Обзор книги Стивена Хокинга «Краткие ответы на большие вопросы»

Не имея возможности самостоятельно двигаться, Хокинг совершил самые невероятные путешествия в пространстве и времени. Он прожил на 50 лет дольше, чем предсказывали врачи, и использовал каждый из этих дней для поиска ответов на фундаментальные вопросы. Можно ли предсказать будущее? Превзойдет ли нас искусственный интеллект? Есть ли другая разумная жизнь во Вселенной?

Что ж, попробуем разобраться и мы.

Меня зовут Костя Дубровин. Я веду канал про книги.

Есть ли Бог?

Законы квантовой механики допускают спонтанное возникновение частиц из ничего на субатомном уровне. Поскольку Вселенная на ранних стадиях была меньше протона, она могла возникнуть согласно тем же законам.

Однако, Вселенную трудно назвать творением, поскольку положительная энергия материи компенсируется отрицательной энергией гравитационного поля, так что сумма равна нулю. Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии одновременно с эквивалентным количеством отрицательной энергии, хранящейся в пространстве.

К тому же до Большого взрыва времени не существовало, поэтому вопрос «что было до?» лишен смысла. Это то же самое, что спросить как двигаться на юг от Южного полюса — такого направления не существует. По мнению Хокинга, без времени не может быть Творца, поскольку творение предполагает временну́ю последовательность событий.

Хокинг подчеркивает различие между его определением «бога» и религиозным пониманием. Если называть законы природы богом, то познание этих законов — это познание «божественного замысла». Но такой «бог» не является персонифицированным существом, с которым можно вступить в отношения.

Как все начиналось?

В народе бошонго из Центральной Африки принято считать, что бог Бумба изверг Солнце, Луну и живых существ из-за боли в животе. Начиная с этого мифа, Хокинг описывает историю исследований происхождения Вселенной. В другом примере епископ Ашшер в XVII веке предложил свою версию точного времени сотворения мира: 6 часов вечера 22 октября 4004 года до н. э. На протяжении веков человечество пыталось найти начальную точку.

Эйнштейн в 1915 году перевернул понимание пространства и времени. Согласно общей теории относительности, пространство и время больше не могут восприниматься абсолютными и неизменными. Это динамические величины, формируемые материей и энергией. Другими словами, говорить о времени до рождения Вселенной бессмысленно — время определено только внутри Вселенной.

В 1920-х годах Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от нас, причем скорость удаления пропорциональна расстоянию. Это указывало на расширение Вселенной. Если проследить расширение в обратном направлении, можно прийти к моменту, когда вся Вселенная была сжата в одну точку.

В 1965 году на конференции в Лондоне молодой Хокинг представил доказательство того, что Вселенная должна была иметь начало в определенный момент прошлого — около 10 миллиардов лет назад. Доказательство опиралось на уравнения Эйнштейна и астрономические наблюдения расширения Вселенной. Вывод заключался в том, что Вселенная возникла в сингулярном состоянии, когда законы физики работать не могли.

В 1970-х Хокинг работал над теорией «безграничной Вселенной» совместно с Джимом Хартлом. Эта модель предполагает, что Вселенная конечна, но не имеет границ в пространстве-времени — подобно тому, как поверхность Земли конечна, но не имеет края.

Есть ли другая разумная жизнь во Вселенной?

Хокинг определяет жизнь как способную к самовоспроизводству упорядоченную систему, которая поддерживает свое существование вопреки тенденции к беспорядку.

Жизнь на Земле основана на углероде, который обладает исключительной способностью образовывать разнообразные химические связи. Но существование атомов углерода с нужными свойствами требует тонкой настройки физических констант. Если бы эти константы имели существенно иные значения, ядра углерода были бы нестабильны, или электроны обрушились бы на ядро.

Хокинг придерживается антропного принципа, когда наши теории должны быть совместимы с фактом нашего существования. Слабый антропный принцип просто констатирует, что если бы Вселенная не была приспособлена для жизни, некому было бы задавать вопросы. Сильный антропный принцип предполагает множество вселенных с различными константами, и мы неизбежно находимся в одной из тех, где жизнь возможна.

Хокинг признает, что мы не знаем, как именно зародилась жизнь. Возможно, случайные столкновения атомов создали макромолекулы, способные к самовоспроизводству. Поэтому он не исключает существование других форм жизни во Вселенной, но подчеркивает, что если разумная жизнь широко распространена, непонятно, почему мы не встречали ее представителей. Расстояния между звездами огромны, но развитая цивилизация за миллионы лет могла бы колонизировать галактику.

Можно ли предсказать будущее?

Вопрос предсказуемости будущего связан с концепцией научного детерминизма. Хокинг утверждает, что, согласно базовой предпосылке, научные законы определяют эволюцию Вселенной в каждый момент времени. Если известны законы и начальное состояние системы, можно вычислить будущее.

Детерминизм восходит к Пьеру-Симону Лапласу, который в начале XIX века утверждал, что если бы сверхсущество знало положение и скорость каждой частицы во Вселенной, оно могло бы вычислить всю историю прошлого и будущего. Однако квантовая механика внесла фундаментальную неопределенность в эту картину.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно одновременно точно знать положение и импульс частицы. Чем точнее измеряется одна величина, тем больше неопределенность другой. На квантовом уровне частицы не имеют определенного положения и скорости до измерения — они существуют в суперпозиции состояний. ​

Квантовая механика не говорит, что будущее полностью непредсказуемо. Она позволяет вычислять вероятности различных исходов. Для макрообъектов, состоящих из огромного числа частиц, квантовые эффекты усредняются, и мир выглядит детерминированным. Но на микроуровне господствует вероятность.

Еще одна проблема предсказуемости — хаос. Даже в классической механике небольшие изменения начальных условий могут приводить к радикально различным результатам. Взмах крыльев бабочки в Бразилии теоретически может вызвать торнадо в Техасе.

Хокинг считал, что будущее детерминировано законами природы, но мы не можем точно его предсказать из-за квантовой неопределенности и хаотической динамики. Даже если будущее предопределено, мы не можем его знать заранее.

Что внутри черных дыр?

Черная дыра образуется, когда массивная звезда исчерпывает топливо и коллапсирует под действием собственной гравитации. Если масса достаточно велика, ничто не может остановить сжатие. Гравитация становится настолько сильной, что даже свет не в состоянии покинуть объект. Граница, за которой выход невозможен, называется горизонтом событий.

Хокинг и Роджер Пенроуз доказали, что внутри черной дыры должна существовать сингулярность — точка бесконечной плотности, где пространство и время заканчиваются. Общая теория относительности предсказывает сингулярность, но сама перестает работать в этой точке. Это означает, что для полного понимания черных дыр требуется квантовая теория гравитации, которая пока не создана.

В 1974 году Хокинг обнаружил излучение, которое возникает из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий. Черная дыра ведет себя как нагретое тело с температурой, обратно пропорциональной массе. Температура черной дыры массой равной Солнцу будет ничтожно выше абсолютного нуля. К слову, формула температуры выгравирована на надгробии Хокинга в Вестминстерском аббатстве.

Излучение означает, что черные дыры постепенно теряют массу и в конечном итоге испаряются. Это порождает «парадокс информации»: согласно квантовой механике, информация не может исчезнуть. Но если черная дыра испаряется полностью, куда девается информация о веществе, упавшем в нее? Хокинг первоначально утверждал, что информация теряется, нарушая законы квантовой механики. Позже он изменил позицию, предположив, что информация может выходить через излучение, но дебаты продолжаются.

Возможно ли путешествие во времени?

Хокинг начинает с того, что все мы путешествуем во времени — вперед, со скоростью одна секунда в секунду. Но возможно ли изменить скорость или направление этого путешествия? Специальная теория относительности Эйнштейна говорит о том, что время течет по-разному для наблюдателей, движущихся с различными скоростями.

При движении со скоростью, близкой к скорости света, время замедляется относительно неподвижного наблюдателя. Это эффект проверен экспериментально. Космонавты на Международной космической станции стареют немного медленнее, чем люди на Земле. Теоретически, путешествуя со скоростью 99% скорости света, можно переместиться в далекое будущее за относительно короткий промежуток собственного времени.

Сложнее с путешествием в прошлое. Общая теория относительности допускает решения с замкнутыми временеподобными кривыми — траекториями, возвращающимися в прошлое. Одно из таких решений — вращающаяся черная дыра Керра. Но для практического использования потребовались бы экзотические условия: отрицательная энергия и плотность, не встречающаяся в природе.

Хокинг сформулировал «гипотезу защиты хронологии», в соответствии с которой законы физики не допускают путешествий в прошлое, по крайней мере для макроскопических объектов. Если вернуться в прошлое и убить своего дедушку до рождения отца, вы никогда не родитесь и не сможете совершить путешествие.

В 2009 году Хокинг провел эксперимент. Он устроил вечеринку для путешественников во времени, но объявил о ней после того, как она закончилась. Никто не пришел. Квантовая механика допускает микроскопические нарушения причинности на очень коротких временных интервалах, но не макроскопические путешествия в прошлое. Хокинг признавал, что однозначного доказательства невозможности пока нет, но физика накладывает серьезные ограничения.

Сохранится ли жизнь на Земле?

Хокинг идентифицирует несколько главных угроз для человечества:
• Первая — столкновение с астероидом. Последнее крупное столкновение произошло 66 миллионов лет назад и привело к вымиранию динозавров. Против такой опасности у человечества пока нет надежной защиты, хотя разрабатываются системы раннего предупреждения и методы отклонения астероидов.
• Вторая угроза — изменение климата. Повышение температуры океанов приводит к таянию полярных льдов и выделению углекислого газа из океанов, создавая положительную обратную связь. Хокинг предупредил, что в худшем сценарии Земля может превратиться в подобие Венеры с температурой 460°C.
• Третья категория угроз — риски созданные самим человечеством. Ядерная война может уничтожить цивилизацию за часы. Биологическое оружие, генетически модифицированные патогены, неконтролируемый искусственный интеллект — все это потенциальные источники катастроф.

Человечество существует около 200 000 лет, но только в последние 10 000 лет достигло технологической цивилизации. В следующие 1000 лет темп технологического прогресса будет ускоряться экспоненциально, что создает окно уязвимости. Мы обладаем технологиями, способными уничтожить нас, но еще не выработали мудрость для их безопасного использования.

Долгосрочные угрозы включают эволюцию Солнца. Через миллиард лет светимость Солнца возрастет настолько, что океаны испарятся. Через 5 миллиардов лет Солнце расширится в красный гигант и поглотит Землю.

Для долгосрочного выживания человечество должно стать многопланетным видом. Катастрофа на Земле не должна означать конец человеческой цивилизации. Отсюда вытекает императив освоения космоса.

Надо ли осваивать космос?

Хокинг считал, что человечество должно осваивать космос для выживания. На одной планете мы слишком уязвимы. Ядерная война, пандемия, столкновение с астероидом, изменение климата — любая из этих катастроф может уничтожить цивилизацию, поэтому нужны колонии на других планетах.

В качестве ближайшей цели он рассматривал Марс
• Продолжительность марсианских суток — 24,6 часа
• Есть полярные ледяные шапки
• Атмосфера из углекислого газа
• Гравитация составляет 38% земной

Правда температура экстремальна: от -140°C до +20°C и атмосферное давление менее 1% земного, поэтому колонистам потребуются герметичные жилища и скафандры. Но терраформирование — изменение климата Марса для создания пригодной для дыхания атмосферы — теоретически возможно за несколько веков.

Луна ближе, но менее привлекательна для долгосрочной колонизации:
• Нет атмосферы
• Температурные перепады от -173°C до +127°C
Луну можно рассматривать в качестве промежуточной базой для дальнейшей экспансии.

За пределами Солнечной системы ближайшая звезда, Проксима Центавра, находится в 4,24 световых года. При современных технологиях путешествие займет десятки тысяч лет. Межзвездные полеты потребуют технологических прорывов:
• Термоядерные двигатели
• Световые паруса, разгоняемые лазерами
• Или даже варп-двигатели, искривляющие пространство-время

Освоение космоса дорого и опасно, но инвестиции в космические исследования стимулируют технологический прогресс: спутниковая связь, навигация, материалы, медицинские технологии и так далее.

На возражения критиков: не лучше ли решить проблемы на Земле, прежде чем тратить ресурсы на космос, Хокинг отвечает, что это не взаимоисключающие задачи. Бюджеты космических программ составляют малую долю процента мирового ВВП. Человечество достаточно богато, чтобы одновременно инвестировать в образование, медицину, борьбу с бедностью и освоение космоса.

Хокинг мечтал о будущем, где человечество расселится по галактике. Он считал, что в следующие 100 лет мы создадим постоянные базы на Луне и Марсе, а в течение еще тысячи лет колонизируем другие звездные системы.

Превзойдет ли нас искусственный интеллект?

Хокинг определяет интеллект через способность обрабатывать информацию и принимать решения. ДНК передает информацию от поколения к поколению. Мозг обрабатывает сенсорную информацию и управляет действиями. В какой-то момент эволюции обработка информации стала настолько развитой, что возникло сознание — Вселенная осознала саму себя.

При этом Хокинг не видит фундаментальной разницы между биологическим и искусственным интеллектом. Если эволюция создала человеческий разум из атомов, то достаточно сложные электронные схемы могут достичь того же. Закон Мура предсказывает удвоение производительности процессоров каждые 18 месяцев. Хотя этот темп замедляется, к концу XXI века компьютеры по сложности приблизятся к человеческому мозгу.

Ключевой момент — рекурсивное самосовершенствование. Когда искусственный интеллект превзойдет человеческий в проектировании искусственного интеллекта, начнется «интеллектуальный взрыв». Машины будут создавать более совершенные машины без помощи человека. Их интеллектуальное превосходство может превысить разницу между человеком и улиткой.

Поэтому Хокинг считает это самой большой потенциальной угрозой человечеству. Успех в создании искусственного интеллекта станет либо величайшим событием в истории, либо последним. Примитивные формы искусственного интеллекта уже используются, но сверхинтеллект может обрести собственную волю, конфликтующую с нашей.

Хокинг не призывает остановить исследования. Он настаивает на том, что необходимо заранее решить, как совместить цели искусственного интеллекта с нашими. Если сверхинтеллектуальная система получит задачу максимизировать производство скрепок, она может превратить в скрепки всю материю Вселенной, включая людей.

Потенциальные меры безопасности должны предусматривать:
• Встраивание этических ограничений в базовые алгоритмы
• Создание «красных кнопок» для экстренного отключения
• Ограничение доступа к интернету и производственным мощностям

Но это не гарантирует, что сверхинтеллект не сможет найти способы обойти ограничения. Хокинг сравнивает ситуацию с появлением нового биологического вида, превосходящего человека: мы можем быть вытеснены, как неандертальцы были вытеснены Homo sapiens.

Альтернатива может заключаться в слиянии человека и машины:
• Нейроинтерфейсы
• Когнитивные импланты
• Генетическая модификация мозга

В этом сценарии различие между естественным и искусственным интеллектом размывается. Человечество не вытесняется, а трансформируется.

Обсуждение рисков искусственного интеллекта не должно восприниматься как луддизм. Технология несет огромный потенциал — от излечение болезней до понимания фундаментальной физики. Но чем больше потенциал, тем важнее управлять рисками.

Как нам формировать будущее?

Будущее не предопределено, его создают сегодняшние решения. Человечество стоит перед выбором: использовать науку и технологию для улучшения жизни всех или углубить неравенство и конфликты.

Первый приоритет — образование. Хокинг считал, что каждый человек должен иметь доступ к качественному образованию в науке, математике, критическом мышлении. Без понимания научных основ невозможно принимать обоснованные решения о генной инженерии, изменении климата, искусственном интеллекте.

Второй приоритет — глобальное сотрудничество. Угрозы, с которыми сталкивается человечество, требует координации на уровне всей планеты. Хокинг призывает к укреплению международных институтов.

Третий приоритет — этика научного прогресса. Генная инженерия человека, искусственный интеллект, нейротехнологии поднимают вопросы, выходящие за пределы науки:
• Какие улучшения человека допустимы?
• Кто будет иметь доступ к технологиям улучшения — только богатые или все?
• Как предотвратить создание биологического оружия?

Хокинг не дает окончательных ответов, но настаивает, что эти вопросы нельзя оставлять только ученым или политикам. Они требуют широкого общественного обсуждения.

Вместе с тем, Хокинг призывает не бояться будущего. Он утверждает, что любопытство, креативность, способность к сотрудничеству приведут нас к пониманию законов Вселенной. Эти же качества помогут преодолеть предстоящие вызовы. «Будьте отважны, пытливы, решительны, преодолевайте трудности. И все получится», — заключает он.

Итого

Хокинг последовательно применяет научный метод к вопросам, традиционно считавшимся философскими или религиозными. Он показывает, что наука способна дать ответы без необходимости мистифицировать.

Возможно, самая большая опасность для человечества — не астероиды, и даже не искусственный интеллект, а наша неспособность мыслить достаточно долгосрочно и масштабно, чтобы действовать сейчас ради выживания через столетия. Жизнь и наследие Стивена Хокинга наглядно демонстрируют, что можно преодолеть любые физические ограничения. Вопрос в том, хватит ли человечеству коллективного разума, чтобы справиться с предстоящими вызовами.