Эволюционным путем не может возникнуть бессмертное или длительно живущее существо. Скорее наоборот – генетически закодировано прекращение жизни по достижении определенного возраста.
Развитие молекулярной нанотехнологии даст возможность тщательно изучить процессы, протекающие внутри клеток организма. Есть большие основания полагать, что точное знание того, как функционируют клетки, позволит создать наномашины, ликвидирующие негативные изменения, происходящие в клетках и тканях живого организма с течением времени. Возможно, удастся переделать программу, записанную в ДНК, так, чтобы «выключить» старение. Тогда функции регулирующих наномашин возьмут на себя органеллы клетки.
Но не нарушит ли человек гармонию мира, искусственным путем достигнув бессмертия? Кроме проблемы перенаселенности Земли, которую, в принципе, можно решить, расселяясь по Вселенной, есть другие доводы против бессмертия человека.
Во-первых, поколение людей несет с собой определенные моральные устои, мировоззренческие взгляды, и длительная жизнь одного поколения может привести к застою в развитии общества. «Если бы организм, – пишет Страхов, – в эпоху своей зрелости стал вдруг неизменным, следовательно, представил бы только повторяющиеся явления, но в нем прекратилось бы развитие, в нем не происходило бы ничего нового, следовательно, не могло бы быть жизни. Итак, одряхление и смерть есть необходимое следствие органического развития, они вытекают из самого понятия развития. Вот те общие понятия и соображения, которые объясняют значение смерти».
Во-вторых, с возрастом человек проявляет все меньше интереса к жизни, в нем растет усталость, груз накопленных знаний и переживаний гнетет его, так что смена поколений необходима для поддержания активности все время на высоком уровне. “Боги, боги мои! Как грустна вечерняя земля! Как таинственны туманы над болотами. Кто блуждал в этих туманах, кто много страдал перед смертью, кто летел над этой землей, неся на себе непосильный груз, тот это знает. Это знает уставший. И он без сожаления покидает туманы земли, ее болотца и реки, он отдается с легким сердцем в руки смерти, зная, что только она одна успокоит его”. В этих словах Михаила Булгакова заключена печальная и примиряющая со смертью истина. Ибо на пути жизни для того, кто смертельно устал – не пресытился удовольствиями, а именно устал, подобно мастеру, завершившему непосильный труд, – для утомленного путника покой небытия не внушает страха. Такова великая справедливость судьбы.
Эту связь вопроса о смысле человеческой жизни с проблемой долголетия, смерти и бессмертия человека можно проследить через всю историю философии и науки, и ее хорошо выразил уже Л. А. Сенека, сказавший, что важно не то, долго ли, а правильно ли ты прожил. Всякая жизнь, хорошо прожитая, есть долгая жизнь, отмечал и Леонардо да Винчи. Эту же мысль подчеркивал и М. Монтень, говоря, что мера жизни не в ее длительности, а в том, как вы ее использовали.
В-третьих, опыт говорит нам, что любой развивающийся процесс в природе имеет свое начало и свой конец. Бесконечным может быть лишь стационарный или циклический процесс. Так как неотъемлемым атрибутом жизни является развитие, то любой жизненный процесс рано или поздно должен заканчиваться смертью. Ф. Страхов пишет: «Смерть – это финал оперы, последняя сцена драмы, – как художественное произведение не может тянуться без конца, но само собою обосабливается и находит свои границы, так и жизнь организмов имеет пределы. В этом выражается их глубокая сущность, гармония и красота, свойственная их жизни. Если бы опера была только совокупность звуков, то она могла бы продолжаться без конца, если бы поэма была только набором слов, то она также не могла иметь никакого естественного предела. Но смысл оперы и поэмы, существенное содержание требуют финала и заключения».
Но отрицание возможности бессмертия не означает невозможность долголетия. Нет никаких принципиальных ограничений на длительность жизни человека, допустим, в 1000 лет. Таким долгожителем, скорее всего, можно стать с помощью молекулярной нанотехнологии. А дальнейшее увеличение длительности жизни будет зависеть от состояния общества и настроения каждого человека лично. «Любопытные в этом плане мысли попытались объединить в некоторый закон более долгой жизни С. Норкот Паркинсон и Герман Ле Конт: существует много средств продления жизни, но следует помнить, что вопрос жить или умереть во многом зависит от состояния ума. Мы умираем, по крайней мере отчасти, потому что прожили достаточно долго, мы живем потому, что надо что-то сделать».
«Истинному» – временному долголетию человека можно противопоставить альтернативный вариант «внутреннего» долголетия, которое может дать молекулярная нанотехнология. В этом случае внедренные в мозг наносистемы так изменяют процессы мышления, что ход «внутреннего» времени человека многократно ускоряется. За прежний промежуток времени человек субъективно будет проживать во много раз больше. Но такому мозгу будет казаться, что весь мир впал в дрему, так как для него все физические перемещения будут выполняться очень медленно, будто в вязком сиропе. Вряд ли такое «долголетие» придется по вкусу многим людям.
Переделка человеческого организма с целью излечения от болезней и увеличения продолжительности жизни с помощью молекулярных нанотехнологий будет возможна в достаточно отдаленном будущем (хотя, по оптимистическим прогнозам, это произойдет в конце ХХІ – начале ХХІІ веков). Но даже для ныне живущих людей есть возможность стать такими долгожителями. Этот шанс предоставляет замораживание организма до сверхнизких температур после клинической смерти. Правда, такое «удовольствие» могут себе позволить лишь достаточно богатые и смелые люди. Ведь когда появится возможность разморозить и вылечить человека, скорее всего, никого из его родственников и знакомых, не разделивших его участь, не будет в живых. «Размороженный» человек попадет в незнакомый мир новой эпохи. И это тоже проблема!
В Ы В О Д Ы
Различные наноматериалы уже стремительно ворвались в нашу жизнь. Молекулярная нанотехнология, еще не вышедшая из стен лабораторий, широко заявит о себе через 10–20 лет, когда будут созданы молекулярные компьютеры, ассемблеры и репликаторы. Сначала, видимо, появятся различные наноэлектромеханические устройства для космических полетов и военных целей. Планируется, например, разработать «самолет» размером со стрекозу или муху для проведения радиационной, химической и иной разведки, для наблюдения за полем боя. Существенно изменятся средства поражения противника и защиты от поражения (но увеличится риск пострадать от вооруженных научными достижениями террористов).
Появятся совершенно новые средства диагностики и лечения заболеваний (полный анализ крови по одной небольшой капельке; миниатюрные механические устройства, перемещающиеся внутри организма, например, по кровеносным сосудам, распознающие больные ткани и доставляющие лекарства непосредственно к ним, не вызывая побочных эффектов).
Будут созданы средства полной автоматической очистки вредных выбросов с «разборкой» и утилизацией выбрасываемых компонентов. Путем молекулярного синтеза удастся ликвидировать недостаток пищевых продуктов и обеспечить их высокое качество. Развитие и удешевление компьютерной сети сделает образование доступным любому жителю Земли, где бы он ни находился. Появление и развитие нанотехнологии – новая техническая революция. Чтобы осмыслить масштабы грядущих перемен и их значение для развития цивилизации, требуются усилия философов, социологов, психологов и других представителей гуманитарных наук. Но представляется, что у России, Украины, как и у всего человечества, нет выбора, развивать или не развивать нанотехнологию.
На трудном пути в Наномир предстоит еще очень и очень много сделать. И химики разных специальностей будут здесь среди самых востребованных работников. Химия – и ключевая наука, и связующее звено с другими отраслями знаний в таком междисциплинарном направлении, как нанотехнология.
Нанотехнология сделает возможным создание гигагерцовых компьютеров размером меньше кубического микрона (одна миллиардная кубического миллиметра); машин для ремонта живых клеток; бытовых универсальных производственных устройств и устройств для переработки отходов; дешевых средств колонизации космоса и многого другого. Вообще говоря, основная идея нанотехнологии состоит в том, что практически любую химически стабильную структуру, которую можно описать, на самом деле, можно и построить.
Последние несколько лет ознаменовались бурным ростом интереса к этой области и ростом инвестиций в нанотехнологию. Поскольку они смогут копировать себя, ассемблеры будут дешевыми. Это становится понятным, если вспомнить, что многие другие продукты молекулярных машин – дрова, сено, картофель – стоят совсем мало. Работая в больших группах, ассемблеры и специализированные наномашины смогут создавать любые объекты с небольшими затратами. Обеспечив точное размещение каждого атома, они будут производить надежные продукты с высокой точностью. Неиспользованные молекулы будут контролироваться столь же тщательно, что сделает производственный процесс практически безотходным. На самом деле, практически любая структура, описанная с атомарной точностью и не противоречащая химическим законам, может быть построена молекулярными ассемблерами дешево и практически без отходов.
Широко распространено убеждение, что развитая нанотехнология также сделает возможным оживление пациентов в криогенном анабиозе и загрузку сознания в компьютер. Хотя принципиальная возможность молекулярной нанотехнологии довольно хорошо обоснована, сложнее определить, сколько времени понадобиться для ее появления.
Среди экспертов распространено мнение, что первый универсальный ассемблер будет создан в районе 2017 г. плюс–минус десять лет, но до полного согласия по этому вопросу еще далеко. Поскольку последствия нанотехнологий столь обширны, и не всегда предсказуемы, необходимо, чтобы люди уже сейчас начали серьезно размышлять об этих вопросах. Злоупотребление нанотехнологиями может иметь разрушительные последствия; общество нуждается в выработке путей минимизации этого риска. Загрузка (иногда называемая «загрузка сознания» или «реконструкция мозга») – это гипотетический процесс переноса сознания из биологического мозга в компьютер. Сканирование мозга с достаточным разрешением может быть выполнено путем разборки мозга атом за атомом с помощью нанотехнологии. Это тоже подтвеждает, что мы должны изучать и обсуждать возможные проблемы до того, как они станут реальностью. Биотехнология, нанотехнология и искусственный интеллект могут оказаться источником серьезной опасности, если их использовать неосторожно или злонамеренно. Нужна информированность общества, гражданський контроль, прозрачность в исследованиях.
С развитой молекулярной нанотехнологией мы получим способ производить практически любые товары, без каких бы то ни было отходов или загрязнения. Более того, эта технология позволить нам исправить вред, нанесенный довольно примитивными технологиями, которые мы используем сегодня. Это устанавливает высокий стандарт, которому другие подходы к защите окружающей среды не могут ничего противопоставить. Нанотехнология также сделает экономически эффективным строительство космических солнечных электростанций, добычу руды и минералов на астероидах или других планетах и перенос тяжелой промышленности за пределы Земли.
Тема XIV: ИНЖЕНЕРНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ: СУЩНОСТЬ, ОСНОВЫ,
ПРОШЛОЕ И НАСТОЯШЕЕ
Термин «информатика», который используется для обозначения совокупности научных направлений, связанных с появлением компьютеров и их стремительным вхождением в ноосферу, относительно новый. Он получил «права гражданства» в начале 80-х гг. ХХ в. До этого, согласно определению Большой советской энциклопедии, информатика рассматривалась как дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности. Подобное определение связывало информатику, прежде всего, с библиотековедением, библиографией, методами поиска информации в массивах документов.
То, что стало сегодня называться информатикой, совершенно иное. Ближе всего содержание этого понятия подходит к тому, что в большинстве стран называется «компьютерные науки». Они концентрируют свое внимание на различных аспектах, связанных с протеканием и использованием информационных процессов, с теми сотрудниками, которым представляется информация, и теми процедурами, которые применяются при ее переработке. В их область включается и разработка теорий машин – компьютеров – и методов их использования в системах переработки информации.
Поэтому, говоря об истории информатики, по сути, надо излагать историю кибернетики, в том числе и отечественной, частично прикладной математики, а также вычислительной техники.
Целью настоящей лекции является изложение истории зарождения механических, электромеханических и электронных устройств, нацеленных на выполнение массовых вычислений, зарождения, становления и развития кибернетики, а затем и информатики.
1. Сущность кибернетики – информатики, их основы.
2. Становление и развитие вычислительной техники как основы кибернетики – информатики.
Длительное время совокупность научных направлений, называемых теперь информатикой, именовались по-разному. Сначала объединяющим был термин «кибернетика», затем общим названием той же области исследований стала «прикладная математика». Ясно одно, что кибернетика – интегральное научное направление и как таковое в значительной степени базируется на знаниях и идеях, накопленных в рамках большого числа различных дисциплин, развивающихся независимо друг от друга. Необходимо выделить то, что можно называть кибернетики, рассмотреть состояние соответствующих знаний к моменту зарождения идей, которые допустимо именовать кибернетическими.
Известно, что термин «кибернетика» дал обозначение науке об управлении общественными системами, который использовали греческий философ Платон (428–348 гг. до н.э.), французский физик А. М. Ампер (1775–1836), польский ученый Ф. Бронислав Тренповский (1808–1869) – ученик Гегеля. Он происходит от греческого «кюбернетес», что первоначально значило «рулевой», «кормчий», но впоследствии стало обозначать и «правитель над людьми». Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других – искусство править людьми. Примечательно, что римлянами слово «кюбернетес» было преобразовано в «губернатор». А. М. Ампер в своей работе «Опыт о философии наук, или Аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний», (первая часть вышла в 1834 г.) назвал кибернетикой науку о текущем управлении государством (народом), которая помогает правительству решать конкретные проблемы с учетом разнообразных обстоятельств в свете общей задачи – принести стране мир и процветание. Термин «кибернетика» вскоре был забыт, и возрожден в 1948 г. Норбертом Винером в качестве названия науки об управлении техническими, биологическими и социальными системами. Общепринятой датой рождения кибернетики, как самостоятельной науки, считается 1948 год – год публикации книги Н. Винера (1894–1964) «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Одна из основных идей книги – наличие аналогии в процессах управления и связи машин, живых организмов и сообществ, поскольку в них происходит передача, запоминание и преобразование информации, т.е. сигналов различной природы и назначения. В своей «Кибернетике» Н. Виннер сформулировал две фундаментальные идеи: о едином подходе к различным процессам управления и об информации как одной из важнейших характеристик материи.
Формирование кибернетики как науки было подготовлено предшествующим развитием знаний в различных областях, а также практическими достижениями в техники. Из рассматриваемых кибернетикой принципов и концепций наиболее длительную историю, по-видимому, имеют принцип обратной связи и концепция общности живого организма и машины. Первой убедительной технической реализацией принципа обратной связи можно назвать маятниковые часы, изобретенные Х. Гюйгенсом (1657) или более раннее устройство - водяная мельница, рассмотренная в книге А. Рамелли «Различные искусственные машины» (1588).
Теория общности процессов в живом организме и машинах основывается на идеях Р. Декарта, сформулированных в «Трактате о человеке» (1649), и механических концепциях Ж. Ламетри, изложенных в его работе «Человек-машина». Теория искусственного интеллекта, отправной точкой которой является общность живых организмов и машин, также восходит к весьма отдаленным во времени представлениям. Например, идеей о возможности технической реализации умственных процессов руководствовался Б. Паскаль создавая свою суммирующую машину (1641). Еще более ранней по времени является идея механического устройства для получения разумной и новой по содержанию информации. Подобное весьма простое устройство, обеспечивающее механическое сочетание различных слов («вертушка Луллия»), было сконструировано испанским философом и богословом Р. Луллием (1235–1315). Длительную историю имеет также развитие математических идей и методов, которые подготовили теоретическую базу кибернетики.
В целом предыстория кибернетики включает весьма обширный круг научных открытий, идей и технических достижений. Создание кибернетики стало одним из наиболее впечатляющих проявлений тенденций к интеграции наук. Среди дисциплин, достижения которых были использованы при формировании кибернетики, важное место занимает теория автоматического регулирования. Эта теория связана с именами Дж. Максвелла (1831–1879), И. А. Вышнеградского (1832–1895), А. М. Ляпунова (1875–1918), А. Стодолы (1859–1942) и других ученых. Не менее важную роль в формировании кибернетики сыграло развитие ряда разделов физиологии, в частности, теории условных рефлексов и исследования механизма обратных связей в биологических системах. Огромный вклад в эти направления был сделан, прежде всего, И. П. Павловым (1849–1936) исследованиями в области условных рефлексов, Н. А. Бертейном (1929) и П. К. Анохиным (1935) работами в области обратных связей.
Математические основы кибернетики были заложены предшествующим развитием теории вероятности, математической статистики и математической логики. Важную роль сыграли исследования в области физики таких ее разделов, как термодинамика статистической физики. К области техники, оказавшим непосредственное влияние на формирование кибернетики, следует отнести энергетику, технику связи, автоматику и вычислительную технику, которая после создания ЭВМ сыграла исключительную роль в последующем развитии кибернетической техники.
Параллельно с развитиемсамих научных дисциплин, влиявщих на формирование кибернетики, имели место поиски общих черт, характеристик и закономерностей функционирования объектов, исследуемых физикой, химией, биологией и экономическими науками. Эти поиски исторически предшествовали cозданию двух научных направлений: общей теории систем и кибернетики.
Другое направление формирования кибернетики связано с вычислительной техникой и математической логикой. В программе создания вычислительных машин, проводимой в США В. Бушем, принимал участие Корберт Винер, который в 1940 г. детально изучил возможности разработки вычислительной машины для решения дифференциальных уравнений в частных производных. Счетно-решающая техника привлекала его внимание с точки зрения общности в ее нервных сетей. Важным показателем такой общности явилось применение аппарата математической логики к анализу данных процессов, что в перспективе могло рассматриваться как первый шаг на пути моделирования не только нервной деятельности, но и мышления.
Следует заметить, что концепция общности процессов в вычислительных машинах на релейных схемах и в нервной системе, разделяемая Н. Винером и обїединив вокруг него группой ученых, обсуждалась совместно с конструкторами цифровых вычислительных машин Г. Айкеном и Г. Голдстайном, а также с математиком Дж. фон Нейманом.
Вместе с тем необходимо иметь ввиду, что личная роль Н. Винера в формировании кибернетики существенно отличается, например, от роли Эйнштейна в разработке специальной и общей теории относительности или Менделеева в построении периодической системы элементов. Кеплер, Ньютон, Дарвин, Менделеев, Павлов, Эйнштейн и некоторые другие великие ученые создали в известном смысле «завершенные» (для определенного уровня развития науки) фундаментальные теории.
Норберт Винер предложил ряд идей и концепций, частично опирающихся на точные результаты, частично – на предположения и аналогии. Вклад Винера в формирование кибернетики как точной науки (если рассматривать последнюю только как систему точных результатов), по-видимому, не превышает вклада ряда его современников (хотя подобные оценки в «целом» всегда спорны). Из зарубежных ученых это в первую очередь Дж. фон Нейман (1903–1957), оказавший глубокое влияние на создание теории автоматов, теории игр и теории цифровых вычислительных машин; А. Тьюринг (1912–1954), который внес выдающийся вклад в формирование теории алгоритмов и получил важные результаты в области математической логики, проектирования ЭВМ и программирования; К. Шеннон, с именем которого во многом связано создание теории информации и теории автоматов и другие.
Ряд крупнейших результатов получен советской школой кибернетики, сложившейся в конце 1950 – начале 60-х гг. В 1959 г. в СССР был создан научно-организационный центр, осуществляющий координацию важнейших научно-исследовательских работ по кибернетике, – научный совет по комплексной «кибернетике» АН СССР, председателем которого со дня основания являлся адмирал А. И. Берг (1893–1979). Имена выдающихся советских ученых – А. А. Андропова (1901–1952), В. М. Глушкова (1923–1982), Л. В. Канторовича, А. Н. Колмогорова (1903–1978), С. А. Лебедева (1902–1974), А. А. Ляпунова (1911–1973), Л. А. Маркова (1903–1979), Л. С. Понтрягина, М. Л. Цетлина (1924–1966) и других – прочно вошли в историю кибернетики, существенно повлияли на общий ход ее развития.
Например, выдающийся вклад в кибернетику, вычислительную технику и математику академика В. М. Глушкова, работающего в УССР, высоко оценен еще при жизни ученого. Он сумел объединить обширные знания в одно научное направление – информатику – и стал основоположником этой науки в республике. Благодаря усилиям В. М. Глушкова был создан Институт кибернетики НАН Украины, в котором в 1960–70-е гг. были развернуты фундаментальные и прикладные исследования, составившие в совокупности то, что сейчас называется информатикой. В 1996 г. международное компьютерное общество (ІЕЕЕ Computer Society) за основание первого в СССР Института кибернетики НАН Украины, создание теории цифровых автоматов и работы в области макроконвейерных архитектур вычислительных машин присудило В. М. Глушкову медаль «Пионер компьютерной техники».
Большой вклад в развитие информатики внесли также ученые Украины Е. Л. Ющенко, В. Л. Рабинович, Ю. В. Капитонова, А. А. Летичевский и др.
В бывшем СССР, в том числе и в Украине, понятие «вычислительная техника» долгое время использовалось как для обозначения технических средств, так и для науки о принципах их построения и проектирования.
Можно считать, что «основы» кибернетики были заложены во второй половине ХІХ в. и существовали сравнительно самостоятельно до конца первой половины ХХ в. Они представляют собой как элементы чисто инженерного знания, так и некоторые локальные обобщения – результат развития теоретического знания в отдельных естественно-научных и научно-технических дисциплинах. К ним относятся:
● системы автоматического регулирования и управления, теория автоматического регулирования;
● элементы моделирования и локальные теории моделей для различных областей техники;
● счетно-решающие машины и математические инструменты;
● цифровые вычислительные машины;
● элементы программирования для ЦВМ;