Опасная идея Дарвина: Эволюция и смысл жизни

Мастерство и удача естественным образом влияют на результат любого соревнования, но их соотношения бывают весьма различны. В теннисном турнире, проходящем на очень неровном корте, возрастает доля случайности – как и в случае введения нового правила, согласно которому, прежде чем продолжить игру после первого сета участники должны сыграть в русскую рулетку с заряженным револьвером. Но даже в такой ситуации, когда случай решает многое, статистически в последние раунды будет выходить больше более искусных игроков. Способность турнира «дискриминировать» участников по уровню мастерства в конце концов может быть снижена случайной катастрофой, но в целом ее невозможно свести к нулю. Этот факт, который в случае эволюционных алгоритмов, действующих в природе, столь же истинен, как и в случае спортивных турниров с отсевом, иногда игнорируют те, кто рассуждает об эволюции.

В отличие от удачи, мастерство – охраноспособная характеристика; на то, что оно проявится, можно рассчитывать в таких же – или сходных – обстоятельствах. Эта зависимость от обстоятельств указывает на иной вариант развития событий, когда что-то может пойти не так. Что, если бы условия состязания постоянно менялись (как условия игры в крокет в «Алисе в Стране чудес»)? Если в первом раунде вы играете в теннис, во втором – в шахматы, в третьем – в гольф, а в четвертом – в бильярд, нет оснований полагать, что победитель турнира отличается в каком-либо из этих видов спорта особым мастерством по сравнению с другими игроками – все хорошие гольфисты могут проиграть в шахматы и так и не получить возможности продемонстрировать свое искусство, и даже если удача никак не повлияет на ход финальной игры в бильярд в четвертом раунде, может статься, что среди всех участников состязания победитель как игрок в бильярд превосходил лишь одного соперника. Таким образом, турнир будет иметь интересный исход только в случае соблюдения некоторой степени единообразия в условиях состязаний.

Но должен ли турнир – или какой-либо алгоритм – приводить к интересному результату? Нет. Алгоритмы, о которых мы обычно рассуждаем, практически всегда имеют такие результаты, и именно потому привлекают наше внимание. Но процедура не перестает быть алгоритмом лишь потому, что не приносит кому-либо пользы и не имеет потенциальной ценности. Возьмем, к примеру такой турнир с выбыванием, в котором в финал выходят проигравшие в полуфинале. Это – глупое правило, лишающее весь турнир смысла, но и после его введения турнир тем не менее останется алгоритмом. Алгоритм вовсе не обязательно должен иметь смысл или цель. Помимо полезных алгоритмов, позволяющих составлять алфавитные списки, существует несметное количество алгоритмов, позволяющих составлять алфавитные списки с одними и теми же ошибками, и они каждый раз прекрасно срабатывают (если кого-то это интересует). Есть алгоритм (на деле, много алгоритмов) извлечения квадратного корня из любого числа – и есть алгоритмы, позволяющие извлечь квадратный корень из любого числа за исключением чисел 18 или 703. Некоторые алгоритмы достигают столь утомительно нестандартных и бессмысленных результатов, что невозможно вкратце объяснить, для чего они существуют. Они просто раз за разом безошибочно делают то, что делают.

А теперь мы, пожалуй, можем указать на самое распространенное недоразумение, связанное с дарвинизмом: идею, будто Дарвин доказал, что целью эволюции посредством естественного отбора было наше появление. С момента формулировки Дарвином своей теории, люди часто ошибочно пытались истолковать ее, как если бы мы были точкой назначения, целью, смыслом всех отсевов и состязаний, и наше появление на сцене было гарантировано самим фактом проведения турнира. Это заблуждение поощряли как друзья, так и враги эволюции, и оно похоже на заблуждение победителя турнира по бросанию монеты, купающегося в лучах славы и ошибочно убежденного, что, поскольку у турнира должен быть победитель и поскольку он – этот победитель, турнир должен был завершиться его победой. Эволюция может быть алгоритмом, а алгоритмический эволюционный процесс – привести к появлению человека, даже если целью алгоритма не является появление человека. Главный вывод, к которому Стивен Джей Гулд приходит в книге «Удивительная жизнь: сланцы Бёрджеса и природа истории»64 заключается в том, что, если мы «отмотаем жизнь назад» и проиграем ее снова и снова, вероятность Нас как продукта любого иного хода эволюции окажется бесконечно мала. Это – безусловная истина (если под «нами» мы понимаем конкретную разновидность Homo sapiens: бесшерстное, прямоходящее существо, у которого на руках по пять пальцев, говорящее по-английски и по-французски, играющее в теннис и шахматы). Эволюция – это не процесс, целью которого является наше появление, но из этого не следует, что эволюция не является алгоритмическим процессом, в действительности приведшим к нашему появлению. (В десятой главе мы обсудим это поподробнее.)

Эволюционные алгоритмы, безусловно, интересны – по крайней мере, для нас – не потому, что нам интересен их неизбежный результат, но потому, что они неизбежно склонны производить то, что нам интересно. В этом смысле они напоминают состязания в мастерстве. Способность алгоритма приводить к чему-то интересному или ценному вовсе не сводится к тому, что, как можно доказать математически, алгоритм надежно производит, и это особенно верно в отношении эволюционных алгоритмов. Как мы увидим, большинство споров о дарвинизме сводится к разногласиям относительно степени действенности конкретных постулированных эволюционных процессов – могут ли они за определенное время привести к тому или иному результату? Обычно речь идет об исследовании допустимых, или возможных, или вероятных результатов эволюционного процесса, и лишь косвенно – его неизбежных результатов. Сам Дарвин своей формулировкой подготовил для этого почву: его идея – утверждение о том, к чему процесс естественного отбора «неоспоримо» будет «склонен» приводить.

Все алгоритмы неизбежно производят то, что производят, но это вовсе не обязательно должно быть нечто интересное; некоторые алгоритмы неизбежно склонны (с вероятностью p) нечто производить – это нечто может вызывать (а может и не вызывать) интерес. Но если неизбежный результат выполнения алгоритма не должен ни в каком смысле быть «интересным», как мы будем отличать алгоритмы от остальных процессов? Не будет ли любой процесс алгоритмом? Является ли алгоритмическим процессом набегание волны на берег? Является ли алгоритмическим процессом высыхание на солнце глины обмелевшего русла реки? Ответ состоит в том, что у этих процессов могут быть особенности, которые можно наилучшим образом оценить, если мы будем рассматривать их как алгоритмы! Возьмем, к примеру, вопрос о том, почему песчинки на пляже так схожи между собой размерами. Это происходит благодаря естественному процессу сортировки, возникающему в результате постоянного перекатывания песчинок прибойной волной – так сказать, широкомасштабное построение алфавитного списка. Трещины, появляющиеся на высушенной солнцем глине, проще всего объяснить, рассматривая последовательности событий, не слишком сильно отличающиеся от последовательности раундов турнира.

Или возьмем процесс прокаливания металла с целью закалки. Есть ли на свете процесс более физический и менее связанный с «цифровыми технологиями»? Кузнец раз за разом раскаляет металл и позволяет ему остыть, и каким-то образом тот в результате становится прочнее. Каким образом? Как мы можем объяснить это волшебное превращение? Порождает ли жар особые вязкие атомы, укрепляющие поверхность? Или он вытягивает из атмосферы субатомный клей, связывающий воедино все атомы железа? Нет, ничего подобного. Правильное объяснение дается на алгоритмическом уровне: по мере того как металл, остывая, вновь отвердевает, одновременно во множестве точек начинается процесс его укрепления, в ходе которого формируются кристаллы, которые срастаются, пока не образуют единое целое. Но когда это случается впервые, расположение отдельных кристаллических структур не является оптимальным – они слабо связаны друг с другом, с большим количеством точек напряжения и деформации. Если нагреть металл снова (но не расплавить), эти структуры отчасти разрушатся, так что при последующем охлаждении разрушенные фрагменты иначе соединятся с более прочными. Можно математически доказать, что с каждой итерацией прочность металла будет возрастать, приближаясь к наилучшей или прочнейшей единой структуре – при условии соблюдения правильных параметров нагрева и охлаждения. Эта процедура оптимизации так действенна, что вдохновила создание особого способа решения задач в информатике – «метода имитации отжига», который не имеет ни малейшего отношения к металлам или нагреву, а представляет собой алгоритм, при реализации которого компьютерная программа раз за разом выстраивает, демонтирует и заново выстраивает структуру данных (например, другую программу), двигаясь ощупью к более совершенной – более того, оптимальной – версии65. Это было одним из важнейших открытий, приведших к созданию «машин Больцмана», «сетей Хопфилда» и других схем поиска допустимых решений, являющихся основой коннекционной или нейросетевой архитектуры искусственного интеллекта66.

Если вам хочется понять принцип действия прокаливания в металлургии, нужно, разумеется, познакомиться с физикой всех сил, действующих на уровне атомов; отметим, однако, что приблизительное понятие о том, как работает прокаливание (и в особенности почему оно работает), можно составить и не входя в эти подробности – в конце концов, я только что объяснил это в простых словах (а я физики не знаю!). Объяснить, что такое прокаливание, можно в терминах, не привязанных к металлургии: следует полагать, что некой оптимизации подвергнется любой «материал», состоящий из компонентов, которые сочленяются в ходе некоего производственного процесса и могут быть впоследствии, при изменении одного общего параметра, разъединены и т. д. Этот принцип является общим для процессов, происходящих в добела раскаленном бруске стали и гудящем суперкомпьютере.

Идеи Дарвина относительно действия естественного отбора также можно абстрагировать от их биологического субстрата. В самом деле, как мы уже показали, у самого Дарвина были лишь слабые (и в конечном счете неверные) подозрения относительно того, как осуществлялись идущие на микроуровне процессы передачи генетической информации потомству. Ничего толком не зная о физическом субстрате, он тем не менее мог понять, что, если каким-то образом выполняются определенные условия, воспоследуют определенные результаты. Это безразличие к материалу было необходимо, чтобы основное открытие Дарвина могло как пробка качаться на волнах последующих исследований и споров, участники которых со времен Дарвина совершили своеобразный интеллектуальный кульбит. Как мы отметили в предыдущей главе, Дарвин так никогда и не набрел на абсолютно необходимую идею гена, но тут на сцену вышел Мендель с понятием, которое обеспечивало как раз ту структуру, которая была нужна для того, чтобы процесс наследования можно было интерпретировать математически (и разрешить неприятную дарвиновскую проблему смешанного наследования). И затем, когда ДНК была идентифицирована как конкретный физический носитель генов, поначалу казалось (и до сих пор кажется многим участникам), будто бы гены Менделя можно просто идентифицировать как конкретные фрагменты ДНК. Но потом начали возникать сложности; чем больше ученые узнавали о молекулярной биологии ДНК и ее роли в размножении, тем яснее становилось, что менделевская история является, в лучшем случае, серьезным упрощением. Звучали даже заявления о недавнем открытии, будто никаких менделевских генов не существует! Вскарабкавшись по лестнице Менделя, ныне мы должны ее отринуть. Но, конечно же, никому не хочется выбрасывать столь ценный инструмент, который все еще ежедневно доказывает свою полезность при решении сотен научных и медицинских проблем. Решение состоит в том, чтобы продвинуть Менделя на уровень дальше и объявить, что он, как и Дарвин, уловил абстрактную истину о наследственности. Если нам так захочется, мы можем говорить о виртуальных генах, представляя себе, что их реальность распределена в конкретном веществе ДНК. (Существует множество доводов в пользу такого подхода, о чем я скажу ниже, в пятой и двенадцатой главах.)

Но, возвращаясь к поднятому ранее вопросу, существуют ли хоть какие-то критерии, позволяющие отделить алгоритмические процессы от прочих? Полагаю, что нет; если вам угодно, на абстрактном уровне любой процесс можно рассматривать как алгоритмический. И что же? Лишь некоторые процессы приводят к интересным результатам, когда вы рассматриваете их как алгоритмы, но не следует пытаться определять «алгоритм» так, чтобы включить в это множество только интересные (это чрезмерно трудная философская задача!). Проблема решится сама собой, ибо никто не станет тратить время на исследование алгоритмов, не являющихся по той или иной причине интересными. Все зависит от того, что именно требует объяснений. Если вам кажутся загадочными сходство песчинок или закалка клинка, алгоритмическое объяснение удовлетворит ваше любопытство – и будет истинным. Другие интересные черты тех же явлений или породивших их процессов могут потребовать объяснений другого рода.

Итак, вот в чем опасная идея Дарвина: алгоритмический уровень является тем уровнем, на котором дается лучшее объяснение скорости бега антилопы, крыльям орла, форме орхидеи, разнообразию видов и всем другим удивительным чудесам мира природы. Сложно поверить, что что-то столь бездумное и механическое, как алгоритм, могло создать что-то столь поразительное. Сколь бы эффектными ни были творения алгоритма, базовый процесс всегда представляет собой всего лишь ряд по отдельности бессмысленных шагов, которые следуют друг за другом без помощи какого-либо разумного надзирателя; эти шаги – по определению «автоматические», они представляют собой действие автомата. Они обусловлены друг другом или слепым случаем – тем, как кости лягут, если угодно, – и больше ничем. Плоды большинства знакомых нам алгоритмов довольно скромные: они позволяют делить в столбик, составлять алфавитные списки или рассчитывать доход среднего налогоплательщика. Более изощренные алгоритмы порождают броскую компьютерную графику, которую мы ежедневно видим на телевизионном экране, преображая лица, создавая стаи катающихся на коньках белых медведей, воспроизводя целые виртуальные миры, населенные существами, которых раньше никто не видел и вообразить себе не мог. Однако настоящая биосфера остается на много порядков более причудливой. Может ли она быть результатом всего лишь каскада алгоритмических процессов, обусловленных случайным стечением обстоятельств? И если так, кто создал этот каскад? Никто. Он сам является продуктом слепого, алгоритмического процесса. Как писал об этом сам Дарвин в письме к геологу Чарлзу Лайелю вскоре после публикации «Происхождения видов»: «Я и ломаного гроша не дам за теорию естественного отбора, если ей на одной из стадий потребуется чудо <…> Если бы я убедился, что теории естественного отбора требуется такое дополнение, я б с отвращением ее отбросил…»67

Итак, согласно Дарвину, эволюция – алгоритмический процесс. Такое утверждение остается дискуссионным. Одно из противостояний в эволюционной биологии возникает там, где одни без устали тянут, тянут, тянут канат в сторону алгоритмической интерпретации, а другие по разным невысказанным причинам им мешают. Выглядит это так, как если бы существовали металлурги, неудовлетворенные алгоритмическим объяснением прокаливания. «То есть больше там ничего не происходит? Никакого субмикроскопического суперклея, специально созданного процессом нагревания и охлаждения?» Дарвин убедил всех ученых, что, подобно прокаливанию, эволюция работает. Его радикальные представления о том, как и почему она работает, до сих пор подвергаются разного рода критике – в основном потому, что его противники могут смутно догадываться, что их атаки – часть более масштабной кампании. Если битва за эволюционную биологию проиграна, то чем закончится война?

ГЛАВА 2: Дарвин решительно доказал, что, в противоположность давней философской традиции, виды не являются вечными и неизменными; они эволюционируют. Было доказано, что происхождение новых видов – результат «наследования с изменением». Менее убедительной оказалась введенная Дарвином идея о том, как происходит процесс эволюции: посредством бессмысленного, механического – алгоритмического – процесса, названного им «естественным отбором». Идея, что все плоды эволюции можно назвать результатами алгоритмического процесса, и есть опасная идея Дарвина.

ГЛАВА 3: Многие, включая Дарвина, смутно догадывались, что его идея естественного отбора обладала революционным потенциалом, но какого именно господина ей предстояло свергнуть? Ее можно использовать, чтобы разрушить и выстроить заново традиционную структуру Западной мысли, которую я называю Лестницей творения. Это дает новое объяснение происхождению (посредством постепенной аккумуляции) всего Замысла вселенной. Со времен Дарвина мишенью для скептиков стало его неявное утверждение, что, несмотря на их фундаментальную бессмысленность, разнообразные процессы естественного отбора являются достаточно действенными, чтобы привести к воплощению замысла, явленного в мире.