены действовать способами, ограниченными традициями монархии и прагматикой власти, если они хотят оставаться королями. Государства - это не люди, хотя они состоят из людей.
Вопреки этому, история показывает, что изменение возможно, даже изменение к лучшему. Но изменения всегда движутся из одной полуавтоматической, нечеловеческой системы к другой - одинаково нечеловеческой, но возможно более гуманной. В нашей надежде на улучшения, мы не должны смешивать государства, которые делают человеческое лицо с государствами, которые имеют гуманные институты.
Описание государств как квази-организмов схватывает только один аспект сложной реальности, однако он подсказывает, как они могут эволюционировать в ответ на грядущие прорывы. Рост власти правительства, наиболее хорошо заметный в тоталитарных странах, предлагает одно направление.
Государства могли бы стать в большей степени подобными организмам, имея влияние на свои части более сильно. Используя воспроизводящиеся ассемблеры, государства могли бы заполнить среду людей миниатюрными устройствами надзора. Используя изобилие понимающих речь систем ИИ, они могли бы слушать каждого, не используя половину населения в качестве шпионов. Используя нанотехнологию как это было предложено для машин ремонта клеток, они могли бы с минимальными издержками успокоить, провести лоботомию, или еще как-то модифицировать целые народы. Это могло бы просто могло бы расширить слишком известную картину. Мир уже содержит правительства, которые шпионят, пытают и кормят наркотиками; усовершенствованная технология просто расширит возможности.
Но с усовершенствованной технологией государствам не нужно будет контролировать людей - они просто вместо этого могли бы отказаться от людей. Большинство людей в большинстве государств, в конце концов, действуют в качестве работников-муравьев, которые либо трудятся над личинками, либо охраняют их, а большая часть из этих работников делает, двигает или выращивает вещи. Государство с воспроизводящимися ассемблерами не нуждалось бы в такой работе. Что более важно, продвинутые системы ИИ могли бы заменить инженеров, ученых, администраторов, и даже лидеров. Комбинация нанотехнологии и продвинутого ИИ сделает возможными разумных и эффективных роботов; с такими роботами, государство могло бы процветать, уволив кого угодно, или даже (в принципе) всех.
Значение этой возможности зависит от того, существуют ли государство для того, чтобы служить людям, или люди существуют для того, чтобы служить государству.
В первом случае мы имеем государство, сформированное людьми, чтобы служить общечеловеческим целям; демократии имеют тенденцию быть по крайней мере грубым приближением к этому идеалу. Если демократически управляемое правительство теряет свою необходимость в людях, это по сути означает, что ему не нужно больше использовать людей как чиновников и налогоплательщиков. Это откроет новые возможности некоторые из которых могут оказаться желательными.
Во втором случае, мы имеем государство, которое развилось, чтобы эксплуатировать людей, возможно по тоталитарному принципу. Государства нуждаются в людях как в работниках, потому что человеческий труд являлся необходимым основанием для власти. Что более важно, геноцид был дорогим и проблематичным для организации и выполнения. Однако в этом веке тоталитарные государства убивали своих граждан миллионами. Усовершенствованная технология сделает работников ненужными, а геноцид легко исполнимым. История свидетельствует, что тоталитарные государства могут тогда вообще уничтожить людей. В этом есть некоторое утешение. Кажется вероятным, что государство, желающее и способное поработить нас биологически, вместо этого бы просто нас убило.
Угроза совершенной технологии в руках правительств делает одну вещь совершенно очевидной: мы не можем позволить себе дать деспотическому государству взять первенство в грядущих прорывах.
Основная проблема, которую я обрисовал - очевидна: в будущем, также как и в прошлом, новые технологии будут годиться для аварий и злоупотребления. Поскольку репликаторы и думающие машины будут давать огромную новую власть, эта возможность аварий и злоупотребления будет также огромен. Эти возможности создают реальные угрозы нашим жизням.
Большинство людей хотело бы иметь возможность жить и быть свободными выбирать, как им жить. Эта цель может не звучать слишком утопичной, по крайней мере в некоторых частях света. Это не означает принуждение жизни каждого к соответствию какому-то грандиозному плану; это главным образом означает, чтобы избежать порабощения и смерти. Однако, также как достижение утопичной мечты, это принесет будущее чудес.
Учитывая эти проблемы жизни и смерти и эту общую цель, мы можем рассмотреть, какие меры могли бы нам помочь достичь успеха. Наша стратегия должна включать людей, принципы и институты, но также она должна основываться на тактике, которая неизбежно будет включать технологию.
Системы, которым можно доверять
Чтобы использовать такие мощные технологии безопасно, мы должны делать технические средства, которым мы можем доверять. Чтобы иметь доверие, мы должны быть способны тщательно оценивать технические факты - способность, которая в свою очередь будет зависеть отчасти от качества наших способов оценки. Более существенно, однако, она будет зависеть от того, будет ли заслуживающие доверие технические средства физически возможны. Это - вопрос надежности компонентов и систем.
Часто мы можем делать надежные компоненты, даже без помощи ассемблеров. "Надежные" не значит "неразрушимые" - все что угодно разрушится, если его поместить достаточно близко к ядерному взрыву. Это даже не означает "стойкий" - телевизор может быть надежным, однако он не выдержит удара о бетонный пол. Скорее, мы называем что-то надежным, когда мы можем рассчитывать, что оно будет работать, как задумано.
Надежный компонент не обязательно должен быть совершенным воплощением совершенной конструкции: ему только нужно быть достаточно хорошим воплощением достаточно предусмотрительной конструкции. Инженер, который строит мост, может не быть уверен насчет силы ветра, нагрузки движения по мосту, и прочности стали, но предполагая высокий ветер, интенсивное движение и непрочную сталь, инженер может сконструировать мост, который сможет выдержать.
Неожиданные отказы компонентов обычно проистекают из физических дефектов. Но ассемблеры будут строить компоненты, которые имеют пренебрежимо малое число атомов не на своем месте - ни одного, если будет в том необходимость. Это сделает их идеально унифицированными и в ограниченном смысле - совершенно надежными. Однако излучение будет все равно вызывать повреждение, поскольку космические лучи могут неожиданно выбивать атомы из чего угодно. В достаточно малых компонентах (даже в современных компьютерных устройствах памяти), отдельная частица излучения может вызвать отказ.
Но системы работают, даже когда их части перестают работать; ключ к этому - избыточность. Представьте мост, подвешенный на канатах, которые случайным образом обрываются, каждый около одного раза в год в непредсказуемый момент времени. Если мост упадет когда порвется канат, его будет использовать слишком опасно. Однако представьте, что чтобы починить канат требуется один день (потому что квалифицированная команда ремонтников с запасными канатами вызывается как только необходимо), и что, хотя необходимо пять канатов, чтобы поддерживать мост, есть на самом деле шесть. Теперь один канат рвется, и мост все равно остается на своем месте. Закрыв движение и далее заменив порвавшийся канат, операторы моста могут восстановить безопасность. Чтобы разрушить этот мост, в этот же день должен порваться второй кабель, также как и первый. Поддерживаемый шестью канатами, каждый имеющий 1 из 365 шансов порваться, мост вероятно выдержит около 10 лет.
Во время перестройки он остается ужасным. Однако мост с десятью канатами (пять необходимых и пять дополнительных) упадет только если шесть канатов порвутся в тот же день: система поддержки вероятно выдержит более десяти миллионов лет. С пятнадцатью канатами ожидаемая продолжительность жизни - более чем в десять тысяч раз больше возраста Земли. Избыточность может давать экспоненциальный взрыв безопасности.
Избыточность работает лучше всего, когда избыточные компоненты действительно независимы. Если мы не доверяем процессу конструирования, то мы должны использовать компоненты, разработанные независимо; если бомба, пуля или космический луч может повредить несколько соседних частей, то мы должны распределить избыточные части более широко. Инженеры, которые хотят обеспечить надежное сообщение между двумя островами не должны просто добавлять канаты к мосту. Им нужно построить два хорошо разделенных моста, использующих различные конструкции, далее добавить туннель, паром и пару островных аэропортов.
Компьютерные инженеры также используют избыточность. Стратус Компьютер Инк., например, производит машину, которая использует центральные обрабатывающие блоки (в двух частях) для выполнения работы одной, но для выполнения значительно более надежно. Каждая часть постоянно проверяет внутреннее соответствие, и вышедшая из строя часть может быть заменена, пока работает ее двойник.
Еще более мощная форма избыточности - разнообразие конструкции. В компьютерных аппаратных средствах это означает использование нескольких компьютеров с различной конструкцией, все работающие параллельно. Сейчас избыточность может корректировать не только отказы в отдельно взятой единице аппаратных средств, но и ошибки ее конструкции.
Многое сделано над проблемой написания больших программ, свободных от ошибок; многие люди считают, что такие программы невозможно разработать и отладить. Но исследователи в УКЛА Компьютер Сайенс Департмент показали, что разнообразие конструкции можно также использовать в программном обеспечении: несколько программистов могут работать над той же самой проблемой независимо, тогда все их программы можно запускать параллельно и выбирать ответ голосованием. Это умножает затраты на написание и работу программ, но это делает получающиеся в результате системы программного обеспечения устойчивыми к ошибкам, которые появляются в некоторых из их частей.
Мы можем использовать избыточность, чтобы контролировать репликаторы. Также как машины ремонта, которые сравнивают множество нитей ДНК будут способны скорректировать мутации в генах клетки, также репликаторы, которые сравнивают множество копий своих инструкций (или которые используют другие эффективные системы исправления ошибок) будут способны сопротивляться мутациям в этих "генах". Избыточность может снова принести экспоненциальный рост безопасности.
Мы можем строить системы, которые крайне надежны, но это повлечет издержки. Избыточность делает системы более тяжелыми, громоздкими, более дорогими и менее эффективными. Нанотехнология, однако, сразу сделает большую часть вещей намного более легкими, дешевыми и более эффективными. Это сделает избыточность и надежность более практичными.
Сегодня, мы редко хотим платить за самую безопасную из возможных систем; мы терпим с большей или меньшей охотой отказы и редко рассматриваем реальные пределы надежности. Это создает предвзятые суждения о том, что мы можем достичь. Психологический фактор также искажает наше чувство, насколько надежными можно сделать вещи: отказы застревают у нас в уме, но каждодневный успех привлекает мало внимания. СМИ усиливает эту тенденцию, сообщая о самых драматических отказах со всего мира, при этом игнорируя бесконечные и скучные удачи. Еще хуже, что компоненты избыточных систем могут отказывать видимым образом, вызывая тревогу: представьте, как СМИ сообщили бы о порвавшемся канате моста, даже если бы мост был бы супер-безопасной пятнадцати-канатной моделью, описанной выше. И поскольку каждый дополнительный избыточный компонент добавляет шанс отказа системы, надежность системы может казаться хуже даже когда она почти совершенна.
Если отложить в сторону то, что кажется, избыточные системы сделанные из избыточных, безупречных компонентов могут часто быть сделаны почти идеально надежными. Избыточные системы, распределенные на достаточно широкие расстояния выдержат даже пули и бомбы.
Но что можно сказать об ошибках конструкции? Наличие десятка избыточных частей не даст никакой пользы, если они делят общую критическую ошибку в конструкции. Разнообразие конструкции - один ответ; хорошее тестирование - другой. Мы можем надежно разрабатывать хорошие конструкции не будучи хорошими в надежности конструкторами: нам только нужно уметь хорошо тестировать, исправлять ошибки и быть терпеливыми. Природа разработала работающие молекулярные машины целиком через безголовую починку и тестирование. Имея разум, мы можем делать не хуже или лучше.
Мы найдем несложным разработать надежные технические средства, если мы сможем разработать надежные автоматические системы разработки. Но это ставит более широкий вопрос о разработке систем искусственного интеллекта, которым можно доверять. У нас будет мало проблем в создании систем ИИ с надежной аппаратной базой, но как насчет их программных средств?
Подобно сегодняшним системам ИИ и человеческому разуму, продвинуты системы ИИ будут синергетическими комбинациями большого количества простых частей. Каждая часть будет более специализирована и менее интеллектуальна, чем система в целом. Некоторые части будут искать структуры в картинках, звуках и других данных, и подсказывать, что они могут обозначать. Другие части будут сравнивать и оценивать подсказки этих частей. Также как распознаватель структур в человеческой зрительной системе страдает от ошибок и зрительных иллюзий, также страдают и распознаватели в системах ИИ. (действительно, некоторые продвинутые системы машинного зрения уже страдают от знакомых зрительных иллюзий.) И также как другие части человеческого разума могут часто идентифицировать и компенсировать иллюзии, также будут способны и другие части систем ИИ.
Как в человеческом разуме, интеллект будет включать части ума, которые будут производить приблизительные догадки, а другие части будут откидывать наиболее плохие догадки до того, как они привлекут слишком много внимания или повлияют на важные решения. Умственные части, которые отвергают идеи действия по этическим основаниям, соответствуют тому, что мы называем совестью. Системы ИИ со многими частями будут иметь место для избыточности и разнообразия конструкции, делая надежность возможной.
Настоящая гибкая система ИИ должна развивать идеи. Чтобы это делать, она должна находить или формировать гипотезы, генерировать варианты, тестировать их, и далее модифицировать или отбрасывать те, которые она находит неадекватными. Исключение некоторых из этих способностей сделало бы ее глупой, упрямой или невменяемой ("Тупая машина не может думать и не будет учиться на своих ошибках - выброси ее!"). Чтобы избежать ловушки начальных заблуждений, ей придется рассматривать противоречивые взгляды, смотря, насколько хорошо каждый объясняет данные, и смотря, может ли один взгляд объяснить другой.
Научное сообщество проходит через подобный процесс. В статье с названием "Метафора научного сообщества", Вильям А. Корнфельд и Карл Хьювитт из лаборатории искусственного интеллекта MIT высказывают мысль, что исследователи ИИ моделируют модели своих программ еще более близко к развившейся структуре научного сообщества. Они указывают на плюрализм науки, на ее разнообразие конкурирующих создателей теорий, сторонников и критиков. Без создателей теорий, идеи не могут появиться; без сторонников, она не может расти; а без критиков, которые пропалывают их, плохие идеи могут вытеснить хорошие. Это остается верным для науки, технологии, в системах ИИ, а также между частями наших умов.
Наличие мира, полного разнообразия и изобилующего авторами теорий, сторонниками и критиками - это то, что делает продвижение науки и технологии вперед надежным. Если будет больше авторов теорий, будет больше хороших теорий; если будет больше критиков - плохие теории будут более уязвимыми. Лучшие и более многочисленные идеи будут результатом. Подобная форма избыточности может помочь системам ИИ разрабатывать достоверные идеи.
Люди иногда направляют свои действия стандартами истины и этики, и нам нужно быть в состоянии разработать системы ИИ, чтобы они делали то же самое, но более надежно. Способные думать в миллионы раз быстрее чем мы, они будут иметь больше времени для дополнительных размышлений. Похоже, что системы ИИ можно сделать такими, чтобы им можно было доверять, по крайней мере по человеческим стандартам.
Я часто сравнивал системы ИИ с отдельными человеческими умами, но подобие не обязательно должно быть близким. Система, которая способна подражать человеку, возможно должна быть подобна человеку, но система автоматической разработки - вероятно не обязательно. Одно предложение (называемое системой Агора, в честь греческого слова, обозначающего встречу и рыночную площадь) состояло бы в том, чтобы много независимых кусочков программ, которые взаимодействуют, предлагая друг другу услуги в обмен на деньги. Большинство кусочков было бы простоватыми узколобыми специалистами, некоторые способные подсказывать изменение конструкции, а другие - анализировать его. Во многом также, как земная экология разработала экстраординарные организмы, также эта компьютерная экономика могла бы разрабатывать экстраординарные конструкции - и, возможно, сравнительно безмозглым способом. Что более важно, поскольку система была бы распределена по многим машинам и имела бы части написанные многими людьми, она могла бы быть разнообразной, устойчивой и затрудненной для любой группы чтобы захватить и использовать во вред.
В конце концов так или иначе, системы автоматической разработки будут способны разрабатывать вещи более надежно чем любая группа людей-инженеров может сегодня. Наша большая задача будет сконструировать их правильно. Нам нужны человеческие институты, которые надежно разрабатывают надежные системы.
Человеческие институты - это развившиеся искусственные системы, и они могут часто решать проблемы, которые отдельные члены - не могут. Это делает их чем-то вроде "искусственных интеллектуальных систем." Корпорации, армии, и исследовательские лаборатории - это все примеры, также как более свободные структуры рынка или научного сообщества. Даже правительства могут рассматриваться как системы искусственного интеллекта - большие, медлительные, одурманенные, однако сверхчеловеческие в своих реальных способностях. И что есть конституциональный контроль и баланс, как не попытка увеличить надежность правительства через институциональное разнообразие и избыточность? Когда мы строим интеллектуальные машины, мы будет использовать их, чтобы проверять и создавать баланс одной над другой.
Применяя эти разумные принципы, мы можем быть в состоянии разработать надежные техники ориентированные институты, имеющие сильный контроль ошибок и балансы, и тогда использовать их, чтобы руководить разработкой систем, которые нам понадобятся, чтобы управляться с будущими прорывами.
Тактика ассемблерной революции
Некоторая сила в мире (заслуживающая доверия или нет) возьмет первенство в разработке ассемблеров; назовем ее "ведущей силой". Из-за стратегической важности ассемблеров, ведущая сила предположительно будет некоторой организацией или институтом, который эффективно контролируется каким-то правительством или группой правительств. Чтобы упросить вопрос, предположим на минуту, что мы (хорошие ребята, пытающиеся быть мудрыми) можем определить способ поведения для ведущей силы. Для граждан демократических государств, принять это - кажется хорошей позицией.
Что нам следует делать, чтобы улучшить наши шансы достижения такого будущего, в котором стоит жить? Что мы можем сделать?
Начнем с того, что не должно случиться: мы должны не позволить отдельному воспроизводящемуся ассемблеру неправильного типа выйти на свободу в неподготовленный мир. Эффективные приготовления кажутся возможными (как я это опишу ниже), но, по-видимому, они должны быть основаны на построенных ассемблерами системах, которые могут быть построены только после того, как опасные репликаторы уже смогут быть возможными. Разработка с опережением может помочь ведущей силе подготовиться, однако даже энергичные предусмотрительные действия кажутся неадекватными, чтобы предотвратить момент опасности. Аргумент простой: опасные репликаторы будет намного проще разработать, чем системы, которые могут помешать им, также как бактерия намного проще иммунной системы. Нам будет нужна тактика для сдерживания нанотехнологии, пока мы не научимся ее приручать.
Одна очевидная тактика - изоляция: ведущая сила будет способна содержать репликаторные системы за многочисленными стенами или в космических лабораториях. Простые репликаторы не будут иметь интеллекта, и они не будут разрабатываться, чтобы убежать и пойти буйствовать. Сдерживание их не кажется слишком сложной задачей.
Но лучше, чтобы мы могли разработать репликаторы, которые не могут убежать и начать буйствовать. Мы можем построить их со счетчиками (такими как в клетках), которые ограничивают их до фиксированного числа копий. Мы можем строить их так, чтобы они нуждались в особом синтетическом "витамине", или в очень специфической среде, которую можно обеспечить только в лаборатории. Хотя репликаторы можно было бы делать более стойкими и более прожорливыми, чем любые современные насекомые, мы также можем сделать их полезными, но безопасными. Поскольку мы будет разрабатывать их с нуля, репликаторы не обязательно должны иметь элементарные способности к выживанию, которые эволюция встроила в живые клетки.
Далее, им не обязательно нужно быть способными эволюционировать. Мы можем дать репликаторам избыточные копии их "генетических" инструкций, вместе с механизмами ремонта, чтобы исправлять любые мутации. Мы можем разработать их так, чтобы они переставали работать задолго до того, как накопится достаточно повреждений, чтобы сделать продолжительную мутацию значимой возможностью. Наконец, мы можем разработать их так, чтобы эволюция не происходила даже если мутации могли бы случаться.
Эксперименты показывают, что большинство компьютерных программ (иных, чем специально разработанные программы ИИ, такие как Эвриско доктора Лената) редко отвечают на мутации при небольшом изменении; вместо этого они просто перестают работать. Поскольку они не могут разнообразиться полезными способами, они не могут эволюционировать. Если они не разработаны специально для этого, репликаторы, направляемые нанокомпьютерами, будут разделять этот недостаток. Современные организмы достаточно хорошо способны эволюционировать отчасти потому что они произошли от предшественников, которые эволюционировали. Они научились в процессе эволюции эволюционировать; это - одна причина сложностей полового воспроизводства и перемешивания сегментов хромосом во время производства клеток спермы и яйцеклеток. Мы можем просто отказаться дать репликаторам подобные способности.
Для ведущей силы будет легко сделать воспроизводящиеся ассемблеры полезными, безопасными, и устойчивыми. Оберегая ассемблеры от того, чтобы их украли и использовали во вред - другая и более серьезная проблема, потому что это будет игра с разумными противниками. Как одна из тактик, мы можем снизить побудительный мотив украсть ассемблеры, делая их доступными в безопасных формах. Это также снизит желание других групп разрабатывать ассемблеры независимо. За ведущей силой, в конце концов последуют силы, следующие за ней.
Ограниченные ассемблеры
В главе 4 я описал, как система ассемблеров в чане могла бы построить великолепный ракетный двигатель. Также я отметил, что мы будем способны сделать системы ассемблеров, которые действуют подобно семенам, поглощая солнечный свет и обычные материалы и вырастая почти во что угодно. Эти специализированные системы не будут реплицировать себя, или будут это делать только ограниченное число раз. Они будут делать только то, что они были запрограммированы делать, когда им говорят это сделать. Любой, у кого нет специальных инструментов, построенных ассемблерами, был бы неспособен перепрограммировать их, чтобы они служили другим целям.
Используя ограниченные ассемблеры этого типа, люди будут способны сделать все что они хотят и сколько хотят, но в пределах ограничений, встроенных в эти машины. Если никакие из них не будут запрограммированы, чтобы делать ядерное оружие, никакие и не будут; если никакие из них не будут запрограммированы, чтобы делать опасные репликаторы, никакие и не будут. Если некоторые из них запрограммированы, чтобы делать дома, машины, компьютеры, зубные щетки и что угодно еще, то эти продукты станут дешевыми и изобильными. Машины, построенные ограниченными ассемблерами, дадут нам возможность открыть космос, вылечить биосферу и восстановить человеческие клетки. Ограниченные ассемблеры смогут принести почти неограниченное богатство людям в мире.
Эта тактика облегчит моральное давление, чтобы делать неограниченные ассемблеры доступными немедленно. Но ограниченные ассемблеры будут все еще оставаться легитимные потребности необеспеченными. Ученым будут нужны свободно программируемые ассемблеры, чтобы проводить исследования; инженерам будут они нужны, чтобы тестировать конструкции. Эти потребности будут обслуживаться запечатанными ассемблерными лабораториями.
Запечатанные ассемблерные лаборатории
Представьте компьютерное устройство размером с ваш большой палец, с современным разъемом на его нижней части. Его поверхность выглядит как обычный серый пластик, с пропечатанным серийным номером, однако эта запечатанная ассемблерная лаборатория - построенный ассемблерами объект, который содержит много чего. Внутри, прямо над разъемом, находится большой наноэлектронный компьютер, на котором работает продвинутое программное обеспечение для молекулярного моделирования (основанное на программах, разработанных во время разработки ассемблеров). С этой ассемблерной лабораторией, присоединенной и включенной, ваш построенный с помощью ассемблеров домашний компьютер показывает трех-мерную картинку чего угодно, что лабораторный компьютер моделирует, представляя атомы как цветные сферы. С помощью джойстика вы можете направлять смоделированные ассемблерные манипуляторы на построение вещей. Программы могут двигать манипуляторы быстрее, строя тщательно проработанные структуры на экране в мгновение ока. Это моделирование всегда работает идеально, потому что нанокомпьютер жульничает: тогда как вы заставляете смоделированный манипулятор передвигать смоделированные молекулы, компьютер направляет реальный манипулятор передвигать реальные молекулы. Далее он проверяет результаты везде, где необходимо проверить его вычисления.
Кончик этого объекта размером с большой палец содержит сферу, построенную из многих концентрических слоев. Отличные провода подводят энергию и сигналы через слои; они позволяют нанокомпьютеру внизу сообщаться с устройствами в центре сфер. Самый дальний от центра слой состоит из сенсоров. Любая попытка удалить или проколоть его передает сигнал слою, близкому к сердцевине. Следующий уровень - толстая сферическая раковина из предварительно подвергнутого высокому давлению цельному алмазу, у которого внешние слои растянуты, а внутренние - сжаты. Это окружает слой теплового изолятора, который в свою очередь окружает сферическую оболочку размером с зернышко перца, сделанную из микроскопических, тщательно упорядоченных блоков металла и окислителя. Они сшиты электрическими воспламенителями. Заряд разрушения металла и окислителя далее сжигает за долю секунды, производят газ из металлического оксида, плотнее воды и почти такой же горячий как поверхность Солнца. Но пламя крошечное; оно стремительно остывает и алмазная сфера сдерживает его огромное давление.
Этот разрушительный заряд окружает более маленькую цельную оболочку, которая окружает еще один слой сенсоров, который также вызывает разрушительный заряд. Эти сенсоры окружают полость, которая содержит саму запечатанную ассемблерную лабораторию.
Эти тщательно сделанные предосторожности оправдывают термин "запечатанная". Кто-либо из вне не может открыть пространство лаборатории, не разрушив ее содержимое, и никакой ассемблер или построенные ассемблерами структуры не могут выйти из нее. Система разработана, чтобы выпускать информацию, но не опасные репликаторы и опасные инструменты. Каждый слой сенсоров состоит из многих избыточных слоев сенсоров, каждый предназначенный для определения любого возможного проникновения, и каждый компенсируя возможные дефекты в других. Проникновение, включая заряд уничтожения, поднимает температуру в лаборатории выше точки плавления любого возможного вещества и делает выживание любых опасных устройств невозможным. Эти защитные механизмы объединяются воедино против чего-то около одной миллионной их размера - то есть, чтобы не помещалось в лаборатории, что обеспечивает сферическое рабочее пространство не шире человеческого волоса.
Хотя по обычным стандартам маленькое, это рабочее пространство содержит достаточно места для миллионов ассемблеров и тысяч триллионов атомов. Эти запечатанные лаборатории позволят людям строить и тестировать устройства, даже прожорливые репликаторы в полной безопасности. Дети будут использовать атомы внутри их как конструкторы почти с неограниченным количеством деталей. Любители будут обмениваться программами, чтобы строить различные устройства. Инженеры будут строить и тестировать новые нанотехнологии. Химики, материаловеды и биологи будет строить аппараты и проводить эксперименты. В лабораториях, построенных вокруг биологических экземпляров, биомедицинские инженеры будут разрабатывать и тестировать ранние машины ремонта клеток.
В ходе этой работы люди естественно будут разрабатывать полезные конструкции, будь то для компьютерных схем, прочных материалов, медицинских устройств или чего-то угодно еще. После того как публика поймет их безопасность, эти вещи могут стать доступными вне запечатанных лабораторий с помощью программирования ограниченных ассемблеров на их производство. Запечатанные лаборатории и ограниченные ассемблеры образуют взаимодополняющую пару: первые позволят нам свободно изобретать; вторые дадут нам возможность наслаждаться плодами нашего изобретения в безопасности. Возможность сделать паузу между разработкой и выходом поможет нам избежать смертоносных сюрпризов.
Запечатанные ассемблерные лаборатории дадут возможность целым обществам применять свои творческие способности для решения проблем нанотехнологии. И это ускорит наши приготовления ко времени, когда независимые силы узнают, как строить что-то опасное.
Сокрытие информации
В другой тактике, чтобы выиграть время, ведущая сила может попытаться сжечь мосты, которые она построила от балк-технологии к молекулярной. Это означает уничтожить записи о том, как первые ассемблеры были сделаны (или сделать их абсолютно недоступными). Ведущая сила может быть способна разработать первые, грубые ассемблеры таким образом, что никто не знает детали большего чем маленькая часть целой системы. Представьте, что мы разрабатываем ассемблеры тем путем, как описано в главе 1. Белковые машины, которые мы используем для построения первых грубых ассемблеров затем быстро станут устаревшими. Если мы уничтожим записи о конструкции белков, это затруднит усилия их скопировать, однако не предотвратит дальнейший прогресс в нанотехнологии.
Если запечатанные лаборатории и ограниченные ассемблеры широко доступны, у людей будет мало научной или экономической мотивации повторно разрабатывать нанотехнологию независимо, и сжигание мостов от балк-технологии сделает независимую разработку более сложной. Однако это могут быть не более чем тактики задержки. Они не остановят независимую разработку; человеческое стремление к власти будет подталкивать усилия, которые в конце концов приведут к успеху. Только детальная всеобщая слежка в тоталитарных масштабах могла бы остановить независимую разработку на неограниченное время. Если такая слежка проводилась бы чем-то вроде современного правительства, это было бы лечение, примерно такое же опасное как сама болезнь. И даже тогда, сохраняли бы люди идеальную бдительность навсегда?
По-видимому, мы должны в конце концов научиться жить в мире с репликаторами, которым нельзя доверять. Один тип тактики заключался бы в том, чтобы скрыть за стеной или далеко убежать. Но это - хрупкие методы: опасные репликаторы могли бы слопать стену или пересечь пространство и принести невообразимые несчастья. И хотя стены могут защитить от маленьких репликаторов, никакая неподвижная стена не гарантирует против крупномасштабного организованного злого умысла. Нам потребуется более надежный, гибкий подход.
Активные щиты
Представляется, мы можем построить наномашины, которые действуют примерно так, как белые клетки крови человеческой иммунной системы: устройства, которые могут бороться не только с бактериями и вирусами, но с опасными репликаторами всех сортов. Назовем автоматическую защиту этого рода активным щитом, чтобы отличить от неподвижной стены.
В отличие от обычных технических систем, надежные активные щиты должны делать больше, чем просто взаимодействовать с природой и неуклюжими пользователями. Они должны также уметь управляться с намного более существенной задачей - с целым рядом угроз, которые разумные силы могут сконструировать и построить при более благоприятных обстоятельствах. Построение и улучшение прототипа щитов будет сродни проведению обеими сторонами гонки вооружений в лабораторном масштабе. Но цель здесь будет поиск минимальных требований для защиты, которая надежно преобладает.
В главе 5 я описал, как доктор Ленат и его программа Евриско разработали успешные виды флота, чтобы сражаться по правилам игры-симулятора морской битвы. Аналогичным образом мы можем превратит в игру смертельно серьезные усилия по разработке надежных щитов, используя запечатанные ассемблерные лаборатории различных размеров как игровые поля. Мы можем пригласить множество инженеров, компьютерных хакеров, биологов, любителей и систем автоматического инжиниринга, стравливать свои системы друг против друга в играх, ограниченных только начальными условиями, законами природы и стенами запечатанных лабораторий. Эти конкуренты будут разрабатывать угрозы и щиты в серии микро-сражений с открытым концом. Когда размножающиеся ассемблеры принесут изобилие, люди будут иметь достаточно времени для такой важной игры. В конце концов мы можем тестировать многообещающие системы щитов в космосе в средах, подобных земным. Успех сделает возможным систему, способную защитить человеческую жизнь и земную биосферу от самого худшего, что целые толпы свободных репликаторов могут сделать.
Возможен ли успех?
С нашими сегодняшними неопределенностями мы не можем пока описать ни угрозы, ни щиты с какой-либо точностью. Значит ли это, что мы не можем иметь уверенности, что эффективные щиты возможны? Очевидно мы можем; в конце концов есть разница между знанием, что что-то возможно и знанием как это сделать. А в этом случае мир содержит примеры аналогичного успеха.
Нет ничего фундаментально нового в защите против вторгшихся репликаторов; жизнь это делает на протяжении веков. Размножающиеся ассемблеры, хотя и необычно мощные, будут физическими системами не отличающимися принципиально от тех, что нам уже известны. Опыт подсказывает, что их можно контролировать.
Вирусы - молекулярные машины, которые вторгаются в клетки; клетки используют молекулярные машины (такие как ограничительные ферменты и антитела), чтобы против них защищаться. Бактерии - это клетки, которые вторгаются в организмы; организмы используют клетки (такие как белые кровяные тельца), чтобы против них защищаться. Аналогично общества используют полицию, чтобы защищаться против криминальных элементов и армии, чтобы защищаться против захватчиков. На менее физическом уровне умы используют мимические системы, такие как научный метод, чтобы защищаться против абсурда, а общества используют институты, такие как суды, чтобы защищаться против власти других институтов.
Биологические примеры в предыдущем абзаце показывают, как даже после гонки вооружений в течение миллиарда лет молекулярные машины оказались способны поддерживать защиту против молекулярных репликаторов. Неудачи также широко распространены, но успехи все же показывают, что защита возможна. Эти успехи подсказывают, что мы можем действительно использовать наномашины, чтобы защищать себя против наномашин. Хотя ассемблеры принесут с собой успехи во многих областях, не видно причин, почему они должны навсегда опрокинуть баланс в защите.
Примеры, приведенные выше - какие-либо вторгающиеся вирусы, какие-либо вторгающиеся институты - достаточно разнообразны, чтобы подсказывать, что успешная защита базируется на общих принципах. Кто-то может спросить: почему все эти защиты оказываются успешны? Но перевернем вопрос: почему они должны не иметь успеха? Каждый конфликт сталкивает аналогичные системы друг с другом, не давая атакующей никакого очевидного преимущества. Более того, в каждом конфликте атакующий сталкивается с защитой, которая уже установилась и проверена временем. Защищающийся сражается на собственной территории, дающей ему преимущества, такие как подготовленные позиции, детальное знание местности, заготовленные ресурсы, и многочисленные союзники - когда иммунная система распознает микроб, он может мобилизовать ресурсы всего организма. Все эти преимущества являются общими и фундаментальными, имея мало общего с деталями технологии. Мы можем придать нашим активным щитам те же преимущества перед опасными репликаторами. И им не обязательно нужно сидеть сложа руки, когда опасные виды оружия накапливаются, ничуть не больше, чем иммунная система сидит сложа руки, когда размножаются бактерии.
Было бы сложно предсказать исход гонки вооружений с открытым концом между силами, вооруженными самовоспроизводящимися ассемблерами. Но до того, как эта ситуация может возникнуть, ведущая сила, кажется вероятным, что приобретет временное, но принципиальное военное преимущество. Если исход гонки вооружений - под сомнением, то ведущая сила вероятно использует свою силу, чтобы гарантировать, что никаким противникам не будет позволено ее догнать. Если она это сделает, то активные щиты не будут должны противостоять атакам, обеспечиваемым ресурсами половины континента или половины солнечной системы; вместо этого они будут походить на силы полиции или иммунную систему, встречающие атаки, обеспечиваемые какими бы то ни было ресурсами, которые могут быть собраны в тайне в пределах защищаемой территории.
В каждом случае успешной обороны, которые я упомянул выше, атакующие и щиты развивались по во многом схожим процессам. Иммунная система, сформированная генетической эволюцией, встречает угрозы также сформированные генетической эволюцией. Армии, сформированные человеческими умами, также встречают аналогичные угрозы. Подобным образом и активные щиты, и опасные репликаторы будут сформированы эволюцией мимов. Но если ведущая сила может разработать системы автоматического инжиниринга, которые будут работать в миллионы раз быстрее людей-инженеров, и если она может использовать их в течение всего одного года, то она сможет построить активные щиты, основанные на усилиях, эквивалентных миллионам лет технического прогресса. С такими системами мы можем быть способны исследовать пределы возможного достаточно хорошо, чтобы построить щит против всех физически возможных угроз.
Даже если мы не знаем детали угроз и щитов, кажется разумным считать, что щиты возможны. И примеры мимов, контролирующих мимы, и институтов, контролирующих институты также подсказывают, что системы ИИ могут контролировать системы ИИ.
В построении активных щитов, мы будем способны использовать мощь репликаторов и систем ИИ, чтобы умножать традиционные преимущества защищающейся силы: мы можем дать ей преобладающую силу благодаря изобилию построенных репликаторами технических средств с конструкциями, основанными на эквиваленте миллион-летнего преимущества в технологии. Мы можем строить активные щиты, имеющие силу и надежность, которая посрамит системы прошлого.
Нанотехнология и искусственный интеллект могли бы принести конечные инструменты разрушения, но они не являются разрушительными по своей сути. С осторожностью мы можем их использовать, чтобы построить окончательные инструменты мира.
Глава 12. СТРАТЕГИИ И ВЫЖИВАНИЕ
Тот, кто не применяет новых видов лечения, должен ожидать новых видов зла; время - величайший инноватор.
ФРЭНСИС БЭКОН
В ПРЕДЫДУЩИХ ГЛАВАХ я плотно придерживался основательной почвы технологической возможности. Здесь, однако, я должен пойти дальше в область политики и человеческих действий. Эта почва более неустойчивая, но технологические факты и эволюционные принципы все же обеспечивают устойчивые моменты, на которые можно опираться и исследовать территорию.
Гонка технологий, подгоняемая давлением эволюции, несет нас к беспрецедентным опасностям; нам нужно найти стратегии, чтобы как-то с ними иметь дело. Поскольку мы видим впереди такую огромную опасность, имеет смысл рассмотреть остановку в нашем стремительном движении вперед. Но как мы это можем сделать?
Сдерживание себя
Как отдельные люди, мы могли бы воздерживаться от исследований, которые ведут по направлению к опасным возможностям. Действительно, большинство людей будет воздерживаться, поскольку большая часть из них - не исследователи в первую очередь. Но эта стратегия не остановит прогресс: в нашем разнообразном мире, другие будут двигать дело вперед.
Локальное подавление
Стратегия личного сдерживания (по крайней мере в этом вопросе) отдает простым бездействием. Но как насчет стратегии локального политического действия, лоббирования законов, запрещающих определенные виды исследования? Это было бы личное действие, направленное на оказание давления на коллективное бездействие. Хотя оно могло бы преуспеть в подавлении исследования в городе, районе, стране или даже союзе стран, эта стратегия не поможет нам получить лидерство, вместо этого она бы позволила какой-то силе вне нашего контроля получить это лидерство. Популярное движение этого сорта может остановить исследование только так, где люди имеют власть, и этот величайший возможный успех просто открыл бы дорогу более репрессивным государствам, чтобы стать лидирующей силой.
Там, где затрагивается ядерное оружие, можно доказывать ценность многостороннего разоружения и ненасильственного (или по крайней мере безъядерного) сопротивления. Ядерные вооружения можно использовать, чтобы снести сооружения военного назначения и навести ужас, но они не могут использоваться, чтобы оккупировать территорию и править людьми - не могут прямо. Ядерные вооружения не могли подавить партизанскую войну и социальные беспорядки, поэтому стратегии разоружения и сопротивления имеют определенную долю смысла.
Многостороннее подавление нанотехнологии и ИИ, в отличие от этого, равнялось бы многостороннему разоружению в ситуации, где сопротивление не может работать. Агрессивное государство могло бы использовать эти технологии, чтобы захватывать и властвовать (или истреблять) даже нацию Ганди, или вооруженных и преданных борцов за свободу.
Это заслуживает акцента. Без некоторых новых путей реформирования деспотических государств в мире, простые движения за подавление исследований не могут иметь полного успеха. Без полного успеха, большой успех означал бы несчастья для демократий. Даже если они бы они ни к чему не привели, усилия этого сорта могли бы занять работу и страсть активистов, расточающих редкие человеческие ресурсы на бесплодную стратегию. Более того, усилия по подавлению настроили бы враждебно имеющих отношение к делу исследователей, вызывая столкновения между потенциальными союзниками и растрачивая еще больше человеческих ресурсов. Эта бесплодность и разделенность заставляет избегать этой стратегии.
Тем не менее подавление имеет привлекательность, которую невозможно отрицать. Оно простое и прямое; "Впереди опасность? Давайте ее остановим!" Затем успехи в усилиях по локальному лоббированию обещают краткосрочное вознаграждение: "Впереди опасность? Мы можем ее остановить здесь и сейчас, для начала!" Это начало оказалось бы фальстартом, но никто этого бы не заметил. Идея простого подавления кажется вероятным, что совратит многие умы. В конце концов локальное подавление локальной опасности имеет долгую успешную традицию; если остановить тех, кто загрязняет окружающую среду в конкретно взятом месте, например, это сокращает локальное загрязнение. Усилия по локальному подавлению глобальных опасностей кажется аналогичным, однако могут быть другие последствия. Нам будут нужны локальные организации и политическое давление, но они должны быть построены вокруг работоспособной стратегии.
Соглашения глобального подавления
В более многообещающем подходе, мы могли бы применить локальное давление для переговоров о поддающемся проверке запрету на международном уровне. Аналогичная стратегия могла бы иметь шанс контролировать ядерные вооружения. Остановка нанотехнологии и искусственного интеллекта поставило бы проблемы другого порядка, по крайней мере по двум причинам.
Во-первых, эти технологии менее хорошо определенные, нежели ядерные вооружения: поскольку данная ядерная технология требует определенные изотопы редких металлов, она имеет отличие от других видов деятельности. Она может быть определена и (в принципе) запрещена. Но современная биохимия ведет малыми шажками к нанотехнологии, а современная компьютерная технология ведет малыми шажками к ИИ. Нет никакой определенной линии, которая определяет естественную линию, где нужно остановиться. И поскольку каждое маленькое продвижение будет приносить медицинские, военные и экономические выгоды, как можем мы проводить переговоры по поводу мирового соглашения о том, где остановиться?
Во-вторых, эти технологии более могущественные, чем ядерное оружие: поскольку реакторы и системы вооружения достаточно большие, инспекция могла бы ограничить размеры секретных сил и таким образом ограничить их мощность. Но опасные репликаторы будут микроскопическими, а программы ИИ - нематериальными. Как может кто-то быть уверен, что какая-то лаборатория где-то не находится на краю стратегического прорыва? В долгосрочной перспективе, как может кто-то быть даже уверен, что какой-то хакер в подвале не находится на краю стратегического прорыва? Обычные методы проверки не будут работать, а это делает переговоры и давление по поводу международного запрета просто невозможными.
Давление правильного рода насчет международных соглашений будут делать наш путь более безопасным, но соглашения просто запрещать опасный прогресс очевидно работать не будет. Снова, локальное давление должно быть частью работоспособной стратегии.
Глобальное подавление силой
Если мирные соглашения не будут работать, кто-то может рассмотреть использование военной силы, чтобы подавить опасные успехи. Но из-за проблемы контроля, военное давление само по себе было бы не достаточно. Чтобы подавить продвижение силой вместо этого потребовало бы, чтобы одна сила победила и оккупировала враждебные силы, вооруженные ядерным оружием - вряд ли безопасная политика. Далее, победившая сила была бы сама главной технологической силой с мощной военной силой и демонстрирующейся готовностью ее использовать. Можно ли в этом случае доверять такой силе, чтобы она подавила собственный прогресс? Даже если так, можно ли ей доверять, что она сможет поддерживать бесконечную, вездесущую бдительность по всему миру? Если нет, тогда угрозы в конце концов возникнут в тайне, и в мире, где открытая работа над активными щитами предотвращена. Вероятным результатом будет катастрофа.
Военная сила в демократических странах имеет большие выгоды, но военная сила сама по себе не может разрешить нашу проблему. Мы не можем выиграть безопасность с помощью стратегии завоевания и подавления исследований.
Эти стратегии остановки исследования - будь то через личное бездействие, локальное бездействие, договорные соглашения или завоевание мира - все это выглядит обреченным на провал. Однако противодействие прогрессу будет иметь свою роль, потому что нам будет нужно выборочная, умно нацеленная задержка, чтобы отсрочить угрозы до того, как мы к ним подготовимся. Давление со стороны бдительных активистов будет важным, но чтобы помочь управлять прогрессом, а не остановить его.
Односторонний прогресс
Если попытки подавить исследования по ИИ и нанотехнологии кажутся бесполезными и опасными, чему из противоположного следовать - односторонние как можно больше усилия? Но это также представляет проблемы. Мы в демократиях вероятно не можем производить стратегические прорывы в идеальной секретности. Слишком много людей было бы вовлечено на протяжении слишком многих лет. Поскольку правительство СССР узнало бы о наших усилиях, их реакция оказалась бы очевидной озабоченность, и они бы несомненно рассматривали бы большой прорыв с нашей стороны как большую угрозу. Если нанотехнология была бы разработана как часть секретной военной программы, их информационные аналитики опасались бы разработки тонкого, но решающего оружия, возможно основанного на запрограммированных "микробах". В зависимости от обстоятельств, наши оппоненты могли бы решить атаковать, пока они еще могут. Важно, чтобы демократии сохраняли лидерство в этих технологиях, но было бы наиболее безопасно, если мы сможем как-то сочетать эту силу с совершенно неугрожающими видами политики.
Баланс сил
Если мы следуем любой из вышеназванных стратегий, мы неизбежно вызовем сильный конфликт. Попытки подавить нанотехнологию и ИИ столкнули бы потенциальную силу, которая будет заниматься подавлением, с жизненными интересами исследователей, корпораций, военных учреждений и медицинских пациентов. Попытки достичь одностороннего прогресса в этих технологии столкнет кооперирующиеся демократии против жизненно важных интересов наших оппонентов. Все стратегии будут вызывать конфликт, но должны ли все стратегии серьезно раскалывать западные общества и весь мир?
В поиске серединного пути, мы могли бы пытаться найти баланс сил, основанный на балансе технологий. Это по-видимому расширило бы ситуацию, которая сохраняла определенную меру мирного сосуществования на протяжении четырех десятилетий. Но ключевое слово здесь - "по-видимому": грядущие прорывы будут столь стремительными и дестабилизирующими, чтобы старый баланс продолжал существование. в прошлом, страна могла испытывать технологическое отставание на несколько лет и все же поддерживать приблизительный военный баланс. Однако, со стремительными репликаторами и продвинутым ИИ, задержка на единственный день могла бы быть фатальной. Стабильный баланс значит слишком много, чтобы на него полагаться.
Кооперативная разработка
В принципе существует способ гарантировать технологический баланс между кооперирующимися демократиями и советским блоком: мы могли бы разрабатывать технологии в кооперации, делясь инструментами и информацией. Хотя это имеет очевидные проблемы, по крайней мере это несколько более практично, чем оно может казаться на первый взгляд.
Возможно ли договорить о кооперации? Провалившиеся попытки заключить договоры об эффективном контроле на вооружениями приходят на ум, и кооперация могла бы казаться еще более сложной и трудной для воплощения. Но действительно ли это так? В контроле над вооружениями каждая сторона пытается предотвратить действия другой; это укрепляет их враждебные отношения. Далее, это возбуждает конфликты внутри каждого лагеря между группами, которые за ограничение вооружений и группами, которые существуют, чтобы производить вооружения. Хуже всего, что переговоры вращаются вокруг слов и их значений, но каждая сторона имеет собственный язык и мотив повернуть значения так, как ей нужно.
Кооперация, напротив, включает работу обеих сторон, над общей целью; это имеет свойство стирать враждебную природу отношений. Далее, это может уменьшить конфликты в пределах каждого лагеря, поскольку совместные усилия создавали бы проекты, а не уничтожали бы их. Наконец, обе стороны обсуждают свои усилия на общем языке - языке математики и диаграмм, используемом в науке и конструировании. Также кооперация имеет четкие видимые результаты. В середине 1970-х, США и СССР запустили совместный космический полет, и до тех пор пока политические трения не увеличились, они закладывали предварительные планы на совместную космическую станцию. Это были не отдельные случаи, в космосе и на земле; совместные проекты и технический обмен происходил на протяжении лет. При всех ее проблемах, технологическая кооперация доказал по крайней мере, что она не более сложна, чем контроль над вооружениями - возможно даже более проста, учитывая огромные усилия, прикладываемые к последнему.
Любопытно, что там, где затрагивается нанотехнология и ИИ, кооперация и эффективный контроль над вооружениями имели бы базовое сходство. Проверка соглашения по контролю над вооружениями потребовала бы постоянных и детальных инспекций лабораторий с каждой стороны экспертами с другой стороны - отношения, такие же близкие как при самой тесной вообразимой кооперации.
Но чего бы достигла кооперация? Она могла бы гарантировать баланс, но баланс не гарантирует стабильности. Если два вооруженных человека встречают друг друга лицом к лицу с готовым к бою оружием и большим страхом, их силы сбалансированы, но тот, кто выстрелит первым, может убрать угрозу другого. Совместные усилия в развитии технологии, если их тщательно не планировать и не контролировать, дали бы каждой стороне грозное оружие, в то время как обеспечивали бы другой стороне щит. Кто мог бы быть уверен, что ни одна сторона не найдет способ сделать обезоруживающий удар безнаказанно?
Даже если это можно было бы гарантировать, как насчет проблемы других сил, а также любителей и случайностей?
В предыдущей главе я описал решение этих проблем: разработка, тестирование и создание активных щитов. Они предлагают новое средство для лечения старой проблемы, и никто еще не предложил ему возможной альтернативы. Пока кто-нибудь не предложит, кажется мудрым рассмотреть, как их можно было бы построить и могли ли бы они создать возможную стратегию, которая способна работать.
Синтез стратегий
Личное сдерживание, локальные акции, выборочная задержка, международное соглашение, односторонняя сила, и международная кооперация - все эти стратегии могут помочь в наших усилиях по разработке активных щитов.
Рассмотрим нашу сегодняшнюю ситуацию. Демократические страны на протяжении десятилетий были ведущими в мире в большинстве областей науки и технологии; мы лидируем сегодня в компьютерных программах и биотехнологии. Вместе мы - ведущая сила. Не видно причин, почему мы не можем поддерживать это лидерство и его использовать.
Как обсуждалось в предыдущей главе, ведущая сила будет способна использовать несколько тактик для управления ассемблерным прорывом. Они включают использование запечатанных ассемблерных лабораторий и ограниченных ассемблеров, и поддержание секретности относительно деталей и начальной разработки ассемблеров. В то время, когда мы будем применять эти (и другие) виды стратегии, мы можем работать, чтобы разработать активные щиты, способные дать нам постоянную защиту против новых опасностей. Это определяет цель. Чтобы ее достичь, наилучшей кажется стратегия, состоящая из двух частей.
Первая часть включает деятельность внутри сотрудничающих демократий. Нам нужно поддерживать лидерство, которое для нас достаточно, чтобы спокойно действовать с осторожностью; если мы чувствуем, что нам можем проиграть гонку, мы вполне можем удариться в панику. Продвижение с осторожностью означает разработку надежных институтов для управления и начальными прорывами и разработкой активных щитов. Те щиты, которые мы разрабатываем, в свою очередь должны разрабатываться так, чтобы помочь нам обеспечить будущее, в котором стоит жить, будущее с местом для разнообразия.
Вторая часть этой стратегии включает стратегии по отношению к сегодняшним враждебным державам. Здесь наша цель должна быть - сохранить инициативу в то время как минимизировать угрозу, которую мы представляем. Технологический баланс не будет работать и мы не сможем себе позволить упустить наше лидерство. Это оставляет силу и лидерство как наш единственный реальный выбор, делая не угрожающую позицию вдвойне сложной, чтобы ее достичь. Здесь снова нам нужны стабильные, надежные институты: если мы можем дать им большую встроенную инерцию относительно их целей, то возможно даже наши оппоненты будут иметь в них меру уверенности.
Чтобы убедить наших оппонентов (и нас самих!), эти институты должны быть настолько открытыми, насколько это возможно, в соответствии с их миссией. Мы можем также суметь построить институты, которые предлагают роль для сотрудничества с Советским Союзом. Предлагая им участие, даже если они откажутся идти на условия, которые мы предложим, мы могли бы предложить какие-то меры для подтверждения наших намерений. Если Советский Союз должен был бы принять, они бы получили общественную ставку в нашем совместном успехе.
Все же, если демократии будут сильными, когда прорывы подойдут, и если мы будем избегать угроз по отношению к контролю любых государств над своей собственной территорией, то наши оппоненты предположительно не будут видеть никаких преимуществ в атаке. Таким образом мы вероятно можем обойтись без кооперации, если необходимо.
Активные щиты против космических видов вооружений
Может быть полезным рассмотреть, как мы могли бы применить идею активных щитов к более обычным областям. Традиционно, оборона требовала оружия, которое также полезно для нападения. Это - одна причина, почему "оборона" стала значить "способность вести войну", и почему усилия по "обороне" дают противникам причину для опасений. Недавно предложенные виды обороны с космическим базированием расширят эту структуру. Почти любые защитные системы ,которые могут разрушать атакующие ракеты, могли бы также разрушать оборону противника - или проводить космическую блокаду, предотвращая построение противником различных видов обороны первым. Такие "виды обороны" попахивают нападением, также как они, по-видимому, и должны, это их работа. И таким образом гонка вооружений собирает себя для следующего опасного прыжка.
Должна ли оборона и нападение быть так близко неразрывными? История заставляет казаться, что это так. Стены только задерживают захватчиков, когда их защищают воины, но воины сами могут выйти, чтобы захватить другие земли. Когда мы представляем оружие, мы естественно представляем человеческие руки, которые его нацеливают и человеческую прихоть, решающую, когда стрелять - и история учит нас бояться самого худшего.
Однако сегодня, первый раз в истории, мы научились, как строить защитные системы, которые принципиально отличаются от оружия как такового. Рассмотрим пример базирования в космосе. Мы сейчас можем разработать устройства, которые чувствуют (выглядит так, как будто тысяча ракет запущена только что), оценивать (выглядит так, как попытка удара первыми), и действовать (пытаться разрушить эти ракеты!). Если система будет стрелять только по большим скопищам летящих ракет, то она не может использоваться для нападения или для космической блокады. Еще лучше, что ее можно было бы сделать так, чтобы она была неспособна различать атакующие стороны. Служа стратегическим интересам своих создателей, она не подчинялась бы каждодневному командованию со стороны чьих бы то ни было генералов. Она бы просто делала космос опасным окружением для ракет любой атакующей стороны. Также как море или гряда гор в предыдущих войнах, она бы не угрожала ни одной из сторон, в то время как обеспечивала бы каждую сторону некоторой защитой против другой стороны.
Хотя она бы использовала военные технологии (сенсоры, отслеживающие устройства, лазеры, наводящиеся снаряды и т.п.) оборона не была бы системой оружия, почему ее роль была принципиально другой. Системам этого типа нужно было бы отличительное имя: они, в действительности, род активного щита - термин, которые может описать любую автоматическую или полуавтоматическую систему, разработанную для защиты без угрозы. Но защищая обе стороны, не угрожая ни одной, активные щиты могли бы ослабить цикл гонки вооружений.
Технические, экономические и стратегические вопросы, поднимаемые активными щитами сложны, и они могут быть, а могут не быть практическими в предассемблерную эру. Если они практические, то будет несколько возможных подходов к их построению. В одном подходе, сотрудничающие демократии построили бы щиты в одностороннем порядке. Чтобы дать возможность другим нациям удостовериться, что система будет и (что более важно) не будет делать, мы могли бы позволить многосторонние инспекции ключевых конструкций, компонентов, и шагов производства. Нам не нужно выдавать все участвующие технологии, почему "знаю что" не то же самое, что "знаю как". В другом подходе, мы бы строили щиты совместно, ограничивая передачу технологии до минимума, необходимого для кооперации и верификации (используя принципы, обсуждаемые в Примечаниях).
У нас больше шанса запретить космические вооружения, чем нанотехнологию, и это могло бы даже быть лучшим способом минимизировать наши краткосрочные риски. В выборе долгосрочной стратегии контроля гонки вооружений, однако мы должны рассматривать больше, чем следующий шаг. Анализ, который я обрисовал в этой главе подсказывает, что традиционные подходы к контролю вооружений, основанные на переговорах о проверяемых ограничениях, не могут справиться с нанотехнологией. Если это так, то нам нужно разработать альтернативные подходы. Активные щиты - что кажется существенным, в конченом счете могут предложить новую стабилизирующую альтернативу гонке вооружений в космосе. Исследуя эту альтернативу, мы можем исследовать основные вопросы, общие для всех активных щитов. Если мы в этом случае их разработаем, мы получим опыт и построим институциональные механизмы, которые могут позже оказаться существенными для нашего выживания.
Активные щиты - новый выбор, основанный на новых технологиях. Чтобы заставить их работать, потребуется творческий, междисциплинарный синтез идей в проектировании, стратегии и международных отношениях. Они предложат новые возможности, которые могут позволить нам избежать старых тупиков. Они очевидно предложат ответ на старый вопрос защиты без угрозы - но не простой ответ.
Власть, зло, некомпетентность и лень
Я обрисовал, как нанотехнология и продвинутый ИИ дадут огромную власть ведущей силе - власть, которая может быть использована чтобы уничтожить жизнь, или чтобы расширить и освободить ее. Поскольку мы не можем остановить эти технологии, представляется, что мы должны как-то справиться с возникновением концентрации власти, большей, чем любая другая в истории.
Нам понадобится подходящая система институтов. Чтобы безопасно управлять сложными технологиями, эта система должна иметь способы оценивать относящиеся к делу факты. Чтобы управлять безопасно большой мощью, она должна включать эффективные способы контроля и балансы, а ее цели и методы должны сохраняться открытыми для тщательного общественного контроля. Наконец, поскольку это поможет нам заложить основы нового мира, лучше, чтобы оно направлялось нашими общими интересами, в рамках надежных принципов.
Мы не начинаем с нуля; мы будем строить на основе тех институтов, которые у нас есть. Они различны. Не все из наших институтов - государственные чиновники в массивных серых зданиях; они включают такие расплывчатые и живые образования, как свободная пресса, исследовательское сообщество и сеть активистов. Эти децентрализованные институты помогают нам контролировать серые бюрократические машины.
Отчасти мы встречаемся с новой версией древней и общей проблемы ограничения злоупотребления властью. Это не представляет никакой значительной, фундаментальной новизны, и принципы и институты либеральной демократии, которым много сотен лет, подсказывают, как это может быть решено. Демократические правительства уже имеют физическую власть, чтобы взорвать континенты и захватить, посадить в тюрьму и убить их жителей. Но мы можем жить с этими возможностями, потому что эти правительства достаточно покорные и стабильные.
Грядущие годы возложат большую ношу на наши институты. Принципы представительного правительства, свободы слова, процесса сбора налогов, правила законов и защита прав человека будут оставаться решающими. Чтобы подготовиться к новым видам бремени, нам понадобится расширить и вдохнуть новую жизнь в эти принципы и институты, которые их поддерживают; защита свободы слова относительно технических вопросов может быть решающей. Хотя мы сталкиваемся с серьезным вызовом, есть повод надеяться, что мы сможем на него достойно ответить.
Есть также, конечно, очевидные причины для сомнения, что мы сможем на него достойно ответить. Но отчаяние заразно и противно, и оставляет людей в подавленном состоянии. Кроме того отчаяние кажется неоправданным, вопреки знакомым проблемам: зло - слишком ли мы злы, чтобы делать правильные вещи? Некомпетентность - слишком ли мы глупы, чтобы делать правильные вещи? Лень - слишком ли мы ленивы, чтобы подготовиться?
Хотя это был бы слишком поспешным предсказывать радужное будущее, эти проблемы не кажутся непреодолимыми.
Демократические правительства - большие, небрежные и иногда безответственные за жестокости, однако они не кажутся злом, в целом, хотя они могут включать людей, которые заслуживают этого ярлыка. В действительности их лидеры получают власть во многом выказывая поддержку общепризнанным идеям добра. Наша главная опасность в том, что стратегии, которые кажутся хорошими, могут вести к несчастью, или что действительно хорошие стратегии не будут найдены, опубликованы и воплощены во время, чтобы возыметь действие. Демократии страдают больше от лени и некомпетентности, чем от зла.
Некомпетентность будет кончено неизбежна, но должна ли она быть фатальной? Мы, человеческие существа, по своей природе глупы и невежественны, однако мы иногда ухитряемся объединить наши кусочки компетентности и знания, чтобы достигать великих вещей. Никто не знает, как долететь до Луны и никто никогда не узнает, однако дюжина людей прошлась по ее поверхности. Мы преуспели в технических вопросах, потому что научились строить институты, которые собирают многих людей вместе, чтобы генерировать и проверять идеи. Эти институты добиваются надежности путем избыточности, и качество их результатов зависит от во многом от того, как сильно это нас заботит и как напряженно мы работаем. Когда мы концентрируем достаточно внимания и ресурсов на надежности, мы часто преуспеваем. Это - то, почему полеты на Луну закончились успешно без гибели в космосе и почему никакое ядерное оружие никогда не было запущено и не взорвалось по случайности. И это то, почему мы можем суметь управлять нанотехнологией и продвинутым ИИ с достаточной осторожностью, чтобы гарантировать компетентную работу. Неустойчивые люди с ограниченными способностями могут объединиться, чтобы образовать стабильные, компетентные институты.
Лень - интеллектуальная, моральная и физическая - кажется возможно нашей самой большой опасностью. Мы можем только отвечать на великие вызовы великими усилиями. Сделают ли достаточно людей достаточные усилия? Никто не может этого сказать, поскольку никто не может сказать за любого другого. Но успех не потребует неожиданного всеобщего прозрения и мобилизации. Он потребует только растущего сообщества людей, пытающихся разработать, опубликовать и воплотить работоспособные решения, и чтобы они имели хорошую и растущую меру успеха.
Это не так невероятно. Забота о технологии стала широко распространенной, также как идея ускоряющегося изменения потребует лучшего предвидения. Лень не поймает в западню каждого, и введенные в заблуждение мыслители не будут вести по ложному направлению усилия всех. Смертоносные псевдо-решения (такие как запрещение исследований) проиграют битву идей, если достаточно людей разоблачат их. И хотя мы сталкиваемся в большим вызовом, успех сделает возможным осуществление великих мечтаний. Великие надежды и страхи могут подвигнуть достаточно людей, чтобы дать возможность человеческой расе выиграть.
Страстное участие и действие не будут достаточны; мы также будем нуждаться в хорошо обоснованных стратегиях. Это потребует больше чем хороших намерений и четких целей: мы должны также отслеживать фактические связи в мире, которые будут связывать то, что мы делаем, с тем, что мы получаем. По мере того, как мы приближаемся к технологическому кризису беспрецедентной сложности, имеет смысл попытаться улучшить наши институты оценки важных технических фактов. Как еще мы можем направлять ведущую силу и минимизировать угрозу последней некомпетентности?
Институты эволюционируют. Чтобы вывести лучшие институты для нахождения фактов, мы можем копировать, адаптировать и расширять наши прошлые успехи. Они включают свободную прессу, научное сообщество, и суды. Все имеют свои достоинства, и некоторые из этих достоинств могут быть объединены.
Глава 13. Нахождение фактов
Страх нельзя запретить, но он может быть спокойным и без паники; и он может быть уменьшен разумом и оценкой.
Ванневар Буш.
Обществу нужны лучшие способы понимания технологии - это давно уже очевидно. Вызовы будущего просто делают нашу потребность более насущной.
Обещания технологии манит нас вперед, а давление конкуренции делает остановку практически невозможной. По мере того, как гонка технологий ускоряется, новые разработки входят в нашу жизнь все быстрее, а фатальные ошибки становятся более вероятными. Нам нужно создать лучший баланс между нашим предвидением и нашей скорость продвижения. Мы не можем сделать много, чтобы замедлить рост технологии, но мы можем ускорить скорость предвидения. И с лучшим предвидением, у нас будет больше шансов направлять гонку технологий в безопасном направлении.
Предлагались различные способы для управления технологией. "Люди должны контролировать технологию" - неплохой лозунг, но он может иметь два возможных значения. Если это значит, что мы должны заставить технологию служить человеческим потребностям, то он вполне имеет смысл. Но если он означает, что люди как целое должны принимать технические решения, то в нем очень мало смысла. Электорат не может оценить внутренние взаимосвязи между технологией, экономикой, окружающей средой и жизнью; у людей нет необходимых знаний. Сами люди согласны: в соответствии с исследованием Государственным фондом науки США 85 процентов взрослых людей в США считают, что большинство граждан не имеет знаний, необходимых, чтобы выбирать, какие технологии разрабатывать. Публика в целом оставляет технические суждения техническим экспертам.
К сожалению, оставление суждений экспертам вызывает проблемы. В "Совете и разногласии" Примак и фон Хиппель отмечают, что "до той степени, до которой Администрация может преуспевать в удерживании нежелательной информации в секрете и публику в неведении, благополучие общества может быть принесено в жертву с безнаказанностью для удобства бюрократов и частной выгоды." Люди у руля подвергаются большей критике, когда новое лекарство вызывает единственную смерть, чем когда его отсутствие вызывает тысячи смертей. Они и выдают неправильное регулирование соответственно этому. Военные бюрократы имеют законный интерес в трате денег, скрытии ошибок и продолжении своих проектов. Они и управляют неправильно соответственно этому. Этот вид проблемы такой фундаментальный и естественный, что больше примеров вряд ли нужно. Везде секретность и туман создают чиновникам больший комфорт; везде личная выгода искажает фактические утверждения по вопросам, касающимся общественности. По мере того, как технологии становятся все более сложными и важными, эта модель становится все более опасной.
Некоторые авторы рассматривают правление секретных технократов практически неизбежным. В "Создании альтернативных видов будущего" Хейзел Хендерсон доказывает, что сложные технологии "становятся по сути своей тоталитарными" (ее курсив), потому что ни избиратели, ни законодатели не могут их понять. В "Повторном посещении будущего человечества" Харрисон Браун также утверждает, что соблазн обойти демократические процессы в решении сложных кризисов приносит опасность, "что если индустриальная цивилизация выживет, она станет все более тоталитарной по природе." Если это было бы так, то вероятно это означало бы обреченность: мы не можем остановить гонку технологий, а мир тоталитарных государств, основанный на совершенной технологии не нуждающийся ни в работниках, ни в солдатах, мог бы вполне избавиться от большей части населения.
К счастью, демократия и свобода сталкивалась с подобными вызовами в прошлом. Государства становились слишком сложными для прямой демократии, но появилась представительная демократия. Государственная власть угрожала разрушить свободу, но появилась власть закона. Технология стала сложной, но это не дает нам никакой причины игнорировать людей, сбрасывать со счетов закон и приветствовать диктатора. Нам нужны способы, чтобы управлять технической сложностью в демократических рамках, используя экспертов как инструменты, чтобы прояснять наше видение, не давая им контроля над нашими жизнями. Но технические эксперты сегодня втянуты в систему междоусобиц между узкими группами.
Собрание экспертов
Правительство и промышленность, а также их критики, обычно назначают экспертные комитеты, которые встречаются в тайне, если встречаются вообще. Эти комитеты претендуют на то, что им можно доверять, основываясь на том, кто они есть, а не на том, как они работают. Противостоящие группы нанимают оппозиционирующих нобелевских лауреатов.
Чтобы завоевать влияние в нашей массовой демократии, группы пытаются переплюнуть друг друга. Когда их взгляды относятся к обществу, они выносят их на публику путем рекламных компаний. Когда их взгляды относятся к государству, они выносят их к законодательной власти путем лоббирования. Когда их взгляды имеют драматический оттенок, они выносят их на публику через кампании в СМИ. Группы продвигают своих любимых экспертов, сражение выходит на публику и тихие ученые и инженеры тонут в шуме.
По мере того, как общественный конфликт нарастает, люди начинают сомневаться в заявлениях экспертов. Они оценивают утверждения очевидным образом - по его источнику. ("Конечно, она заявляет, что разлив нефти безопасен - она работает на Эксон." "Конечно, он говорит, что Эксон лжет - он работает на Нейдер.")
Когда авторитетные эксперты теряют доверие, демагоги могут присоединиться к битве на равной ноге. Журналисты страждут противоречий, стараясь объективно освещать картину, и редко руководствуются техническими соображениями - выносят все стороны прямо на публику. Осторожные утверждения, делаемые добросовестными учеными создают мало впечатления; другие ученые не видят другого выбора кроме как принять демагогический стиль. Дебаты становятся острыми и гневными, расхождения во взглядах растут и дым битв затемняет сами факты. Часто за этим следует паралич глупости.
Наша величайшая проблема в том, что мы делаем с проблемами. Дебаты бушуют по поводу ядерной энергии, энергии каменного угля, химических отходов. Имеющие хорошие намерения группы, подкрепляемые экспертами сталкиваются вновь и вновь вокруг скучных технических фактов - скучных, то есть за исключением их важности: Какие последствия имеют малые дозы радиации и как вероятна авария на ядерном реакторе? Каковы причины и последствия кислотных дождей? Насколько хорошо могла бы защита с космическим базированием защищать от ракетных атак? Говорят ли пять случаев лейкемии в пределах трех миль данной свалки отходов о смертельной опасности или это просто игра случая?
Более существенные вопросы - впереди: насколько безопасные репликаторы? Будут ли системы активных щитов безопасны и надежны? Будет ли обратима процедура биостаза? Можем ли мы доверять системе ИИ?
Споры о технических фактах питают более широкие диспуты о стратегии. Люди могут иметь различающиеся ценности (как, чтобы бы вы предпочли, энцефалит или отравление пестицидами?), но их взгляды на относящиеся к делу факты расходятся еще больше. (как часто эти комары переносят энцефалит? Как токсичны эти пестициды?) Когда различающиеся взгляды на скучные факты ведут к разногласиям относительно важных стратегий, люди могут удивляться, "Как они нам могут противоречить по таким важным стратегическим вопросам, если только у них нет дурных мотивов?" Споры насчет фактов могут таким образом настроить потенциальных союзников друг против друга. Это мешает нашим усилиям в понимании и решении наших проблем.
Люди обсуждают факты на протяжении тысячелетий; только особое положение технических диспутов ново. Общества разработали методы для оценки фактов о людях. Эти методы подсказывают, как мы могли бы судить факты о технологии.
От междоусобиц к честному процессу
На всем протяжении истории, группы разрабатывали способы, чтобы разрешать споры; альтернативой этому были междоусобицы, нескончаемые и часто беспощадные. Средневековые европейцы использовали несколько процедур, все - лучше, чем бесконечные междоусобицы:
Они использовали испытание битвой: противники сражались, и закон подтверждал победителя.
Они использовали взаимную клятву: соседи клялись в честности обвиняемого; если клялись достаточно, обвинения снимались.
Они использовали испытание "божьим судом": в одном из них обвиняемый связывался и его бросали в реку; те, кто тонул, были невиновны, а те, кто выплывал - виновны.
Они использовали суд секретных комитетов: советники короля встречались, чтобы судить и выносить приговор, который казался подходящим. В Англии они встречались в комнате, которая называлась Звездный кабинет.
Эти методы предположительно определяли, кто что делал - факты относительно человеческих событий, но все имели серьезные недостатки. Сегодня мы использованием аналогичные методы, чтобы определять, что является причиной чего - факты относительно науки и технологии:
Мы использованием испытание сражением в прессе: оппоненты бросаются со шпагами наголо друг на друга до тех пор, пока доказательства одной стороны не терпят политической смерти. К сожалению, это часто напоминает бесконечные междоусобицы.
Мы использованием клятвы: эксперты клянутся относительно определенных фактов; если клянется достаточно в одном и том же, факты объявляются истинными.
Мы использованием суждения секретных комитетов: избранные эксперты встречаются, чтобы оценивать факты и рекомендовать те действия, которые кажутся подходящими. В Соединенных Штатах они часто встречаются в комитетах в Национальной Академии наук.
Испытание Божьим судом вышло из моды, но битвы в прессе вполне могут напоминать пытки тихих ученых с их самоуважением.
Англичане упразднили заседания Звездного кабинета в 1641 году, и они считали это большим достижением. Испытание сражением, клятвой, и божьим судом также стали историей. Мы сейчас ценим честный процесс, по крайней мере когда судим людей.
Судебные процедуры иллюстрируют принципы должного процесса: утверждение должно быть конкретно. Обе стороны должны иметь шанс высказаться и встретить друг друга, чтобы опровергать чужие аргументы и проводить перекрестный допрос. Процесс может быть публичным, чтобы предотвратить скрытые нелепости. Дебаты должны происходить перед жюри, которое обе стороны принимают как беспристрастное. Наконец, судья должен быть арбитром в процессе и следить за выполнением правил.
Чтобы понять ценность честного процесса, представьте противоположное: процесс, попирающий все эти принципы дал бы одной стороне сказать, а другой никакого шанса провести перекрестный допрос или ответить на аргументы. Он встречался бы в тайне, допускал бы смутную клевету, и не имел бы судьи, чтобы следить за какими бы то ни было правилами, которые могли бы оставаться неизменными. Присяжные приходили бы уже со своими готовыми решениями. Короче говоря, это напоминало бы толпу линчевателей, встречающуюся в закрытом сарае, или мошеннический комитет, составляющий отчет.
Опыт показывает ценность честного судебного процесса в оценке фактов по поводу людей; мог бы он также быть ценным в оценке фактов о науке и технологии? Честный процесс - это фундаментальная идея, не ограничиваемая судами закона. Некоторые исследователи ИИ, например, встраивают принципы честного судебного процесса в свои компьютерные программы. По-видимому, честный судебный процесс должен оказаться полезным в оценке технических фактов.
В действительности, научная литература, главный форум науки, уже воплощает форму честного судебного процесса: в хороших журналах, научные утверждения должны быть конкретны. В теории, имея достаточно времени и настойчивости, все стороны могут высказать своих взгляды в диспуте, поскольку журнал остается открытым для противоречий. Хотя оппоненты могут не встречаться лицом к лицу, они встречаются на расстоянии; они задают вопросы и отвечают в медленном движении, через письма и статьи. Рефери, также как присяжные, оценивают основания и аргументацию. Редакторы, как судьи, следят за правилами процедуры. Публикация оставляет дебаты открытыми для публичного изучения.
И в журналах, и в судах, конфликтующие идеи сталкиваются друг с другом, подчиняясь правилам, разработанным, чтобы обеспечить справедливую, организованную борьбу. Эти правила иногда терпят неудачу, поскольку они нарушаются или не адекватны, но они - лучшее, что мы разработали. Несовершенный справедливый судебный процесс доказал, что он лучше, чем вообще без него.
Почему ученые ценят журналы с редакционным арбитражем? Не потому что они верят всем журналам с арбитражем, или доверяют всему, что печатается в одном из них. Даже лучшая система справедливого судебного процесса не произведет поток чистой истины. Скорее, они ценят журналы с арбитражем потому что они (журналы) склонны отражать основательную критическую дискуссию. Действительно они должны это делать: поскольку журналы конкурируют друг с другом за бумагу, престиж и читателя, лучшие журналы должны быть действительно хороши. Журналы работают медленно, однако после достаточного количества раундов публикаций и критицизма они часто вырабатывают консенсус.
Опыт доказывает ценность и судов, и журналов. Их глубинное подобие говорит о том ,что их ценность происходит из общего источника - честного судебного процесса. Честный процесс может приводить к неудаче, но все же это - лучший известный подход для нахождения фактов.
Но сегодня суды и журналы не достаточны. Жизненно важные технические диспуты продолжаются и продолжаются из-за того, что у нас нет никакого быстрого, хорошо организованного способа выявлять факты (и описывать границы нашего незнания). Суды не подходят, чтобы иметь дело с техническими вопросами. Журналы лучше, но они также имеют недостатки. Они формировались во времена технологий более низкого уровня и более медленного прогресса, развиваясь так, чтобы соответствовать ограничениям печати, скорости почты и потребностям академической науки. Но сегодня, во время, когда мы отчаянно нуждаемся в лучших и более стремительных технических суждениях, мы обнаруживаем себя в мире, в котором есть телефоны, реактивные самолеты, копировальные аппараты, экспресс и электронная почта. Можем ли мы использовать современные технологии, чтобы ускорить технические дебаты?
Конечно, ученые уже используют несколько подходов. Реактивные самолеты переносят ученых через континенты на конференции, где представляются и обсуждаются доклады. Но конференции плохо управляют противоречием; общественный этикет и плотные расписания ограничивают накал и глубину дебатов.
Ученые также соединяются в неформальные исследовательские сети, соединяемые телефоном, почтой, компьютерами и копировальными аппаратами; они ускоряют обмен и обсуждение. Но они по сути своей - частные институты. Они также не способны обеспечить достоверную публичную процедуру для отработки противоречий.
Конференции, журналы и неформальные сети имеют некоторые аналогичные ограничения. Они обычно фокусируются на технических вопросах научной важности, а не на технических вопросах уровня важности общественной стратегии. Более того, они обычно концентрируются на научных вопросах. Журналы имеют склонность пренебрегать технологическими вопросами, которые не имеют внутри себя научного интереса; они часто обращаются с ними как с новостями, которые не стоят проверки рефери. Более того, наши сегодняшние институты не имеют какого-либо сбалансированного способа представления знания, когда оно все еще запутано в противоречиях. Хотя научные обзорные статьи часто представляют и взвешивают несколько идей, они это делают с точки зрения одного автора.
Все эти недостатки имеют общий источник: научные институты приспособились продвигать науку, а не просеивать факты для людей, принимающих политические решения. Эти институты служат своей цели достаточно хорошо, но они плохо служат другим целям. Хотя это - не полное отсутствие чего-либо, тем не менее они оставляют реальную потребность.
Подход
Нам нужны лучшие процедуры для обсуждения технических фактов - процедуры, которые открытые, достоверные и сфокусированные на отыскании фактов, которые нам нужны для формулирования хорошо обоснованных политических стратегий. Мы можем начать с копирования некоторых аспектов процедур других справедливых судебных процессов; тогда мы можем модифицировать и очистить их в свете опыта. Используя современные средства коммуникации и транспорта, мы можем разрабатывать сфокусированные, оптимизированные процессы, подобные журналам, чтобы ускорить общественные дебаты по решающим фактам; по-видимому это - полдела. Другая половина требует перегонки результатов дебатов в сбалансированную картину нашего состояния знаний (и также говоря, нашего состояния невежества). Здесь кажутся полезными процедуры, несколько напоминающие судебные.
Поскольку эта процедура (форум поиска фактов) предполагает обобщать факты, каждая сторона будет начинать с утверждения того, что она находит ключевыми фактами и перечисления их в порядке важности. Обсуждение будет начинаться с утверждений, которые возглавляют список каждой стороны. После раундов аргументации, перекрестного допроса и переговоров, рефери найдет утверждения, по которым имеется согласие. Там где разногласие сохраняется, технические присяжные запишут мнения, подчеркивая, что кажется известным и что все еще кажется неопределенным. Выход форума будет включать базовые аргументы, утверждения, по которым есть согласие, и мнение присяжных заседателей. Это может напоминать серию журнальных статей, заключенных в сжатой обзорной статье, ограниченной только утверждениями фактов, без рекомендаций к принятию политических решений.
Эта процедура должна отличаться от судебной процедуры во многих аспектах. Например, технические присяжные заседатели - "жюри" форума - должны быть техники компетентны. Предубеждение могло бы привести присяжных к неправильной оценке фактов, но техническая некомпетентность могла бы равняться вреду. По этой причине, "жюри" форума поиска фактов должно выбираться таким способом, который был бы опасен, если его разрешить в судах закона. Поскольку суды владеют силой полиции, мы использованием жюри, выбранные из людей как целого, чтобы охранять нашу свободу. Это заставляет правительство искать одобрения от группы граждан перед тем, как кого-то наказать, таким образом приспосабливая действия правительства к стандартам общества. Однако форум поиска фактов ни коим образом не собирается наказывать людей или формировать государственную политику. Общество будет свободно наблюдать за процессом и решать, верить ли результатам. Это даст людям достаточно контроля.
Однако, чтобы сделать форум поиска фактов справедливым и эффективным, нам нужна хорошая процедура отбора присяжных. Технические присяжные будут грубо соответствовать экспертным комитетам, назначенным правительствами или рефери, назначенным журналами. Чтобы гарантировать справедливость, присяжные должны выбираться не комитетом, политиками, или чиновниками, а процессом, который включает согласие обеих сторон в диспуте. В судебных заседаниях адвокаты могут ставить под сомнение и отвергать любых судий, которые кажутся предубежденными; мы можем использовать подобный процесс в выборе панели для форума поиска фактов.
Эксперты, которые прямо участвуют в диспуте не могут играть роль присяжных - они бы либо создали предубеждение у присяжных, либо раскололи их. Группа, поддерживающая форум поиска фактов должна искать присяжных, которые сведущи в относящихся к делу областях. Это кажется практичным, потому что методы технической оценки (часто основанной на экспериментах и вычислениях) достаточно общие. Присяжные, знакомые с основами области будут способны оценивать детальную аргументацию, которую приводят специалисты с каждой стороны.
Другие стороны форума поиска фактов также будут напоминать таковых в судах и журналах. Комитет, подобный журнальной редакционной группе, будет предлагать кандидатуры судьи и присяжных для диспута. Адвокаты каждой стороны, также как авторы или судебные адвокаты, будут собираться и представлять самые сильные доказательства, которые могут.
Несмотря на эти общие черты, форум поиска фактов будет отличаться от суда: он будет фокусироваться на технических вопросах. Он не будет предлагать никаких действий. Он не будет иметь управляющей силы. Он будет следовать техническим правилам доказательства и аргументации. Он будет отличаться в бесконечных деталях по тону и процедуре. Аналогия с судом - лишь это - аналогия, источник для идей.
Форум поиска фактов также будет отличаться от журнала: он будет происходить так быстро как позволяет почта, собрания и электронные средства коммуникации, а не как заторможенный обмен в течение многих месяцев, как типичные журнальные публикации. Он будет собираться вокруг какого-то вопроса, а не будет создан, чтобы работать над целой научной отраслью. Он будет обобщать знания, чтобы помогать решениям, а не служить как первичный источник данных для научного сообщества. Хотя серии форумов поиска фактов не будут заменять журнал, они помогут нам находить и публиковать факты, которые могли бы сохранить наши жизни.
Доктор Артур Кантрович (член Национальной академии наук, который достиг совершенства в областях от медицинской технологии до лазеров высокой энергии) был автором концепции, которую я только что описал. Вначале он ее назвал "совет по техническому расследованию". Журналисты сразу же окрестили ее "научным судом". Я это назвал форумом поиска фактов; я зарезервировал термин "научный суд" для форума поиска фактов, используемого (или предназначенного) как правительственный институт. Предложения для справедливого процесса в технических диспутах все еще находится в движении; в различных дискуссиях используются различные термины.
Забота доктора Кантровича относительно справедливого процесса появилась из решения США строить гигантские ракеты для полета на Луну одним броском; он, основываясь на сведениях от экспертного комитета, рекомендовал, чтобы НАСА использовало несколько меньшие ракеты, чтобы выводить компоненты на низкую орбиту, а потом состыковывать их, чтобы построить летательный аппарат, который бы достиг Луны. Этот подход обещал сэкономить миллиарды долларов, а также развить полезные умения по строительству в космосе. Никто не ответил на его аргументы, однако он не смог выиграть свое дело. Умы были непоколебимы, политики причастны к делу, отчет застрял в сейфе Белого Дома и дебаты были закрыты. Технические факты были тихо подавлены в интересах тех, кто хотел построить новое поколение гигантских ракет.
Это показало крайне серьезный дефект в наших институтах - тот, который упорствует, расточает наши деньги и увеличивает риск катастрофических ошибок. Доктор Кантрович вскоре пришел к теперь очевидному выводу: нам нужны институты справедливого судебного процесса для обнародования технических противоречий.
Доктор Кантрович преследовал свою цель (в своей форме научного суда) в дискуссиях, письменных работах, исследованиях и конференциях. Он получал поддержку по поводу научных судов от Форда, Картера и Рейгана, как кандидатов. Как Президенты, они ничего не делали, хотя аппарат Президента во время администрации Форда все же разрабатывали предложенную процедуру.
Однако есть прогресс. Хотя я использовал будущее время в описании форума поиска фактов, эксперименты начались. Но перед тем как описать путь к справедливому процессу, имеет смысл рассмотреть некоторые возражения.
Почему бы не справедливый судебный процесс?
Критики этой идеи (по крайней мере в ее версии научного суда) часто не соглашались друг с другом. Некоторые возражали, что диспуты о фактах не важны, или что они могут спокойно проходить за закрытыми дверями; другие возражали, что диспуты о фактах слишком глубоки и важны, чтобы процедура справедливого судебного процесса могла помочь. Некоторые предостерегали, что научные суды были бы опасны; другие предостерегали, что они были бы бессильны. Вся эта критика имеет некоторую обоснованность: процесс не будет панацеей. Иногда он не будет необходим, а иногда его будут использовать во вред. Все же, кто-то с тем же успехом мог бы отвергать пенициллин на том основании, что он иногда неэффективен, не нужен или причиняет вред.
Эти критики не предлагают никаких альтернатив, и они редко спорят с тем, чтобы мы сегодня имели справедливый судебный процесс или утверждают, что этот процесс бесполезен. Мы вынуждены иметь дело со сложными техническими вопросами, от которых зависят миллионы жизней; смеем ли мы оставлять эти вопросы секретным комитетам, медлительным журналам, сражениям в СМИ и техническим суждениям политиков? Если мы не верим экспертам, должны ли мы принимать суждения секретных комитетов, назначенных в секрете, или требуется более открытый процесс? Наконец, можем ли мы с нашей сегодняшней системой совладать с глобальной технологической гонкой в нанотехнологии и искусственном интеллекте?
Открытые институты справедливого судебного процесса, по-видимому, жизненно необходимы. Позволяя участвовать всем сторонам, они используют энергию конфликта для поиска фактов. Ограничивая экспертов в описании фактов, они будут помогать нам иметь дело с технологией, не отдавая свои решения на усмотрение технократов. Частные лица, компании и избираемые должностные лица будут сохранять полный контроль над политикой; технические эксперты все так же будут способны рекомендовать линии политики через другие каналы.
Как мы можем отличить факты от ценностных суждений? Стандарты Карла Поппера кажутся полезными: утверждение имеет характер фактического (будь то справедливого или ложного), если эксперимент или наблюдение могло бы в принципе его опровергнуть. Для некоторых людей, идея исследования фактов без учета их ценностных моментов наводит на мысль о принятии политических решений без учета ценностных факторов. Это было бы абсурдно: по самой их природе, политические решения будут всегда включать и факты, и ценности. Причина и следствие относятся к фактам, говоря нам о том, что возможно. Но политика также включает наши ценности, наши мотивы для действия. Без правильных фактов мы не сможем достичь целей, которых мы хотим, но без ценностей - без желаний и предпочтений, мы бы не хотели что-либо вообще. Процесс, который раскрывает факты, может помочь людям выбирать линии политики, которые будут служить их ценностям.
Критики беспокоились, что научный суд (в результате) объявит Землю плоской, а затем игнорирует Аристарха из Самоа или Магелана, когда он обнаружит доказательства обратного. Ошибки, предубеждения или несовершенное знание обязательно будут вызывать некоторые памятные ошибки. Но члены панели технических присяжных и не претендуют на ложную определенность. Зато они могут описать наше знание и обрисовать наше невежество, иногда заявляя, что мы просто не знаем, или что имеющиеся доказательства дают только приблизительное представление о фактах. Таким образом они бы защищали нашу репутацию для доброго суждения. Когда появляются новые доказательства, вопрос может быть открыт повторно; идеям не нужно защиты от двойного нападения.
Если форумы поиска фактов станут популярными и уважаемыми, они получат влияние. Их успех тогда затруднит их злоупотребление: многие конкурирующие группы будут их поддерживать, а группа, которая будет использовать процедуру во зло, будет иметь тенденцию завоевывать плохую репутацию и игнорироваться. Никакая единственная группа, которая организует форум, не будет способна затемнить факты по важному вопросу, если форумы поиска фактов получат надежность путем избыточности.
Никакой институт не будет способен исключить продажность и ошибки, но форумы поиска фактов будут управляемы, хотя и несовершенно, улучшенными стандартами для проведения публичных дебатов; им придется долго падать, чтобы стать хуже, чем система, которая у нас есть сейчас. Основные аргументы в пользу форумов поиска фактов - (1) справедливый судебный процесс - это правильный подход, чтобы попробовать, и (2) нам будет лучше, если мы его попробуем, чем если нет.
Построение справедливого судебного процесса
Антрополог Маргарет Мид была приглашена на коллоквиум по научному суду, чтобы высказаться против этой идеи. Но когда пришло время, она выступила в его защиту, заметив, что "Нам нужен новый институт. В этом нет никакого сомнения. Институты, которые у нас есть - совершенно неудовлетворительны. Во многих случаях они не только неудовлетворительны, они включают проституцию наукой и проституцию процессом принятия решений." Люди, не имеющие собственнических интересов в существующих институтах, часто соглашаются с ее оценкой.
Если отыскание фактов относительно технологии действительно принципиально для нашего выживания, и если справедливый судебный процесс действительно - ключ к отысканию фактов, то что можем мы по этому поводу сделать? Нам не нужно начинать с совершенных процедур; мы можем начать с неформальных попыток улучшить процедуры, которые у нас есть. Затем мы можем разработать лучшие процедуры, варьируя наши методы и выбирая те, которые работают наилучшим образом. Справедливость судебного процесса - это вопрос степени.
Существующие институты могли бы продвинуться по направлению к справедливому судебному процессу, изменяя некоторые из своих правил и традиций. Например, правительственные агентства могли бы регулярно консультироваться с оппозиционными сторонами перед назначением членов экспертного комитета. Они могли бы гарантировать каждой стороне право представить доказательство, исследовать доказательство и устроить перекрестный допрос экспертов. Они могли бы открыть свои заседания для зрителей. Каждый из этих шагов мог бы усилить справедливость процесса, превращая заседания Звездной Палаты в институты, заслуживающие большего уважения.
Общественные выгоды от справедливого процесса не обязательно сделают его популярным серди групп, которых спрашивают об изменении, однако. Мы не видели страстного желания со стороны групп интересов проверять свои притязания, также как мы не видели радости со стороны комитетов, когда они распахивают свои двери и подчиняются дисциплине справедливого процесса. Также мы не слышали отчетов политиков, объявляющих полезность ложных фактов для скрытия политического основания их решений.
Тем не менее три кандидата в Президенты США все же поддержали научные суды. Комитет президентов научных обществ, который включает двадцать восемь ведущих научных обществ США также поддержал эту идею. Департамент энергетики США использовал "процедуру, подобную процедуре научного суда", чтобы оценить конкурирующие предложения по энергии для плавления, и объявил ее эффективной и полезной. Д-р Джон С. Бейлар из Национального института онкологии, после того, как медицинские организации не смогли распознать опасность рентгеновских лучей и уменьшить их использование в массовых обследованиях, предложил проведение научного суда по этой теме. Тогда его оппоненты отступили и изменили свою политику - очевидно, сама угроза справедливого судебного процесса уже спасает жизни. Тем не менее, старые способы остаются почти неоспоримыми.
Почему так? Отчасти, потому что знание - это власть, а следовательно ревниво оберегаемо. Отчасти, потому что сильные группы могут с успехом представить, как неудобен оказался бы для них справедливый процесс. Отчасти, потому что усилие, чтобы улучшить методы решения проблем не имеет драмы кампании по борьбе с самими проблемами; на тысячи активистов, пытающихся опрокинуть корабль государства, приходится один, который пытается заткнуть дыры в его корпусе.
Правительства могут пока действовать, чтобы основать научные суды, и любые шаги, которые они могут предпринимать по направлению к справедливому процессу заслуживают поддержки. Однако разумно опасаться правительственной поддержки научных судов: централизованная власть имеет склонность порождать неуклюжих монстров. Центральное "Агентство научного суда" могло бы работать хорошо, приносить мало видимого вреда, и все же приводить к огромным скрытым издержкам: само его существование (и отсутствие конкуренции) могло бы блокировать эволюционные улучшения.
Открыты другие пути. Форумы поиска фактов будут способны оказывать влияние без помощи специальных юридических полномочий. Чтобы иметь влияние, их результаты только должны быть более достоверны, чем просто утверждения любого конкретного человека, комитета, корпорации или группы интересов. Хорошо управляемый форум поиска фактов принесет доверие в саму свою структуру. Такие форму могли бы поддерживаться университетами.
На самом деле, д-р Кантрович недавно провел экспериментальную процедуру в университете Калифорнии в Беркли. Она собралась вокруг публичных диспутов между генетиком Беверли Пейген и биохимиком Вильямом Хавендером относительно врожденных дефектов и генетических опасностей в районе свалки Лав Канэл. Они выступали как адвокаты; выпускники университета служили техническими присяжными заседателями. Процедура включала собрания, растянувшиеся на несколько недель, главным образом потраченных на обсуждение областей согласия и разногласия; она закончилась несколькими сессиями публичного перекрестного допроса перед панелью присяжных. И адвокаты, и присяжные соглашались с одиннадцатью утверждениями фактов, и они проясняли свои оставшиеся разногласия и неопределенности.
Артур Кантрович и Роджер Мастерз замечают, что "в отличие от трудностей, испытываемых во многих попытках применить научный суд под эгидой правительства, обнадеживающие результаты были достигнуты при первой серьезной попытке... в университетском окружении." Они замечают, что традиции и ресурсы университетов делают их естественной средой для таких усилий. Они планируют другие такие эксперименты.
Это показывает децентрализованный способ развивать институты справедливого судебного процесса, способ, который позволит нам перехитрить существующее чиновничество и окопавшиеся интересы. Делая это, мы можем основываться на установленных принципах и тестировать вариации, в лучших эволюционных традициях.
Лидеры, озабоченные тысячами разных вопросов - даже лидеры на оппозиционной стороне вопроса - могут присоединяться в поддержку справедливых процессов. В получении Да, Роджер Фишер и Вильям Юри из Гарвардского переговорного проекта отметили, что оппоненты склонны предпочитать незаинтересованный арбитраж, когда каждая сторона верит, что она права. Обе стороны ожидают выиграть, следовательно обе стороны согласны участвовать. Форумы поиска фактов должны привлечь честных адвокатов и оттолкнуть шарлатанов.
По мере того, как справедливый процесс станет стандартом, адвокаты с сильными аргументами получат преимущество, даже если их оппоненты откажутся сотрудничать - "Если они не могут защитить свое дело на публике, почему нужно их слушать?" Далее, многие диспуты будут разрешаться (или избегаться) без того, чтобы создавать проблему настоящих заседаний: сама перспектива управляемых рефери публичных дебатов подтолкнет адвокатов проверить свои факты перед тем, как они их заявят. Учреждение форумов поиска фактов могло бы легко сделать больше для хорошо обоснованного аргумента, чем найм миллиона сторонников.
Однако сегодня лидеры, имеющие благие намерения, чувствуют принуждение преувеличивать свои доказательства, просто чтобы быть услышанными в реве, которой издает прессы их оппонентов. Должны ли они с сожалением противодействовать дисциплине форумов поиска фактов? Конечно нет; справедливый судебный процесс может исцелить социальную болезнь, которая уводила их всего от того, чтобы ставить факты на первое место. Делая свои очки на форумах поиска фактов, они будут в состоянии восстановить свое самоуважение, которое исходит из интеллектуальной честности.
Извлечение истины может сделать подкоп под удобные позиции, но это не может повредить интересам группы, действительно заботящейся об общественных интересах. Если кому-то нужно чуть подвинуться, чтобы дать место правде, ну и что? Великие лидеры смещали свои позиции и по худшим причинам, и справедливый судебный процесс также заставит оппонентов это сделать.
Грегори Бейтсон однажды сказал, что "ни один организм не может себе позволить сознавать вопрос, с которым он мог бы управляться на бессознательных уровнях" В организме демократии, сознательный уровень приблизительно соответствует дебатам в СМИ. Бессознательный уровень состоит из любых процессов, обычно работающих достаточно хорошо без криков и плача общества. В СМИ, как в человеческом сознании, одна забота имеет склонность вытеснять другие. Это - то, что делает сознательно внимание таким редким и ценным. Наше общество нуждается в том, чтобы идентифицировать факты своего положения более быстро и надежно, с меньшим количеством отвлекающих междоусобиц в СМИ. Это освободит публичные дебаты для задачи, для которой они существуют - оценочная процедура для отыскания фактов, решения, что мы хотим и помощи нам избрать путь к миру, который стоит того, чтобы в нем жить.
По мере того, как изменения ускоряются, наша потребность растет. Чтобы оценить риск репликатора или осуществимость активного щита, нам будут нужны лучшие способы обсуждать факты. Чистые социальные изобретения, такие как форум поиска фактов, помогут, но новые социальные технологии, основанные на компьютерах также сохраняют потенцию. Они также расширят справедливый судебный процесс.
Глава 14. СЕТЬ ЗНАНИЯ
Компьютеры ... проникли в нашу повседневную жизнь и становятся центральной нервной системой общества.
ТОРУ МОТО-ОКА
Чтобы подготовиться к ассемблерной революции, общество должно научиться учиться быстрее. Форумы поиска фактов будут полезны, но новые технологии могут помочь еще больше. С ними мы будем способны распространять, очищать и комбинировать нашу информацию намного быстрее, чем когда-либо прежде.
Информационная перегрузка стала хорошо известной проблемой: частицы знания скапливаются слишком быстро, чтобы люди могли их отсортировать и извлечь из них смысл. Тысячи технических журналов покрывают тысячи тем. Публикуемые статьи накапливаются более миллиона в год. Форумы поиска фактов помогут нам вычистить неправду, которая будет нивелировать наши усилия, чтобы понять мир. Но любые такие формальные институты будут завалены современным наводнением информации: форумы поиска фактов будут способны иметь дело только с небольшой частью - хотя и важной частью фактов, и они неизбежно будут несколько медлительны. Формальные институты могут перехватывать только крошечную частичку умственной энергии нашего общества.
Сегодня наша информационные системы задерживают наш прогресс. Чтобы понять пробелу, представьте обращение с куском информации: вы открыли ее - как вы будете ее распространять? Кто-то еще опубликовал ее - как вы ее найдете? Вы нашли ее - где вы будете ее хранить? Вы видите ошибку - как вы ее исправите? Ваши папки растут - как вы их упорядочите?
Сейчас мы обращаемся с информацией неуклюже. Наши традиционные электронные СМИ живые и развлекающие, но они плохо приспособлены для управления сложными дебатами, продолжающимися длительное время; как могли бы вы, как зритель, зарегистрировать, упорядочить или исправить информацию в телевизионном документировании фактов? То есть как могли бы вы сделать это хорошо интегрированной частью развивающегося тела знания? Мы можем управлять сложными дебатами лучше, используя бумажные носители, однако недели (или годы) задержки в типичном процессе публикации замедляют дебаты до очень медленного движения. И даже газетные публикации трудно подшивать, упорядочивать или корректировать. Принтеры производят кипы бумаги, покрытой символами; путем героических усилий библиотекари и ученые умудряются связать и организовать их свободным образом. Однако индексы, ссылки и коррекции просто добавляют еще страниц или еще изданий, и отслеживание ссылок, которые они представляют, остается утомительным.
Книги и другие пакеты бумаги работают, до известной степени. Они содержат многое из наших культурных богатств и мы сейчас не имеем лучшего пути, чем публиковать большинство вещей. Однако, они оставляют много места для улучшений.
Одна проблема в распространении, исправлении и организации информации оставляет наше общее знание относительно редким, неточным, и плохо организованным. Поскольку установленное знание часто трудно найти, мы часто обходимся без него, делая себя похожими на более невежественных, чем могли бы быть. Могут новые технологии нам помочь?
Они это сделали в прошлом. Изобретение печатного пресса принесло великий прогресс; сервис, основанный на компьютерном тексте обещает еще больше. Однако, чтобы понять, как наши информационные системы могли бы стать лучше, может быть полезным понять, как они могли бы стать хуже. Рассмотрите, в таком случае воображаемый беспорядок и воображаемое решение:
Сказка о замке.
В давние времена жил на свете народ с информационной проблемой. Хотя они заменили свои громоздкие глиняные дощечки на бумагу, они использовали ее странно. В центре их страны стояло величественное строение. Под его сводами находилась их великая Комната Писаний. В этой комнате находилась куча клочков бумаги, каждый размером в детскую ладонь.
Время от времени ученый входил в этот храм знания, чтобы предложить знание. Совет писцов оценивал, стоящее ли оно. Если да, они вписывали его на один из клочков бумаги и торжественно бросали его наверх кучи.
Время от времени некоторые трудолюбивые ученые приходили, чтобы найти знание - покопаться в этой куче в поисках нужного клочка. Некоторые, опытные в подобных поисках, могли найти определенный клочок не более чем за месяц. Писцы всегда были рады исследователям - они были так редки.
Мы, современные люди, можем понять их проблему: в беспорядочной куче каждый добавляемый клочок хоронил под собой остальные (как на многих рабочих столах). Каждый клочок отдельный, несвязан с другими, и добавление ссылок дало бы мало помощи, когда нахождение клочка занимает месяцы. Если мы использованием такую кучу, чтобы хранить информацию, наши обширные, детализированные писания по науке и технологии были бы почти бесполезны. Поиски занимали бы годы или целые жизни.
Мы, современные люди, имеем простое решение: мы складываем страницы в порядке. Мы помещаем страницу за страницей, чтобы образовалась книга, книгу за книгой, чтобы заполнить полку и заполняем здание полками, чтобы получить библиотеку. Со страницами в порядке, мы можем найти их и следовать ссылке более быстро. Если те писцы использовали бы ученых, чтобы сложить клочки по теме, их поиски стали бы легче.
Однако, когда у них были бы стопки по истории, географии и медицине, куда следовало бы ученым положить клочки по исторической географии, географической эпидемиологии и медицинской истории? Куда следовало бы им положить клочки по "Истории распространения Великой Чумы"?
Но в нашей воображаемой стране, писцы выбрали другое решение: они послали за волшебником. Но прежде они свободно пустили ученых в комнату с иглами и нитками, чтобы пропустить нити от клочка к клочку. Нити одного цвета связывали клочок со следующим в серию, другой цвет вел к ссылке, еще один - к критическим замечаниям и т.д. ученые плели сеть из связей, представленных сетью ниток. В конце концов волшебник (с горящими глазами и развивающимися волосами) пропел заклинание и весь беспорядок поднялся медленно в воздух, и стал плавать как облако в этом величественном здании. После этого, ученому, держащему клочок, нужно было только потянуть за ниточку, привязанную к его концу, чтобы заставить связанный клочок прыгнуть к нему в руку. И нити, волшебным образом, никогда не запутывались.
Теперь ученые могут соединить "Историю распространения Великой Чумы" со связанными клочками по истории, географии и медицине. Они могут добавить все примечания и тексты, которые они хотят, связывая их наиболее удобным образом. Они могут добавить клочок со специальным индексом, способный принести в руку все, что в нем перечисляется. Они могут поместить связи куда угодно, куда они хотят, сплетая сеть знания так, чтобы она соответствовала связям в реальном мире.
Мы, с нашими инертными кипами бумаги, можем только им завидовать - если у нас не было компьютеров.
Магическая бумага, ставшая реальностью
В 1945 году, Ванневар Буш предложил систему, называемую "мимекс". Это было настольное устройство, напичканное микрофильмами и механизмами, способными показывать сохраняемые страницы и позволяющее пользователю замечать связи между ними. Мимекс микрофильмов никогда не был построен, но мечта продолжала жить.
Сегодня компьютеры и экраны становятся достаточно дешевыми, чтобы использовать их для обычного письма и чтения. Некоторые издатели статей стали электронными издателями, создавая журналы и газеты доступными через компьютерные сети. А с нужными программами, управляющие текстом компьютеры позволят нам связывать эту информацию даже лучше, чем магические нити.
Теодор Нельсон, автор этой идеи, обозначил результат как "гипертекст": текст, связанный во многих направлениях, а нет только в одномерную последовательность. Читатели, авторы и редакторы, использующие систему гипертекста, в общем случае будут малосведущи в работе компьютеров и экранов, также как они были большей частью несведущи в механизмах фотокомпозиции и офсетной литографии в прошлом. Система гипертекста будет действовать просто как магическая бумага; любой, кто поиграет с ней, вскоре станет знаком с ее основными возможностями.
Все же, описание структуры одной системы поможет в понимании, как гипертекст будет работать.
В подходе, которому следует группа гипертекста Ксанаду (в Сан-Джоз, Калифорния) суть системы, ее основа - компьютерная сеть, способная хранить и документы, и связи между документами. Начальная система могла быть настольной машиной для одного пользователя; в конце концов растущая сеть машин будет способна служить как электронная библиотека. Сохраняемые документы будут способны представлять почти все, будь то новеллы, диаграммы, учебники или программы - в конце концов даже музыку и фильмы.
Пользователи будут иметь возможность соединять любую часть любого документа с любым другим. Когда читатель указывает на один конец связи (будь то показанной на экране подчеркиванием, звездочкой или картинкой с цветной ниточкой), система пойдет и отобразит материал на другом конце связи. Далее, она запишет новые версии большого документа, не сохраняя дополнительные копии; ей нужно будет сохранять только части, которые изменены. Это даст возможность сохранять более ранние версии любого документа, опубликованные и модифицированные системой. Это будет делаться все также быстро, даже когда общее количество хранимой информации станет громадным. Сеть таких машин могла бы в конце концов вырасти в мир электронной библиотеки.
Чтобы найти материал в большинстве текстовых системах на основание компьютера, пользователь должен ввести ключевые слова или непонятные коды. Гипертекст также будет способен связать текст с кодами или ключевыми словами, или даже с смоделированным каталогом карточек, но большинство пользователей вероятно предпочтет просто читать и указывать на ссылки. Как заметил Теодор Нельсон, гипертекст будет "новой формы чтения и письма, способом, таким же как старый, с кавычками и заметками на полях, и цитированием. Однако также он будет социально самоконструирующимся в широкую новую пересекающуюся конструкцию, новую литературу."
Что читатель увидит, когда будет проходить через эту структуру, будет зависеть отчасти от собственной части системы со стороны читателя, от машины "переднего края", возможно, персонального компьютера. Задний конец будет просто заносить в архив и извлекать документы; передний край упорядочит их, извлеченные по запросу читателя и отобразит их в подходящей для читателя форме по его вкусу.
Чтобы представить, как это будет выглядеть для пользователя, изобразите экран размером с открытую книгу, покрытый печатными знаками размером с те, которые вы читаете в хорошей книге хорошего издания, на хорошем экране. Сегодня экран напоминал бы телевизор, но в течение нескольких лет он мог бы стать подобен книге, объектом, умещающимся на коленях, со шнуром к информационному выводу. (С нанотехнологией, мы можем убрать и шнур: объект размером с книгу будет способен содержать систему гипертекста, вмещающую изображения любой страницы любой книги в мире, сохраняемых в быстрой памяти с молекулярной записью.)
В этой книге - в той, которую вы сейчас держите в свои руках - я мог бы описать книги Теодора Нельсона о гипертексте, "Литературные машины" и "Компьютерная библиотека", но вы не можете видеть их на этих страницах. Их страницы - где-то в другом месте, оставляя вас пойманными на момент в произведении автора. Но если это было бы гипертекстовой системой, и я, или кто-то еще, добавил бы видимую связь, вы могли бы указать на слова "Литературные машины" здесь и моментом позже текст на противоположной странице очистился бы, заменившись содержанием книги Теда Нельсона или избранными мною его цитатами. Оттуда вы могли бы войти в его книгу или побродить по ней, возможно заставив вашу систему на переднем конце показывать любые примечания, которые я связал с его текстом. Вы могли бы затем вернуться сюда (возможно теперь отображая его примечания к моему тексту) или двинуться к еще другим документам, связанным с его. Не покидая своего стула, вы могли бы исследовать все основные сочинения по гипертексту, передвигаясь от ссылки к ссылки через любой число документов.
Сохраняя запись последовательности связей (скажем, между набросками, чертежами и материалами ссылок), гипертекст поможет людям писать и редактировать более амбициозные работы. Используя гипертекстовые связи, мы можем плести наше знание в последовательное целое. Джон Мьюир заметил, что "Когда мы пытаемся взять что-то само по себе ,мы находим его сцепленным со всем остальным во вселенной." Гипертекст поможет нам сохранить идеи сцепленными таким образом, как это лучше представляет реальность.
С гипертекстом, мы будем лучше способны собирать и организовать знание, увеличивая наш эффективный интеллект. Но чтобы сбор информации был эффективным, он должен быть децентрализован; информация, распределенная между многими умами не может быть легко заложена в систему несколькими специалистами. Группа Ксанаду предложила простое решение: позволить каждому писать и сделать так, чтобы система автоматически платила гонорар авторам, когда читатели используют их материал. Публикация будет простой и люди будут вознаграждаться за снабжение тем, что люди хотят.
Представьте, что вы сами хотели сказать об идеях и событиях. Представьте полные смысла комментарии, которые даже сейчас улетучиваются из память и авторов, и слушателей по всему миру. В гипертекстовых системах, комментарии будут легко публиковаться и легко находиться. Представьте вопросы, которые мучили вас. Вы также могли бы их опубликовать; кто-нибудь, найдя ответ, мог бы затем опубликовать ответ.
Поскольку каждый в системе будет способен писать текст и связи, сеть гипертекста будут аккумулировать огромные запасы знания и мудрости и еще большие груды откровенной ерунды. Гипертекст будет включать старые новости, рекламу, графити, проповедь и ложь - так как читатель будет способен избежать плохого и сконцентрироваться на хорошем? Мы могли бы назначить центральный редакционный комитет, но это разрушило бы открытость такой системы. Сортировка информации - сама по себе информационная проблема, для которой гипертекст удачно поможет нам разработать хорошие решения.
Поскольку гипертекст будет способен делать почти все, что способна бумажная система, мы можем по крайней мере использовать решения, которые уже есть. Издатели имеют упрочившиеся репутации в среде бумажного текста, и многие из них стали двигаться к электронной публикации. В гипертекстовой системе они будут способны публиковать в реальном времени документы, которые отвечают их сложившимся стандартам. Читатели, расположенные к этому, будут иметь возможность устанавливать свои системы переднего края так, чтобы они отображали только эти документы, автоматически игнорируя новую макулатуру. Для них гипертекстовая система будет выглядеть так, как будто она содержит только материалы авторитетных издателей, но материалы, сделанные более доступными электронным распространением и гипертекстовыми связями и индексами. Настоящая чепуха все же еще будет там (постольку, поскольку ее авторы заплатили некоторую цену за хранение своих материалов), однако она не будет вторгаться на какие-либо экраны читателей.
Но мы будем способны делать еще лучше, чем это. Одобрение какого-либо документа (показанного ссылками и рекомендациями) может исходить от кого угодно; читатели будут обращать внимание на материалы, рекомендованные теми, кого они уважают. Наоборот, читатели, которые находят документы, которые им нравятся, будут способны посмотреть, кто их рекомендовал; это будет приводить к тому, что читатели будут открывать людей, кто разделяет их интересы и заботы. Косвенно, гипертекст будет связывать людей и ускорять рост сообществ.
Когда публикация станет такой быстрой и легкой, писатели будут производить больше материала. Поскольку гипертекст будет побуждать редактирование людьми, не относящимся к определенным организациям, редакторы будут обнаруживать, что они больше работы. Документы, которые цитируют, перечисляют, и связывают другие документы, будут служить антологиями, журналами и индексами моментального доступа. Побуждение вознаграждением будет побуждать людей помогать читателям находить, что они хотят. Быстро появятся конкурирующие гиды по литературе - и гиды к гидам.
Гипертекстовые связи будут лучше, чем бумажные ссылки и не только по скорости. Бумажные ссылки позволяют трудолюбивому читателю следовать связям из одного документа к другому, но попробуйте найти, какие документы ссылаются на тот, который вы читаете! Сегодня, поиск таких ссылок требует громоздкого аппарата ссылочных индексов, доступных только в исследовательских библиотеках, охватывающих ограниченные темы, и месяцы устаревания. Гипертекстовые ссылки будут работать в обеих направлениях, позволяя читателям находить то, комментарии на что они читают. Это позволит сделать прорыв: это будет подвергать идеи более полной критике, заставляя их эволюционировать быстрее.
Эволюция знания, будь то в философии, политике, науке или конструировании, требует генерации, распространения и проверки мимов. Гипертекст ускорит эти процессы. Бумажная среда управляется с процессом генерации и распространения довольно хорошо, но проверка - громоздка.
Как только плохая идея достигает печати, она получает собственную жизнь и даже ее автор редко может что-то в корне изменить. Опровержения плохих идей, не оставляющие камня на камне, становятся просто еще одной публикацией, еще одним клочком бумаги. Днями или годами позже, читатели, которые столкнулись с ложной идеей с малой вероятностью встретятся с ее опровержением. Таким образом чушь продолжает и продолжает жить. Только с приходом гипертекста критики будут способны всаживать свои колкости прямо в плоть своих жертв. Только с гипертекстом авторы будут способны исправлять свои ошибки, не сжигая все в библиотеках или начав массовую рекламную кампанию, а просто пересмотрев свои тексты и пометив старые версии "беру свои слова обратно". Авторы будут способы тихо съесть свои слова; это даст им некоторую компенсацию за более жестокую критику.
Критики будут использовать понятные опровержения для большего количества чепухи (такой как ложные границы росту), вычищая его с интеллектуальной арены, хотя не из записи, почти также быстро, как она выходит в поле зрения. Руководства по хорошей критике помогут читателям видеть, выжила ли идея после самых сильных возражений, выдвинутых до сего момента. Сегодня, отсутствие известной критики не значит многого, почему краткие критические комментарии сложно опубликовать и тяжело найти. Однако в установившейся гипертекстовой системе, если идея прошла сквозь критику, это значит, она прошла через суровое испытание. Они заслужат реальное и возрастающее доверие.
Связывание нашего знания
Преимущества гипертекста идут глубоко; это то, почему они будут значительными. Гипертекст позволит нам представлять знание в более естественном виде. Человеческой знание образует неразрывную паутину, а человеческие проблемы проползают сквозь нечеткие границы между областями. Аккуратные ряды книг оказывают плохую услугу представлению структуры наших знаний. Библиотекари тяжело трудятся, чтобы сделать эти ряды больше похожими на сети, изобретая способы создавать индексы, ссылки и упорядочивать кусочки бумаги. Однако вопреки честным усилиям и победам библиотекарей, библиотечный поиск все еще устрашает всех, кроме посвященного меньшинства читающей публики. Библиотеки эволюционировали в направлении гипертекста, однако механика бумаги все же стесняет их. Гипертекстовые системы позволят нам сделать гигантский шаг в направлении, в котором мы движемся со времен изобретения письменности.
Сама наша память работает через ассоциации, через связи, которые делают воспоминания вспоминаемыми. Люди, работающие над ИИ, находят ассоциации существенным, что делает знание полезным; они программируют то, что они называют "семантическими сетями", чтобы строить системы представления знания.
На бумаге ассоциации между словами делают полезным толковый словарь; в уме, его работающий словарь опирается на быстрые, гибкие ассоциации между словами. Действительно, связи в памяти обеспечивают контекст, который дает значение нашим идеям. Используя гипертекст, люди будут ассоциировать идея путем опубликованных связей, обогащая их содержание и делая их более доступными - действительно, делая их в большей степени частями своего собственного разума.
Когда мы изменяем свои умы относительно того, каков мир и где мы сейчас в нем, мы изменяем свои внутренние сети знания. Обоснованное изменение часто требует, чтобы мы сравнивали конкурирующие структуры идей.
Чтобы оценить мировоззрение, представленное в какой-то книге, читатель должен часто вспомнить или перечитать объяснения с более ранних страниц - или из противоречащей статьи, которую он видел в прошлом году. Но человеческая память подвержена ошибкам, и углубление в старые статьи кажется слишком большой работой. Помня об этой проблеме, авторы колеблются между тем, чтобы слишком углубляться (и таким образом наскучивать своим читателям) и оставаться слишком поверхностным (таким образом оставляя слабые места в своем рассмотрении). Неизбежно, они делают и то, и другое одновременно.
Читатели гипертекста будут способны видеть, поддерживает ли связанные источники идею или связанная критика уничтожает ее. Авторы будут писать содержательно, вызывая интерес у читателя кратким изложением идей и связывая их с длинными скучными объяснениями. По мере того, как авторы выскажутся и критики выскажут свои возражения, они выложат свои конкурирующие сети мировоззрений параллельно, пункт за пунктом. Читатели все еще не будут способны оценить сразу и в совершенстве, но они будут способны оценить их быстрее и лучше. Таким образом гипертекст поможет нам в решении великой задачи нашего времени: оценкой, что находится впереди и приспособление наших мыслей к перспективам, которые затрагивают самые основания установившихся мировоззрений. Гипертекст усилит наше предвидение.
К сегодняшнему моменту, многие полезные приложения зрелых гипертекстовых систем будут очевидны, или так очевидны, как они могут быть очевидны сегодня, до того как мы испытаем их на собственном опыте непосредственно. Передача новостей - одно из очевидных приложений.
Новости формируют наш взгляд на мир, но современные СМИ остро ограничивают, что журналисты могут отображать. Часто новости о технологии и мировых событиях только и имеют смысл в более широком контексте, но ограниченное место и атакующие предельные сроки публикации лишают сообщения требуемого контекста. Это ослабляет наше понимание событий. Используя гипертекст, журналисты будут находить простым связывать сегодняшние новости с более широким рассмотрением предпосылок. Что более важно, люди в сообщениях и случайные наблюдатели будут способны сказать свое слово, связывая свои комментарии с сообщением репортера.
Реклама смазывает колеса экономики, приводя (или уводя) нас к имеющимся в наличии продуктам. Хорошо информированные потребители могут избежать подделок и товаров с завышенными ценами, но требуемое исследование и сравнение занимает много времени. Однако в гипертекстовой системе службы обслуживания потребителей компаний будут собирать сравнительные каталоги, связывая описания конкурирующих продуктов друг с другом, с результатами тестирования и сообщениями от покупателей.
В образовании, мы можем учиться лучше всего, когда нам интересно то, что мы читаем. Но большинство книг представляет идеи только в одной последовательности, только на одном уровне сложности, безотносительно подготовки учащегося или его интересов. Снова, широкий спрос побудит рост полезных сетей в гипертексте. Люди будут делать связи между подобными презентациями, написанными на разных уровнях. Студенты смогут читать на удобном уровне, заглядывая в параллельные темы, которые углубляются несколько дальше. Станет проще управляться со сложным материалом, потому что связи с более ранними и базовыми определениями позволят читателям приостановиться, чтобы вернуться назад - быстро, индивидуально, и без затруднений. Другие связи приведут во всех направлениях к связанному материалу; связи в описании кораллового рифа будут вести и к текстам по экологии рифов и сказкам о голодных акулах. Когда мы можем удовлетворять сиюминутный интерес почти мгновенно, учеба становится больше развлечением. Больше людей тогда будут находить ее занятием, от которого невозможно оторваться.
Справедливый судебный процесс будет процветать в гипертексте. Поскольку он будет открыт для всех сторон и позволит задавать вопросы, отвечать на них и т.п., гипертекстовые дебаты будут иметь качество, внутренне присущее справедливому судебному процессу. Действительно, гипертекст будет идеальной средой для проведения форумов поиска фактов. Процедуры форумов, в свою очередь будут дополнять гипертекст, переводя его дебаты по широкому кругу вопросов и в четкие (хотя и предварительные) утверждения о ключевых технических фактах.
В конечном счете, очевидно, что гипертекст уменьшит проблему цитат вне контекста: читатели смогут вызвать контекст оригинала, чтобы он появился вокруг любой цитаты в системе по нажатию кнопки. Это будет ценно, и не только чтобы предотвратить неправильную интерпретацию позиции автора; косвенные выгоды могут иметь большее значение. Разумные утверждения, вырванные из своего контекста могут казаться абсурдными, но авторы гипертекста будут знать, что "абсурдные" цитаты приведут читателей прямо к оригинальному авторскому контексту. Это побудит к более смелой манере письма, давая мимам, основанным на очевидности и логике преимущество перед теми, которые основаны просто на общественных соглашениях и интеллектуальной застенчивости.
Возможно самым важным (хотя и наименее ярким) преимуществом гипертекста станет новая способность видеть отсутствие. Чтобы выжить в будущие годы, мы должны правильно оценивать сложные идеи, а это потребует оценки, нет ли в аргументации множества брешей. Но сегодня у нас есть сложности в том, чтобы видеть бреши.
Еще сложнее распознавать отсутствие критических ошибок, однако это - ключ к тому, чтобы отличить сильный аргумент. Гипертекст поможет нам. Читатели будут тщательно изучать важные аргументы, прикрепляя бросающиеся в глаза возражения там, где они находят дыры. Эти возражения будут делать дыры так непосредственно видимыми, что отсутствие хороших возражений очевидно будет показывать отсутствие известных дыр. Может быть сложным оценить, насколько это будет важно: человеческий разум имеет склонность не распознавать проблемы, вызываемые нашей неспособностью видеть отсутствие дыр, ничего не говоря о возможностях, которые эта неспособность заставляет нас пропускать.
Например, представьте, что у вас есть идея и вы пытаетесь решить, достаточно ли она хорошо обоснована и стоит ли ее публиковать. Если идея не очевидна, вы можете усомниться в ее истинности и не опубликовать ее. Но если она все же выглядит очевидной, вы можете вполне предположить, что она уже опубликована, но что вы просто ее не можете найти, где. Гипертекст, сильно облегчая поиск, сделает более простым увидеть, что что-то еще не опубликовано. Делая дыры в нашем знании более видимыми, гипертекст будет поощрять заполнение дыр.
Чтобы понимать и направлять технологию, нам требуется находить ошибки, в том числе пропуски, в сложных технологических предложениях. Поскольку мы делаем это плохо, мы делаем много ошибок, и видимость этих ошибок делает нашу некомпетентность живым и угрожающим фактом. Это поощряет осторожность, однако это также может поощрять паралич: поскольку нам сложно видеть дыры, мы боимся их везде, даже где они не существуют. Гипертекст поможет нам построить уверенность, где она оправдана, выставляя проблемы более надежным образом.
Опасности гипертекста
Также как большинство полезных институтов, гипертекст мог бы быть использован во вред. Хотя он поможет нам отслеживать факты, он мог бы также помочь правительствам отслеживать нас. Однако в балансе, он может служить свободе. Разработанный для децентрализации - со большим числом машин, авторов и редакторов - гипертекст может помочь гражданам более чем он помогает тем, кто будет ими править. Правительственные банки данных все равно растут. Гипертекстовые системы могли бы даже помочь нам не упускать их из-под своего контроля.
Опора на электронную публикацию содержит еще одну опасность. Правительства в Соединенных Штатах и где бы то ни было еще часто интерпретируют идеал, когда-то выраженный как "свобода слова" или "прессы" как свободу говорить и продавать покрытую знаками бумагу. Правительства регулировали использование радио и телевидения, требуя от них служить изменяющимся представлениям чиновников об общественном интересе. Практические организация по количеству вещательных каналов когда-то давало этому извинения, но эти извинения должны здесь и кончиться. Мы должны расширить принципы свободы слова на новую среду распространения информации.
Мы бы ужаснулись, если правительство бы приказало агентам в библиотеках сжигать книги. Мы должны быть также напуганы, когда правительство пытается исключить публичные документы из электронных библиотек. Если гипертекст должен нести наши традиции, то то, что опубликовано, должно и оставаться таким. Электронная библиотека будет ничуть не меньше библиотекой из-за отсутствия в ней полок и бумаги. Исключение чего-то из нее не произведет ни дыма, ни пламени, но зловоние сжигаемых книг будет оставаться.
От рабочего стола к мировой библиотеке
Некоторые из преимуществ, описанных мной, будут происходить только из большой, хорошо развитой гипертекстовой системы - такой, которая уже служит и как форумом для широких дебатов и находится на пути к тому, чтобы стать мировой электронной библиотекой. Стакая система может не иметь достаточно времени, чтобы вызреть до того момента, когда произойдут революции ассемблеров и ИИ. Чтобы гипертекст получил свою почву, малые системы должны иметь свои практические приложения, и чтобы гипертекст помог нам управлять технологической гонкой, малые системы должны иметь влияние за пределами своего размера. К счастью, мы можем ожидать существенных выгод почти с самого начала.
Отдельные машины гипертекста будут способны служить нескольким пользователям одновременно. Даже не будучи связанными с чем-либо еще в мире, они помогут компаниям, ассоциациям и исследовательским группам управлять сложной информацией.
Однако внешние связи будут простыми. Число публично доступных баз данных увеличилось от нескольких десятков в середине 1960-х до нескольких сотен в середине 1970-х и до нескольких тысяч в середине 1980-х. Компании сделали их доступными через компьютерные сети. Гипертекстовые системы будут способны делать выборки материала из этих баз данных, сохраняя коды доступа вместо настоящего текста. Будет только казаться, что эта информация находится в гипертекстовой системе. Но это будет достаточно хорошо для многих целей.
Люди будут использовать ранние системы, чтобы обеспечивать группу сервисом удаленного доступа через телефонную линию, таким как ББС, но лучше. Специальные группы обсуждения по интересам уже возникли в компьютерных сетях; они находят гипертекст лучшей средой для обмена информацией и взглядами.
Ранние гипертекстовые системы также помогут нам строить и управлять организациями. Обычные компьютерные конференции (просто посылка коротких сообщений туда и обратно) уже помогает группам поддерживать связь. Преимущества перед конференциями с личным живым участием включают более низкие издержки (не нужно ездить), более гладкое взаимодействие (нет нужды ожидать или прерывать людей) и лучшие соответствие умов (благодаря более четким сообщениям и меньшему количеству столкновений на личной почве). Гипертекстовые коммуникации будут расширять эти преимущества, давая участникам лучшие инструменты для создания ссылок, сравнения и составления краткого содержания. Поскольку гипертекстовые дебаты не будут нуждаться ни в каком одном редакторе, они позволят организациям стать более открытыми.
Используя гипертекстовый сервис по телефону с домашнего компьютера в часы с меньшей нагрузкой на линию, это вероятно будет на первом этапе стоить несколько долларов в час. Эта стоимость будет падать со временем. Уже на протяжении нескольких десятков лет реальная стоимость компьютеров падала примерно в десять раз каждые десять лет; стоимость коммуникаций также снижалась. Гипертекстовые системы будут доступны значительному числу людей почти также скоро, как они появятся. В пределах десяти лет, издержки вероятно упадут достаточно низко, чтобы использовать этот сервис на широком рынке.
Электронная публикация уже начинает улавливаться. Академическая американская энциклопедия, структурированная как простой гипертекст, стала доступной 90 000 подписчиков, используя 200 библиотек в восьми школах. Журнал Тайм сообщает, что дети ее используют с большим желанием. Терминалы в библиотеках уже могут получать доступ к текстам множества газет, журналов и профессиональных изданий.
Нам не нужно ждать универсальной системы, чтобы получить универсальные преимущества, потому что гипертекст начнет делать разницу очень рано. Нам нужен гипертекст в руках студентов, писателей, исследователей и менеджеров по тем же причинам, почем нам нужны учебники в школах, приборы в лабораториях и инструменты в мастерских. Некоторые книги произвели большие изменения, даже будучи прочтенными меньшим количеством людей, чем один на тысячу, потому что они имели заряд новых идей, носящихся вокруг общества. Гипертекст будет делать то же самое, помогая выделять идеи, которые далее распространятся более широко через традиционную печать и средства широкого вещания.
Гипертекст и печатный пресс
Чем будет гипертекстовая революция в сравнении с революцией Гутенберга? Некоторые цифры подсказывают ответ.
Печать с подвижным набором разительно снизило стоимость книг. В четырнадцатом веке королевский генеральный прокурор короля Франции имел только семьдесят шесть книг, однако это считалось большой библиотекой. Книги заключали в себе недели квалифицированного труда - переписчики были грамотными. Массы крестьян не могли ни позволить себе книги, ни читать их.
Сегодня за год можно заработать на тысячи книг. Книги есть во многих домах; огромные библиотеки содержат миллионы томов. Печатный станок сократил стоимость книг в сто раз или больше, подготавливая почву для массовой грамотности, массового образования и непрекращающейся мировой революции технологии и демократии.
А гипертекст? Гутенберг показал Европе, как упорядочить металлические литеры, чтобы печатать страницы; гипертекст поможет нам переупорядочивать сохраненный текст и посылать его через континенты со скоростью света. Печатание помещает стопки книг в домах и горы книг в библиотеках; гипертекст в результате принесет эти горы книг на каждый терминал. Гипертекст расширит революцию Гутенберга, увеличивая количество доступной информации.
Однако его другие преимущества кажутся более значительными. Сегодня, чтобы пройти по ссылке в библиотеке, обычно это занимает минуты; если повезет - несколько сот секунд, но это может занять дни и больше, если материал малоиспользуемый и поэтому отсутствует, или слишком сильно используемый, и поэтому отсутствует. Гипертекст уменьшит эту задержку с сотен секунд до примерно одной секунды. Таким образом, тогда как революция Гутенберга сократила затраты труда на производство текста в несколько сотен раз, гипертекстовая революция в несколько сотен раз сократит затраты труда на поиск текста. Это действительно будет революцией.
Как я говорил, благодаря тому, что будет более удобно создавать связи, это изменит структуру текста, принеся революцию не только в количество, но и в качество. Это увеличение в качестве примет много форм. Лучшие индексы сделают информацию легкой для отыскания. Лучшие критические обсуждения будут выпалывать глупость и помогать сильным идеям процветать. Лучшее представление целого будет подчеркивать дыры в нашем знании.
С изобилующей, доступной и высококачественной информацией мы будем, по-видимому, более умными. А это увеличит наши шансы на то, что мы будем правильно обращаться с будущими технологическими прорывами. Что может быть более ценно? В следующий раз вы увидите ложь, которую распространяют, или плохое решение, которое сделано из чистого невежества, остановитесь и подумаете о гипертексте.
Глава 15. ДОСТАТОЧНО МИРОВ И ВРЕМЕНИ
Проблема - не в новых идеях, а в том, чтобы избавиться от старых, которые врастают в тех, кого воспитывали, как воспитывали большинство из нас, в каждый уголок наших умов.
Джон Майнард Кинз
Я описал, как успехи в химии и биотехнологии приведут к ассемблерам, которые приведут к нанокомпьютерам, репликаторам и машинам ремонта клеток. Я описал, как успехи в программировании приведут к автоматическому инжинирингу и искусственному интеллекту. Вместе, эти успехи сделают возможным будущее, богатое возможностями, одна из которых - наше уничтожение. Если мы будем использовать форумы поиска фактов и гипертекст, чтобы усилить наше предвидение, мы можем тем не менее избежать исчезновения и двигаться вперед - но к чему?
К общемировой трансформации, которая сможет, если мы преуспеем, принести изобилие и долгую жизнь для всех, кто их желает. И это - перспектива, которая достаточно естественно вызывает мысли об утопии.
Стандартная утопия, как всем известно, - статичная, скучная и страшная - в действительности, она не была бы вообще утопией. Однако снова и снова утопические мечты изменяли историю, будь то к хорошему или к плохому. Опасные мечты вели людей на убийство во имя любви, и к порабощению во имя братства. Слишком часто мечта оказывалась неосуществимой, а попытка ее достичь оборачивалась несчастьем.
Нам нужны полезные мечты, чтобы руководить нашими действиями. Полезная мечта должна показывать возможную и желаемую цель, и шаги по направлению к этой цели должны давать положительные результаты. Чтобы помочь нам сотрудничать в управлении гонкой технологий, нам нужны цели, которые зовут людей к различным мечтам, но какие цели могли бы послужить? Представляется, что они должны содержать достаточно места для разнообразия. Аналогично, какие цели, которые мы выбираем сегодня, так близко к заре разума, могли бы оказаться достойными потенциала будущего? Представляется, что они должны содержать достаточно места для прогресса.
Только один тип будущего кажется достаточно широким, чтобы иметь широкую привлекательность: открытое будущее свободы, разнообразия и мира. С местом для преследования множества различных мечтаний, открытое будущее будет привлекательным для многих различных людей. Более величественные схемы, такие как установление единообразного мирового порядка, кажутся более опасными. Если "один мир, либо никакой" означает называние единой социальной системы на мир враждебных ядерных держав, то это выглядит как рецепт бедствия. "Многие миры, или никакой" кажется нашим реальным выбором, если мы сможем разработать активные щиты, чтобы гарантировать мир.
Мы можем оказаться способными это сделать. Используя автоматические системы инжиниринга того типа, который описан в главе 5, мы будем способны исследовать пределы возможного в миллион раз быстрее, чем это делает человек. Таким образом мы будем способны очертить предельные границы технологической гонки, включая гонку вооружений. С щитами, основанными на этом знании представляется, что мы могли смочь обеспечить стабильный, продолжительный мир.
Продвижение технологии не обязательно толкает мир к одному шаблону. Многие люди когда-то боялись, что все большие машины и все большие организации овладеют нашим будущим, сминая разнообразие и человеческий выбор. Действительно, машины могут становиться больше, и некоторые смогут. Организации могут становиться больше, и некоторые станут. Но воняющие и гремящие машины и огромные бюрократии уже становятся старомодными в сравнении с микросхемами, биотехнологией и подвижными организациями.
Сейчас мы можем видеть очертания высокой технологии в человеческом масштабе, мира с машинами, которые не гремят, с химическими заводами, которые не воняют и с производственными системами, которые не используют людей как колесики. Нанотехнология показывает, что прогресс может принести иной стиль технологии. Ассемблеры и ИИ позволят нам создавать сложные продукты без сложных организаций. Активные щиты позволят нам обеспечить мир без массивного военно-промышленного комплекса. Эти технологии расширят наш выбор, освобождая от ограничений, создавая место для большего разнообразия и независимости. Установление эры всеобщего богатства потребует, чтобы безбрежные невостребованные ресурсы космоса были поделены так, чтобы каждому досталась значительная часть.
В следующих нескольких параграфах я сделаю обзор некоторых предельных возможностей, которые откроют для нас новые ресурсы и новые машины создания - пределы, которые варьируются от жизни в стиле научной фантастики до стиля каменного века. Подумайте об этих крайностях как основных цветах, потом смешайте вашу собственную палитру, чтобы нарисовать будущее, какое вам нравиться.
Нанотехнология и повседневная жизнь
Продвижение технологии может прекратить или продолжить жизнь, но оно также может изменить ее качество. Продукты, основанные на нанотехнологии будут проникать в повседневную жизнь людей, которые захотят их использовать. Некоторые последствия будут тривиальными; другие могут быть глубокими.
Некоторые продукты будут иметь действия такие обычные, как упрощение ведения домашнего хозяйства (и такие существенные, как сокращение причин домашних ссор). В этом не должно быть особой хитрости, например, чтобы сделать все, от посуды до ковров самоочищающимися, а воздух дома постоянно свежим. Для правильно сконструированным наномашин грязь будет пищей.
Другие системы, основанные на нанотехнологии, могли бы производить свежую еду - настоящее мясо, зерно, овощи и т.д. - прямо дома и круглый год. Эта пища будет получаться из клеток, растущих определенными структурами в растениях и животных; клетки можно будет уговорить расти по этим самым структурам где угодно. Домашние выращиватели пищи позволят людям есть то, что они обычно едят, никого не убивая. Движение по защите прав животных (предвестники движения по защите всего сознающих, ощущающих существ?) будут усиливаться соответственно.
Нанотехнология сделает возможными экраны высокого разрешения, которые будут выдавать различные изображения для каждого глаза; результатом станет трехмерное телевидение, такое реалистичное, что экран будет казаться окном в другой мир. Экраны этого сорта могли бы войти в состав шлемов костюма, во многом подобных космическим костюмам, описанным в главе 6. Сам костюм, вместо того, чтобы перепрограммироваться, чтобы передавать силы и текстуры из вне, мог бы вместо этого прикладывать к коже силы и текстуры, определенные сложной интерактивной программой. Комбинация костюма и шлема такого рода могла бы моделировать меньшую часть того, что мы видим и ощущаем в любой внешней среде, будь то реальной или воображаемой. Нанотехнология сделает возможными подвижные виды искусства и фантастические миры намного более захватывающие чем любые книги, игры или фильмы.
Продвинутые технологии сделают возможным целый мир продуктов, которые делают современные удобства кажущимися неудобными и опасными. Почему не должны объекты быть легкими, гибкими, долговечными и приспосабливающими под наши желания? Почему не могут стены выглядеть как угодно, как мы хотим, и передавать только звуки, которые мы хотим слышать? И почему не должны здания и машины вообще подвергаться крушению и поджаривать своих обитателей? Для тех, кто хочет, окружение повседневной жизни может напоминать некоторые из самых диких описаний, которые можно найти в научной фантастике.
Другие мечты научной фантастики
Для тех, кто хочет в них жить, мечты научной фантастики лежат ко многим различным крайностям. Они колеблются от домов, которые приспосабливаются под нас для нашего комфорта к возможностям тяжелого труда на отдаленных планетах. Авторы научной фантастики представили многие вещи, некоторые возможные, а другие - в прямом противоречии с известными естественными законами. Некоторые мечтали о космическом полете и космический полет произошел. Некоторые мечтали о роботах и роботы появились. Некоторые мечтали о дешевых космических полетах и интеллектуальных роботах и они также на пути к нам. Другие мечты кажутся возможными.
Авторы писали о прямой передачи мыслей и эмоций от ума к уму. Представляется вероятным, что нанотехнология сделает возможной некоторую форму этого, связывая нейронные структуры через передатчики и электромагнитные сигналы. Хотя с ограничением скоростью света этот сорт телепатии кажется таким же возможным как телефония.
Звездные корабли, космические поселения, и интеллектуальные машины - все станет возможно. Все это лежит вне нашей кожи, однако авторы также писали о трансформациях внутри кожи; они также станут возможными. Стать абсолютно здоровым телом и мозгом - одна форма изменения, однако некоторые люди захотят большего. Они будут искать изменений на более глубоком уровне, чем просто здоровье и богатство. Некоторые будут искать реализации в мире духа; хотя этот запрос лежит вне пределов досягаемости грубой материальной технологии, новые физические возможности дадут новые отправные точки и достаточно времени, чтобы попробовать. Технология, лежащая в основе систем клеточного ремонта, позволит людям изменять свои тела самым различным образом - от тривиального до удивительного и причудливого. Такие изменения имеют несколько очевидных ограничений. Некоторые люди могут потерять человеческий облик, также как гусеница трансформируется, чтобы подняться в воздух; другие могут привести обычный человеческий облик к новым совершенствам. Некоторые люди просто вылечат свои бородавки, и, не обращая внимания на новых бабочек, пойдут на рыбалку.
Писатели мечтали о путешествии через время в прошлое, но природа, кажется, сотрудничать не хочет. Однако биостаз открывает путешествие в будущее, поскольку он может заставить годы пройти в мгновение ока. Уставшие могут искать новшеств более отдаленного будущего, возможно ожидая медленно зреющих продвижений в искусстве или обществе, или нанося на карту миры галактики. Если так, они примут решение спать, переходя из века в век в поиске времени, которое им подойдет.
Странные виды будущего остаются открытыми, содержа миры выше возможностей нашего воображения.
Усовершенствованная простота
Е.Ф. Шумахер, автор произведения "Маленькое красиво", писал: "Я не сомневаюсь, что возможно дать новое направление технологическому развитию, направление, которое приведет обратно к реальным потребностям человека, и которое также означает: к настоящему размеру человека. Человек мал, и следовательно, малое красиво." Шумахер не писал о нанотехнологии, но могла бы такая продвинутая технология быть частью более простой жизни на человеческом уровне?
В доисторические времена люди использовали два сорта материалов: продукты естественных балк-процессов (таких как камень, вода, воздух и глина) и продукты естественных молекулярных машин (такие как кость, дерево, шкуры и шерсть). Сегодня мы использованием те же самые материалы и сложные балк-процессы, чтобы изготавливать продукты нашей глобальной индустриальной цивилизации. Если технологические системы выросли выше человеческого уровня, наша балк-технология и глупые машины в большой степени этому виной: чтобы сделать системы сложными, мы были должны сделать их большими. Чтобы сделать их работоспособными, мы были должны заполнять их людьми. Получившаяся в результате система сейчас расползается по континентам, запутывая людей в глобальную паутину. Она предложила спасение от тяжелого труда земледелия для поддержания существования, удлинила жизни и принесла богатство, но за цену, которую некоторые считают слишком высокой.
Нанотехнология откроет новые возможности. самокопирующиеся системы будут способны обеспечивать пищу, заботу о здоровье, кров и другие необходимые вещи. Они будут делать это без чиновников или больших фабрик. Маленькие, самодостаточные сообщества смогут воспользоваться преимуществами этого.
Один из тестов свободы, которую предлагает технология - освобождает ли она людей в том, чтобы вернуться к примитивному образу жизни. Современная технология не проходит по этому тесту; молекулярная технология - да. Как пример теста, представьте себе возврат в каменный век жизни - не просто игнорируя молекулярную технологию, а используя ее.
Поселенцы каменного века, не имеющие современного образования, не поняли бы молекулярные машины, но это мало бы что значило. Со времен древности, сельские жители использовали молекулярные машины дрожжей, семян и козлов не понимая этого на молекулярном уровне. Если такые сложные и упрямые вещи как козлы подходят для примивного образа жизни, то наши формы молекулярных машин подойдут обязательно. Живое показывает, что механизмы внутри самокопирующейся системы могут игнорироваться так, как не могут игнорироваться механизмы автомобиля. Таким образом группа могла бы выращивать новые “растения” и “животных”, чтобы облегчить суровые грани быти, и все же жить в основе жизнью каменного века. Они могли бы даже ограничивать себя обычными растениями и животными, сконструированными только тысячелетиями селективного размножения.
С такими широкими возможностями, некоторые люди могут даже решить жить как мы живем сегодня: с уличным шумом, вонью и опасностями; с дырками в зубах и визжащими дрелями; с болью в суставах и обвисшей кожей; с радостями, уравновешенными страхом, тяжелым трудом и приближающейся смертью. Но если только им не промоют мозги, чтобы стереть знание лучших решений, сколько людей по собственной воле покорились бы такой жизни? Возможно немногие.
Можно ли представить, чтобы жить обычной жизнью в космическом поселении? Поселение было бы большим, сложным и размещенным в космосе - но Земля также большая, сложная и размещается в космосе. Мирые в космосе были бы такими же самообеспечивающимися как Земля и такими же большими как континент, залитый солнечным светом, наполненный воздухом и содержащий биоцилиндр, если не биосферу.
Миры в космосе не обязательно нуждаются в продуктах приямой человеческой разработки. В основе большой части природы - определенный вид беспорядочного порядка. Прожилки на листе, ветви дерева, форма островов в водоразделе - все это имеет свободу формы со структурами, которые напоминают то, что математики называют “фракталами”. Земли в космосе не обязательно должны быть смоделированы по принципу курсов гольфа или загородных земельных участков. Некоторые будут оформлены с помощью компьютерных программ, чтобы отражать глубокое знание естественных процессов, оформляя человеческую цель естественным качеством, которое ни один человеческий разум или руки не могут непосредственно произвести. Горы и долины в землях, во многом похожие на девственную дикую природу будут отражать формы горы мечты и почву мечты, высеченные в века мечты электронной воды. Миры в космосе будут мирами.
Достаточно места, чтобы мечтать
Таков, стало быть, размер перспектив будущего. Хотя пределы роста будут оставаться, мы будем способны использовать солнечную энергию в триллионы раз большую, чем вся энергия, которая сейчас находится в использовании у человека. Из источников солнечной системы, мы будем способны создавать земли площадью в миллионы площадей Земли. С ассемблерами, автоматическим инжинирингом и ресурсами космоса мы будем быстро набирать богатство в количестве и качестве, больше всего, что нам могло только в прошлом пригрезиться. Конечные пределы продолжительности жизни будут оставаться, но технология ремонта клеток будет делать совершенное здоровье и неопределенно долгую жизнь возможной для каждого. Этот прогресс принесет новые машины разрушения, но он также сделает возможными активные щиты и системы контроля вооружений, способные стабилизировать мир.
Короче говоря, мы имеем шанс на будущее с достаточным местом для многих миров и многих выборов, и с достаточным временем, чтобы их исследовать. Прирученная технология может расширить наши пределы, заставляя форму технологии меньше ограничивать форму человечности. В открытом будущем богатства, пространства и разнообразия, группы будут свободны формировать почти любое общество, которое они хотят, свободны разрушить или создать великолепный образец мира. Если только ваши мечты не требуют, чтобы вы владели всеми остальными, есть шансы, что другие люди будут желать разделить их с вами. Если так, то вы и эти другие люди могут решить объединиться вместе, чтобы образовать новый мир. Если многообещающее начало провалилось, оно решает слишком много проблем или слишком мало, вы будете в состоянии попробовать еще раз. Наша проблема сегодня - не планировать или строить утопии, а искать возможности попробовать.
Приготовления
У нас может не получиться. Размножающиеся ассемблеры и ИИ принесут проблемы беспрецедентной сложности и они угрожают появиться с беспрецедентной резкостью. Мы не можем ждать фатальной ошибки и потом решить, что делать с ней; мы должны использовать эти новые технологии, чтобы строить активные щиты до того, как угрозы будут высвобождены.
К счастью для наших шансов, надвигающиеся прорывы будут устойчиво становиться все более очевидными. В конце концов они привлекут общественное внимание, гарантируя по крайней мере какую-то меру предвидения. Но чем раньше мы начнем планировать, тем лучше наши шансы. Мир скоро станет гостеприимным к мимам, которые имеют целью описать хорошо обоснованные линии политики по отношению к ассемблерной революции и ИИ. Такие мимы затем распространятся и укоренятся, заслуживают они того, или нет. Наши шансы будут лучше, если, когда это время наступит, солидный набор идей уже будет выкован и начнет распространяться - общественное мнение и общественная стратегия тогда более вероятно, что повернут в разумном направлении, когда кризис будет близко. Эта ситуация делает осторожное обсуждение и обучение публики важным уже сейчас. Управление технологией также потребует новых институтов, а институты не развиваются за ночь. Это делает работу над гипертекстом и форумами фактов важными уже сейчас. Если они будут готовы к использованию, они также будут становиться все более популярными по мере приближения кризиса.
Вопреки широкой привлекательности открытого будущего, которые люди будут против него. Жадные до власти, нетерпеливые идеалисты и кучка чистых человеконенавистников надут перспективы свободы и разнообразия отвратительными. Вопрос - будут ли они делать линию политики общества? Правительства будут неизбежно субсидировать, отсрочивать, классифицировать, управлять, собирать в совокупность и направлять будущие прорывы. Сотрудничающие демократические страны могут сделать фатальную ошибку, но если они ее сделают, она вероятно будет результатом непонимания публикой, какие линии политики будут иметь какие последствия.
Будет настоящая оппозиция открытому будущему, основанная на различающихся (или часто невыраженных) ценностях и целях, но будут намного большие разногласия по поводу конкретных предложений, основанных на различающихся воззрениях относительно вопросов фактов. И хотя многие разногласия будут происходить из различий суждений, многие неизбежно будут происходить из простого невежества. Даже надежные, хорошо установленные факты будут в первое время оставаться малоизвестными.
Что хуже, перспективы технологий, таких принципиальных как ассемблеры, ИИ и машины ремонта клеток должны неизбежно сразу расстроить многие старые укоренившиеся идеи. Это вызовет конфликты в умах людей (Я знаю; я испытал некоторые из них). В некоторых умах, эти конфликты включат рефлекс “отрицай новое”, который служил человечеству в качестве наиболее простой умственной иммунной системы. Этот рефлекс сделает невежество упорным.
Однако еще хуже, что распространение полуправды также будет причинять вред. Чтобы функционировать должным образом, некоторые мимы должны быть связаны с другими. Если идея нанотехнологии была бы без идеи о ее опасности, то нанотехнология была бы большей опасностью, чем она уже есть. Но в мире, в котором относятся к технологии с осторожностью, эта угроза кажется небольшой. Однако фрагменты другой идеи будут распространяться, сея ложное понимание и конфликт.
Идея форма поиска фактов, когда обсуждается без отличий между фактами, ценностями и стратегиями, звучит технократически. Если активные щиты предлагаются без упоминания гипертекста или форумов поиска фактов, может казаться, что им невозможно доверять. Опасность и неизбежность нанотехнологии для тех, кто не знает об активных щитах, будет приносить отчаяние. Опасность нанотехнологии, когда ее неизбежность не понимается, возбудит бесплодные локальные усилия по остановке ее глобального прихода. Активные щиты, когда мотивом их создания не является контроль молекулярной технологии, будет производить впечатление для большинства людей как слишком большие хлопоты. Когда называют “оборонные проекты” без различия между обороной и нападением, щиты будут производить впечатление на некоторых как угроза миру.
Подобным образом идея долгой жизни, когда ей не сопутствует ожидание изобилия и новых границ будет казаться извращенной. Изобилие, когда представляется без космического развития или контролируемых репликаторов, будет звучать как наносящая вред окружающей среде. Идея биостаза для тех, кто ничего не знает о машинах ремонта клеток и путает смерть с разложением, будет звучать абсурдно.
Если только они не будут удерживаться вместе книжными обложками или гипертекстовыми связями, идеи будут иметь тенденцию дробиться по мере того, как они движутся вперед. Нам будет нужно разработать и распространить понимание будущего как целого, как системы взаимосвязанных опасностей и возможностей. Это требует усилий от многих умов. Побудительный мотив изучать и распространять необходимую информацию будет достаточно силен: вопросы пленительны и важны, и многие люди будут хотеть, чтобы их друзья, семьи и коллеги присоединились к рассмотрению того, что лежит впереди. Если мы будем продвигаться в правильных направлениях - изучение, преподавание, обсуждение, сдвиг направлений и продвижение дальше, то мы можем все же направить гонку технологий в будущее, где будет достаточно места для нашей мечты.
Эры эволюции и тысячелетия истории подготовили этот вызов и тихо представили его перед нашим поколением. Будущие годы принесут величайшую поворотную точку в истории жизни на Земле. Направлять жизнь и цивилизацию через этот переход - великая задача нашего времени.
Если мы преуспеем (и если мы выживем), то вы можете удостоиться бесконечных вопросов от надоедливых пра-правнуков: “На что это было похоже, когда ты был ребенком, тогда, перед Прорывом?” или “На что это похоже - становиться старым?” или “Что ты думал, когда ты услышал, что Прорыв приближается?”, а также “И что ты потом сделал?” Своими ответами вы перескажите еще раз сказку о том, как было выиграно будущее.
ПОСЛЕСЛОВИЯ
Послесловие 1985 года
В областях, которые я описал поступь событий стремительна. За последний месяц или около того, случилось или возникло в поле моего внимания несколько разработок:
Несколько групп сейчас работают над конструированием белка, а вновь созданный Центр продвинутых исследований в биотехнологии планирует поддержать эти усилия. Группа в Национальном бюро стандартов совместило два метода молекулярного моделирования способом, решающим для разработки ассемблеров. Успехи также сделаны в использовании компьютеров для планирования молекулярного синтеза.
Гонка по направлению к молекулярной электронике продолжается. Группа Форреста Картера в Военно-морской исследовательской лаборатории США готовит экспериментальную работу, а журнал “Экономист” сообщает, что “японское правительство недавно помогло основать фонд в 30 миллионов долларов с целью исследований по молекулярной электронике.”
Другие успехи могут помочь нам более умно обращаться с быстро приближающимся ассемблерным прорывом. В колледже Дартмунда, Артур Кантрович завершил две экспериментальные процедуры форума поиска фактов, которые исследуют технологию предлагаемых защитных систем от баллистических ракет. Тем временем в университете Браун, Институт исследования информации и гуманитарного образования разрабатывает “рабочую станцию ученого с гипертекстовыми возможностями - прототип системы, предназначенной для использования везде во всех университетах.
Успехи в технологии продолжатся как и успехи в средствах управления ею. С удачей и усилиями, мы можем суметь принять правильные решения и вовремя.
К. Эрик Дрекслер
Июнь 1985 года.
Послесловие 1990 года
Что бы я скорректировал в “Машинах” сейчас, после нескольких лет обсуждения, критики и технологического прогресса? Первые десять страниц, сообщающие последние успехи в технологии, но заключение осталось бы тем же: мы движемся к ассемблерам, по направлению к эре молекулярного производства, дающего полный и недорогой контроль за структурой материи. Никаких изменений в центральных тезисах бы не было.
Чтобы подытожить некоторые показатели технологического прогресса: “Машины” размышляют о том, когда мы могут достичь решающей вехи в разработке молекулы белка с нуля, но это было на самом деле выполнено в 1988 году Вильямом Ф. ДеГрадо из Дю Понта и его коллегами. В 1987 году, нобелевскую премию разделили Дональ Дж. Крам из UCLA, Джин-Мари Лен из университета Луиса Пастера и Чарльз Педерсен из Дю Понта за разработку синтетических молекул со способностями, подобными способностям белка. В IBM, группа Джона Фостера наблюдала и изменяла отдельные молекулы, используя технологию сканирующего туннельного микроскопа; это (или связанная атомическая сила микроскопа) может в ближайшие несколько лет обеспечить позиционирующий механизм для грубого фото-ассемблера. Инструменты на базе компьютера для разработки и моделирования молекул улучшаются стремительно. Короче говоря, продвижения по направлению к нанотехнологии через разработку молекулярных систем оказались более быстрыми, чем “Машины” могли предполагать.
Идея нанотехнологии распространилась далеко и широко, и благодаря самим Машинам (с изданиями 1990 года в Японии и Британии) и благодаря другим публикациям. Недавнее резюме появилось в ежегоднике Британника 1990 года, “Наука и будущее”. Меня пригласили для выступлений в большинство ведущих технических университетов и во многие из ведущих корпоративных исследовательских лабораторий в Соединенных Штатах. В Стэндфорде, когда я читал первый университетский курс по нанотехнологии, комната и фойе были набиты в первый день, а последний вошедший студент влез через окно, интерес был огромный и все увеличивающийся.
Какова была реакция технического сообщества - тех, кто находится в наилучшем положении, чтобы находить и отмечать ошибочные идеи? Оттуда, где я стоял (т.е. перед задающими вопросы техническими аудиториями) центральные тезисы этой книги выглядели убедительно; они выдерживали критику. Нельзя сказать, что каждый их принимал, просто каждый предлагаемый довод для опровержения их оказывался ложным. (Мои извинения скрытым критикам с собственной точкой зрения - пожалуйста, выступайте вперед и высказывайтесь!) Множество технических статей (по механическим нанокомпьютерам, молекулярным механизмам и опорам и т.д.) доступны и технические учебники уже на подходе. После серии локальных встреч, Институт предвидения учредил первую большую конференцию по нанотехнологии в октябре 1989 года (о которой рассказывается в новостях науки за 4 ноября); отчет о заседании готовится.
На конференции стало ясно, что Япония уже в течение нескольких лет считает разработку молекулярных систем базисом для технологии двадцать первого века. Если остальной мир желает видеть совместную разработку нанотехнологии, ему лучше проснуться и начать действовать со своей стороны.
Определенные сценарии и предложения в последней трети “Машин” могли бы подвергнуться перефразированию, но по крайней мере одна проблема представлена обманчиво. Страница 173 говорит о необходимости избежать неконтролируемых инцидентов с размножающимися ассемблерами; сегодня я бы подчеркнул, что есть мало побудительных мотивов строить репликаторы, даже напоминающие тот, который мог бы выжить в природе. Посмотрите на машины: чтобы работать, им нужен бензин, масло, тормозная жидкость и т.п. Никакое обычное происшествие не может дать возможность автомобилю самостоятельно добывать себе корм и заправляться соком деревьев: это потребовало бы гениального конструирования и тяжелой работы. Это подобно простым репликаторам, разработанных, чтобы работать в чанах с ассемблерной жидкостью, делая неразмножающиеся продукты для внешнего пользования. Репликаторы, построенные в соответствии с простыми правилами, были бы никоим образом непохожи на то, что может вырваться из-под контроля и начать творить безумства. Проблема, и она огромна, не в инцидентах, а в злоупотреблении.
Некоторые ошибочно представили, что моя цель - рекламировать нанотехнологию; на самом деле она - продвигать понимание нанотехнологии и ее последствий, что является совершенно другим вопросом. Тем не менее я сейчас убежден, что чем раньше мы начнем серьезные усилия по разработке, тем дольше у нас будут серьезные публичные дебаты. Почему? Потому что серьезные дебаты начнутся с этих серьезных усилий, а чем раньше мы начнем, тем более слабой будет наша технологическая база. Ранний старт будет таким образом означать более медленный прогресс и значит более времени, чтобы рассмотреть последствия.
Если ваше желание - быть в курсе разработок в этих областях, и с предпринимаемыми усилиями понять и повлиять на них, пожалуйста свяжитесь:
Институт предвидения
Послесловие 1996 года
“Машины создания” пытаются исследовать мир, по направлению к которому технология нас увлекает, и в годы, прошедшие с первой публикации, технология прошла длинный путь по направлению к этому миру.
Первая глава показывает, как белковое проектирование, делая молекулярные машины во многом подобными живым клеткам, мог бы обеспечить путь к более продвинутым системам, но он осторожен относительно времени, которое потребуется, чтобы решить наиболее фундаментальные проблемы. Два года после публикации Вильям ДеГрадо из ДюПонта сообщил о первом прочном успехе в разработке белка с нуля. Сейчас есть журнал, который называется “Белковый инжиниринг” и все увеличивающийся поток результатов. Что более важно, возникли дополнительные пути к той же цели, основные на других молекулах и методах. В 1988 году Нобелевская премия по химии была присуждена Краму, Педерсону и Лену за их работу по построению больших молекулярных структур из самособирающихся частей. В 1995 году премия Фейманна по нанотехнологии была вручена Надриану Симану из университета Нью-Йорка за разработку и синтез структур ДНК, соединенных так, чтобы образовывать кубические структуры. Химики начали говорить о “нанохимии”. В последние годы, молекулярная самосборка возникла как самостоятельная область.
В своем разделе примечаний “Машины” упоминают возможность, что механические системы - зондовые микроскопы, способные передвигать острые концы по поверхности с точностью до атома - могут использоваться для позиционирования молекулярных инструментов. С того времени Дональд Айглер из IBM продемонстрировал способность передвигать атомы живым и запоминающимся образом, написав “IBM” на поверхности, используя 35 точно упорядоченных атомов ксенона. Манипулирование атомами также выделилось в отдельную область исследований.
Возможно самый очевидный индикатор - лингвистика. Когда “Машины” были опубликованы, слово “нанотехнология” было почти неизвестно. С тех пор оно стало широко употребляемым словом в науке, конструировании, футурологии и фантастике. И в наших лабораторных возможностях и в наших ожиданиях, мы на нужном пути.
Есть даже надежда, что мы могли бы научиться управлять своими технологиями лучше, это время близко. Глава “Сеть знаний” описывает, как среда гипертекстовой публикации могла бы ускорить эволюцию знания и возможно, мудрость. Мировая паутина (WWW) - большой шаг в этом направлении, а разработчики программ работают, чтобы добавить остающиеся необходимые возможности, чтобы двинуться дальше простой публикации, чтобы поддерживать дискуссии, критику, обдумывание и построение консенсуса.
Для дополнительной информации:
Foresight Institute
PO Box 61058
Palo Alto, CA 94306 USA
tel 415-324-2490
fax 415-324-2497
inform@foresight.org
Глоссарий
Этот глоссарий содержит термины, которые используются в описании вопросов, связанных с высокими технологиями. Он составлен группой по изучению нанотехнологии Массачусетского технологического Института, при особом содействии Дэвида Дарроу Университета Штата Индиана.
АКТИВНАЯ ЗАЩИТА: защитная система со встроенными сдерживающими факторами для ограничения или предотвращения использования системы во вред.
АМИНОКИСЛОТЫ: Органические молекулы, из которых строятся белки. Известно около двух сотен аминокислот, двадцать из которых широко распространены в живых организмах.
АНТИОКСИДАНТЫ: Химические вещества, препятствующие окислению, которое вызывает прогорклость жиров и повреждение ДНК.
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ (ИИ): область исследования, которая ставит целью понять и построить интеллектуальные машины; этот термин также может относиться к непосредственно машине с интеллектом.
АССЕМБЛЕР: молекулярная машина, которая может быть запрограммирована строить практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков. Подобие управляемого компьютером механического цеха. (См. "Репликатор".)
АТОМ: самая маленькая частица химического элемента (приблизительно три десятимиллиардных метра в диаметре). Атомы - блоки, из которых строятся молекулы и твердые объекты; они состоят из облака электронов, окружающих плотное ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Наномашины будут работать не с ядрами, а с атомами.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНЖЕНЕРИНГ: использование компьютеров для выполнения технических разработок, в предельном случае - проведение детальных проработок с минимальной человеческой помощью или без нее по заданной общей спецификации. Автоматизированный инженеринг - специализированная форма искусственного интеллекта.
БАКТЕРИИ: Одноклеточные живые организмы, обычно диаметром около одного микрона. Бактерии - одни из самых старых, самых простых, и самых маленьких типов клеток.
БИОШОВИНИЗМ: предубеждение, что биологические системы имеют присущее и неотъемлемое превосходство, которое всегда будет давать им монополию на само-воспроизводство и интеллект.
БИОСТАЗИС: состояние, в котором структура клетки и ткани сохранена, что позволяет в дальнейшем восстановление машинами ремонта клеток.
БАЛК-ТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции совокупностями атомов и молекул, а не индивидуальными атомами; большинство существующих технологий попадает в эту категорию.
КАПИЛЛЯРЫ: Микроскопические кровеносные сосуды, которые переносят части крови, обогащенные кислородом, к тканям.
КЛЕТКА: единица, ограниченная мембраной, обычно несколько микрон в диаметре. Все растения и животные состоят из одной или большего количество клеток (для человека - триллионы). Вообще, каждая клетка многоклеточного организма содержит ядро, содержащее всю генетическую информацию организма.
МАШИНА РЕМОНТА КЛЕТКИ: система, включающая нанокомпьютеры и датчики размера молекул, а также инструменты, запрограммированные на восстановление повреждений ячеек и тканей.
ЧИП: См. Интегральную схему.
ПЕРЕКРеСТНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ: процесс, формирующий химические связи между двумя отдельными молекулярными цепями.
КРИОБИОЛОГИЯ: наука биологии при низких температурах; исследования в криобиологии сделало возможным замораживание и хранение спермы и крови для более позднего использования.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА: регулярно повторяющаяся трехмерная структура атомов в кристалле.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ОПЕРЕЖЕНИЕМ: использование известных принципов науки и инженеринга для разработки систем, которые могут быть построены только с помощью еще не имеющихся в распоряжении инструментов; это дает возможность более быстрого получения пользы от способностей новых инструментов.
ИЗБЫТОЧНОСТЬ В ПРОЕКТИРОВАНИИ: форма избыточности, при которой компоненты различного проекта служат для одной и той же цели; это дает возможность системам функционировать должным образом несмотря на недостатки проекта.
ДИЗАССЕМЛЕР: система наномашин, способная разбирать объект на атомы с записью его структуры на молекулярном уровне.
ИНФОРМАЦИОННАЯ СМЕРТЬ: Такие изменения в организме, что из текущего состояния не может быть определена его исходная структура
.
ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА): молекулы ДНК - длинные цепи, состоящие из четырех видов нуклеотидов; порядок этих нуклеотидов кодирует информацию, необходимую для построения молекул белка. Они в свою очередь составляют многое из молекулярного аппарата клеток. ДНК - генетический материал клеток. (См. также РНК).
ИНЖЕНЕРИНГ: использование научного знания и метода проб и ошибок для проектирования системы. (См. Наука.)
ЭНТРОПИЯ: мера беспорядка физической системы.
ФЕРМЕНТ: белок, который действует как катализатор в биохимической реакции.
EURISKO: программа для компьютера, разработанная профессором Дугласом Ленатом, которая способна применить эвристические правила для выполнения различных задач, включая изобретение новых эвристических правил.
ЭВОЛЮЦИЯ: процесс, в котором популяция само-воспроизводящихся существ подвергается изменению, с размножением успешных вариантов, которые становятся основой для дальнейших изменений.
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ: Рост, характеризующийся периодическими удвоением показателя.
ФОРУМ ПОИСКА ФАКТОВ: процедура для поиска фактов с помощью структурированных и управляемых арбитром дебатов между экспертами.
СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ: молекула, содержащая непарный электрон, обычно в высокой степени непостоянный и готовый вступать в реакции. Свободные радикалы могут повреждать молекулярные механизмы биологических систем, что ведет к перекрестным связям и мутациям.
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛеННОСТИ ХЕЙЗЕНБЕРГА: квантово-механический принцип, из которого следует, что положение и импульс объекта не могут быть точно определены. Принцип Хезенберга помогает определить размер электронных облаков, и, следовательно, размер атомов.
ЭВРИСТИКИ: Строго необоснованные правила, которые используются для поиска направления, где могут находиться решения проблемы.
ГИПЕРТЕКСТ: система на базе компьютера для объединения текста и другой информации перекрестными ссылками, дающая возможность быстрого доступа и поиска, легкой публикации критики.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС): электронная схема, состоящая из многих взаимосвязанных устройств на одном участке полупроводника, обычно со стороной в 10 мм. ИС - самые важные блоки, из которых строятся сегодняшние компьютеры.
ИОН: атом с большим или меньшим количеством электронов, чем нужно, чтобы компенсировать электронный заряд ядра. Ион - атом с электрическим зарядом.
КЕВЛАР (TM): синтетическое волокно, созданное компанией E. I. du Pont Nemours & Co. Прочнее большинства сталей, Кевлар - один из самых прочных материалы доступных на рынке, исопользуемый в аэрокосмическом конструировании, пуленепробиваемых жилетах, и других случаях, когда требуется высокое отношение прочности к весу.
СВЕТОВОЙ ПАРУС: система приведения в движение космического корабля, которая получает толчок от давления света, падающего на тонкую металлическую пленку.
ОГРАНИЧЕННЫЙ АССЕМБЛЕР: ассемблер со встроенными ограничителями, которые сужают способы использования (например, делают опасные виды использования затрудненными или невозможным, или позволяют строить только один вид объектов).
МИМ: идея, которая, подобно гену, может воспроизводиться и эволюционировать. Примеры мимов (и систем мимов) включают политические теории, религии, обращающие в свою веру, и саму идею относительно мимов.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ: См. Нанотехнологию.
МОЛЕКУЛА: самая маленькая частица химического вещества; обычно группа атомов, скрепляемых в особом порядке химическими связями.
МУТАЦИЯ: наследуемая модификация в генетической молекуле, такой как ДНК. По своему воздействию на организм мутации могут быть положительными, отрицательными, или нейтральными; конкуренция элиминирует отрицательные, оставляя положительные и нейтральные.
НАНО-: приставка, означающая десять к минус девятой степени, или одину миллиардную.
НАНОКОМПЬЮТЕР: компьютер, сделанный из компонентов (механических, электронных или других) в масштабе нанометра.
НАНОТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции отдельными атомами и молекулами для построения структуры к сложным, атомным спецификациям.
НЕЙРОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: Имитация функционирования нейронной системы, такой как мозг, путем моделирования функции каждой клетки.
НЕЙРОН: нервная клетка, такая, какие можно обнаружить в мозгу.
НУКЛЕОТИД: небольшая молекула, состоящая из трех частей: азотная основа (пурин или пиримидин), сахар (рибоза или дезоксирибоза), и фосфат. Нуклеотиды играют роль блоков, из которых строятся нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).
ЯДРО: В биологии - структура в достаточно сложных клетках, содержащая хромосомы и аппарат для транскрипции ДНК в РНК. В физике - маленькое, плотное ядро атома.
ОРГАНИЧЕСКАЯ МОЛЕКУЛА: молекула, содержащая углерод; все сложные молекулы в живых системах в этом смысле - органические молекулы.
ПОЛИМЕР: молекула, составленная из единиц меньшего размера, связанных так, что они образуют цепь.
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ СУММА: термин, используемый для описания ситуации, где один или большее количество существ могут выигрывать без того, чтобы из-за этого другие существа несли равный проигрыш; например, растущая экономика. (См. Нулевую Сумму.)
ИЗБЫТОЧНОСТЬ: использование большего количества компонентов чем необходимо для выполнения функции; это может давать возможность системе работать должным образом несмотря на вышедшие из строя компоненты.
РЕПЛИКАТОР: Когда речь идет об эволюции, репликатор - это объект (такой как ген, мим, или содержание диска памяти компьютера), который способен сам себя скопировать, включая любые изменения, которым он мог подвергнуться. В более широком смысле, репликатор - это система, которая способна делать свою копию, не обязательно копируя любые изменения, которым она могла подвергнуться. Гены кролика - репликаторы в первом смысле (изменение в гене может быть унаследовано); кролик непосредственно - репликатор только во втором смысле (метка, сделанная на его ухе не может быть унаследована).
ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ ФЕРМЕНТ: фермент, который разрезает ДНК в определенном участке, позволяя биологам вставить или удалить генетический материал.
РИБОНУКЛЕАЗА: фермент, который сокращает Молекулы РНКв меньшие части.
РИБОСОМА: молекулярная машина, обнаруживаемая во всех клетках, которая строит молекулы белка согласно инструкциям, читаемым из молекул РНК. Рибосомы - сложные структуры, построенные из молекул белка и РНК.
РНК: Рибонуклеиновая кислота; молекула, подобная ДНК. В клетках информация из ДНК расшифровывается в РНК, которые в свою очередь "читаются", чтобы направить построение белка. Некоторые вирусы используют РНК как свой генетический материал.
НАУКА: процесс развития систематизируемого знания мира путем изменения и испытания гипотез. (См. Инженеринг.)
НАУЧНЫЙ СУД: (ввелось в употребление средствами массовой информации) форум поиска фактов, проводимый правительством.
ЗАКРЫТАЯ АССЕМБЛЕРНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ: рабочее пространство, содержащее ассемблеры, которое закрыто со всех сторон таким образом, что информация может течь внутрь и наружу, но ассемблеры или продукты их деятельности наружу выходить не могут.
СИНАПС: структура, которая передает сигналы от нейрона к соседнему (или к другой клетке).
ВИРУС: маленький репликатор, состоящий из небольшого количества хорошо упакованной ДНК или РНК, который, будучи введенным в клетку хозяина, может направить молекулярные механизмы клетки на производство большего количества вирусов.
НУЛЕВАЯ СУММА: термин, используемый для описания ситуации, в которой одно существо может получать пользу только, если другие существа терпят равную потерю; например, игра в покер. (См. Положительную Сумму.)