Компьютер проводит вычисления. Это, пожалуй, единственный понятный пример физического процесса, который без проблем отождествляется с вычислениями. Возникает вопрос, можно ли найти другие физические процессы, которые также можно связать с вычислениями? С одной стороны, учеными достаточно широко обсуждаются нетрадиционные вычисления, которые проводят при использовании ДНК, химических реакций, миксомицетов рода Physarum и т. д. С другой, не совсем непонятно, как отличить физический процесс, связанный с вычислениями, от такового, не связанного с вычислениями.
Можно попытаться справиться с неоднозначностями путем введения требования изоморфности определенных свойств протекающего физического процесса с состояниями необходимого для проведения вычисления алгоритма. На этом пути начальное состояние физического процесса представляет собой начальное состояние алгоритма, а конечное состояние физического процесса репрезентирует конечное состояние алгоритма. При этом предполагается, что физический процесс с достаточно большой вероятностью соответствует переходу алгоритма из начального в конечное состояние.
Однако можно найти немало примеров, которые соответствуют описанной выше схеме, но при этом с точки зрения здравого смысла такие физические процессы вряд ли можно отнести к вычислениям. Приведу только один пример. Рассмотрим Ниагарский водопад. При падении воды возникает немереное количество физических состояний разнообразных водяных капелек. При желании можно найти последовательность физических состояний, которая будет изоморфна вычислениям в рамках работы определенного алгоритма. Можно ли в этом случае сказать, что Ниагарский водопад что-то вычисляет?
Более наглядно можно показать остающиеся проблемы в случае аналогового компьютера. В этом случае предполагается, что система переходит из предыдущего в последующее состояние по вполне определенным законам физики, выраженными определенными математическими уравнениями. Поэтому измерение физических величин протекающего процесса можно считать решением математических уравнений, составляющих законы физики, которые управляют протеканием процесса. Вопрос — какой в этом случае физический процесс не является аналоговым вычислением?
Для размышлений по поводу вычислений и физических процессов переведу выразительную цитату про камень из статьи Jim Hold, Mind of a Rock, The New York Times Magazine, November 18, 2007:
‘Возьмем камень, лежащий перед нами. По-видимому, он совсем ничего не делает, по крайней мере так следует из нашего восприятия. Однако на микроуровне камень состоит из невообразимого количества атомов, связанных упругими химическими связями, при этом все атомы трясутся со скоростью которой позавидует даже наш самый быстрый суперкомпьютер. И атомы покачиваются вовсе не случайным образом. Внутренности камня «видят» видят всю вселенную посредством гравитационных и электромагнитных сигналов, которые они непрерывно получают. Такую систему можно рассматривать как информационный процессор общего назначения …’
Возможно избежать всех неоднозначностей, если признать, что только человек ставит вычислительную задачу. То есть, именно человек приготавливает физическую систему в необходимом начальном состоянии и именно человек считывает необходимый ему результат в конце протекающего физического процесса. С точки здравого смысла это, пожалуй, является наилучшим ответом на вопрос о связи физических процессов и вычислений. Однако на этом пути полностью теряется возможность опираться на вычисления при обсуждении вопроса о том, как устроен мир без присутствия человека.
Например, все нейрофизиологи уверенны, что мозг что-то вычисляет. Правда среди нейрофизиологов нет согласия в том, каким образом мозг вычисляет, но, с другой стороны, есть полная уверенность, что мозг оживленно перерабатывает поступающую через органы чувств информацию. Признание того, что только человек ставит и решает вычислительные задачи, ведет к серьезным проблемам в нейрофизиологии, поскольку становится непонятно, что же в этом случае делает мозг.
Можно снизить уровень требований и сказать. что человек является частным случаем воплощенного агента (embedded agent). Соответственно, начинать и завершать вычисления может любой воплощенный агент, который может и не быть человеком. Однако по-прежнему непонятно, кем может являться этот самый воплощенный агент в случае нейрофизиологии. Более того, возникают когнитивный диссонанс в случае рассмотрения воплощенного агента с точки зрения физики. Следует ли сказать, что воплощенный агент подчиняется и полностью описывается законами физики? Или же в воплощенном агенте можно найти нечто, что каким-то непостижимым способом влияет на протекающие в самом агенте физические процессы?
Я бы сказал, что рассуждения о связи вычислений и физических процессов ведут к неразрешимому дуализму в духе Декарта о соотношении души и тела. Просто в настоящее время в научных кругах не принято противопоставлять душу и тело (не так поймут). С другой стороны, противопоставление физических процессов и вычислений вполне допустимо: физические процессы проводят вычисления, результаты вычислений влияют на протекающие физические процессы, которые запускают новые вычисления и т.д.
Информация
На заметку вдохновила статья:
Maroney, O. J., & Timpson, C. G. How is there a Physics of Information? On characterising physical evolution as information processing. In: Physical Perspectives on Computation, Computational Perspectives on Physics,
edited by Michael E. Cuffaro, Samuel C. Fletcher, 2018, p. 103 — 126.
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/197370.html
21.08.22 Что такое эпифеномен
Мои ответы из обсуждения с snk1965
https://ivanov-petrov.livejournal.com/2405884.html?thread=193510652#t193510652
Формально — это феномен, который не участвует в причинно-следственных связях. То есть, что-то есть, но это что-то ни на что не влияет.
В случае химии физики говорят так. На фундаментальном уровне есть элементарные частицы и силы. Таким образом, все химические взаимодействия полностью определяются этими силами и для описания химии не требуется вводить новые сущности. Для удобства химики вводят химические связи и все такое, это помогает им в их работе, но на самом деле все определяется элементарными частицами и взаимодействиями между ними.
_______________
Вы рассматриваете проблемы с другой точки зрения. С точки зрения здравого смысла и при решении практических задач конечно вышестоящие уровни организации будут влиять на более низкие.
Однако можно попытаться рассмотреть вопрос с точки зрения того, как устроен мир. На этом пути получается противоречие убеждения о существовании законов физики и нисходящей причинности (так называют влияние более высоких уровней организации на более низкие).
Давайте в качестве примера рассмотрим компьютер. С одной стороны есть ПО, которые создают программисты, с другой сам материальный компьютер. С точки зрения здравого смысла понятно, что ПО играет определяющую роль. Однако теперь рассмотрим утверждение, что компьютер подчиняется законам физики, ведь его также никто не отрицает. Другими словами, компьютер переходит из предыдущего состояния в последующее по законам физики и они полностью определяют этот переход. Нужны ли какие-то дополнительные законы из информатики для протекания этого перехода? Ответ отрицательный. Законов физики вполне достаточно.
Вышесказанное означает, что информация в этом переходе играет роль эпифеномена. Она вроде бы присутствует — ПО выполняется и проводятся вычисления — но компьютер работает по законам физики, на которые ПО влияет только опосредовано, в виде начальных и граничных условий.
В итоге получается противоречие между здравым смыслом (информация влияет на протекание физических процессов) и утверждением о том, что компьютер подчиняется законам физики.
30.08.23 Кибернетический режим вычислений
Ссылка greygreengo: H. Jaeger et al, Toward a formal theory for computing machines made out of whatever physics offers, Nature Communications 14, no. 1 (2023): 4911.
‘В отличие от Тьюринга, который моделировал вычислительные процессы сверху вниз посредством символической аргументации, мы принимаем научную парадигму физики и моделируем физические вычислительные системы снизу вверх путем формализация того, что в конечном итоге можно измерить в физической вычислительной системе.’
Я посмотрел, спасибо за ссылку. По-моему, люди путают разные вещи. Теория вычислений (машина Тьюринга) никак не зависит от выполнения в физических объектах. Это чисто математическая теория, которая не связана с физикой.
Поэтому основная путаница связана с тем, что у них математика смешивается с физикой, хотя на самом деле это разные вещи — есть математика и есть нечто материальное. Из текста непонятно, что они хотят сделать — поменять математическую теорию вычислений или же найти другой физическое средство для реализации уже существующей теории вычислений. По всей видимости авторы сами не понимают, что они хотят.