стр. 1
(всего 2)

СОДЕРЖАНИЕ

>>


http://n-t.ru/


Люди и биты. Информационный взрыв: что он несет
Николай ПЕТРОВИЧ
Предисловие
Информативный сон Миклухо-Маклая
Что такое биты и что они несут?
A и Z обмениваются информацией
К эре ЭВМ и роботов
Где же сигналы из космоса?
Сумма гипотез
Межзвездные биты
От Бюрокана-71 до Таллина-81
Одиноки? Вряд ли!
Вулкан уже пылает
Жертва экспоненты
Что может вместить голова?
Домашний вулканчик
Телевизор – друг или враг?
Электронный Шерлок Холмс
Заслонку в кратер!
Что делать с Великим Консерватором?
На пороге XXI века
 
Дата публикации:
4 августа 2001 года
Текст издания:
Петрович Николай Тимофеевич. Люди и биты. Информационный взрыв: что он несет. М.: Знание, 1986.







Предисловие
Стремительное развитие земной цивилизации, особенно ощущаемое в области науки и техники, привело в последние десятилетия к невиданным темпам роста мирового потока информации.
Все больше издается газет, журналов, книг, обзоров, проводится конференций, симпозиумов, семинаров, все больше делается открытий и изобретений, нарастает поток радио-и телевизионных программ, кинофильмов.
При этом, к великому сожалению, возможности человека – потребителя этой информации – по ее восприятию и обработке веками остаются приблизительно на одном и том же весьма ограниченном уровне. Поэтому люди теряются в этом океане информации, не зная, как с ним справиться, что же выбрать, где и как быстро найти сведения, необходимые в данный момент. Нередко наблюдается перегрузка человека информацией, ведущая к снижению творческого потенциала или даже к полной его потере, к острому дефициту времени, быстрой утомляемости и стрессу.
Невозможность своевременно отыскать необходимую информацию приводит к повторным исследованиям и разработкам, повторным открытиям и изобретениям, к неполному использованию достижений науки и техники, то есть к потере времени и сил и, в конечном счете, к торможению прогресса. Отсюда следует вывод, который еще далеко не все осознали: информация является не менее ценным нашим ресурсом, чем нефть, уголь, металл.
Вот это противоречие между скромными возможностями человека и почти необозримым потоком информации и породило проблему, названную автором «Люди и биты», ставшую заглавием книги.
В первой половине книги автор рассказывает об информации: ее сущности, измерении, передаче в локальных и глобальных системах связи, решающей роли в функционировании ЭВМ, АСУ, роботов. Отдельный раздел посвящен международным форумам по проблеме информационного контакта с внеземными цивилизациями, участником которых был автор книги. Вот уже почти четверть века земляне ведут поиск разумных сигналов из космоса, но безуспешно. Автор анализирует причины неудач и излагает свою точку зрения на проблему межзвездной связи.
Вторая половина книги посвящена взаимодействию человека со стремительно нарастающим потоком информации. Обсуждаются возможности человека и пути их повышения, методы работы, привлечение специализированных ЭВМ для обработки и поиска информации, установление «заслонки» на пути к публикации бесполезных материалов.
В итоге автор приходит к логически обоснованному выводу – проблема «ЧЕЛОВЕК – ИНФОРМАЦИЯ», несмотря на стремительный экспоненциальный рост потока информации, может быть решена при некоторых условиях. Главными из них являются:
содружество человека и быстродействующих ЭВМ по обработке, хранению и поиску информации;
широкое использование быстродействующих каналов связи с выходными экранами, подключаемых к информационным ЭВМ, для запроса и просмотра на рабочем месте или даже дома интересующих сведений;
достойное отношение к ценнейшему информационному ресурсу, новая тактика работы с ним, бережное отношение человека как к своему, так и чужому времени.
Книга профессора Н.Т. Петровича написана увлекательно и доступно, богата интересными примерами, не лишена юмора. Уверен, что она привлечет внимание широких читательских масс и будет способствовать более эффективному взаимодействию человека с информацией.
 
Сифоров В.И.
член-корреспондент АН СССР
директор Института проблем передачи информации АН СССР






Информативный сон Миклухо-Маклая
Зал быстро наполнялся. Было много желающих услышать лекцию с сенсационным названием «В огненном пекле вулкана». Когда я вышел на сцену, публика еще шумела, скрипела стульями. Но вот наступила почти тишина. Оторвав глаза от кратких тезисов, я увидел сотни любопытных взглядов. В них читались вопросы, не имевшие, к сожалению, отношения к теме лекции: кто эти смельчаки, рискнувшие спуститься в огнедышащий вулкан? Роботы или люди? Какие скафандры их защитили? За что цепляли трос – за вертолет, скалу? Был ли в пекле сам лектор?
Мелькнула мысль – как бы не погасить этот витавший в зале дух романтики и приключений, переключить его на истинную тему – на другой, условный вулкан, может быть, более грозный, чем все наши природные вулканы, вместе взятые.
Начал я так:
– Все знают, что извержение вулкана есть одно из самых грозных явлений природы. Могучая сила выбрасывает из кратера увесистые каменные бомбы, газы, тонны песка и пепла, потоки огненной лавы, сжигающей все на своем пути. Правда, все эти беды территориально ограничены, локальны. С некоторого расстояния или на экране телевизора извержение вулкана может казаться лишь захватывающим зрелищем, фантастическим огненным фонтаном. Но на планете есть один не локальный, а глобальный вулкан. От него некуда скрыться, некуда бежать. Этот вулкан уже дымит. Слышен его гул. Летят камни и пепел, и вот-вот может начаться извержение.
Парадокс состоит в том, что люди не только сами сотворили этот вулкан, но миллионы их и сегодня окружают его гигантский конус и продолжают неустанно нагнетать в него огненную магму. Из его кратера в тысячах и миллионах различных упаковок выбрасываются информационные сгустки и бомбы: газеты и журналы, книги и бюллетени, рефераты и диссертации, рекламы и проекты, радио- и телевизионные передачи, кинофильмы и театральные пьесы, грамм-пластинки и магнитофонные ленты, доклады и лекции.
Те, кто ждал рассказа о захватывающих приключениях смельчаков при спуске в огненный кратер вулкана, стали покидать зал. Большинство все же осталось.
Я продолжал:
– Мировой информационный поток катастрофически нарастает. Этот рост подчинен экспоненциальному закону: прямая пропорциональность между величиной потока и скоростью его нарастания. Чем больше поток, тем быстрее он нарастает, а чем быстрее он нарастает, тем еще стремительнее увеличивается и сам поток, и скорость его нарастания. Беда состоит еще и в том, что и сам поток, и его скорость нарастания уже сегодня настолько велики, что зачастую с ними уже не совладать.
Давайте мысленно поставим эксперимент. Избавим инженера или, скажем, научного работника от всех житейских забот и исключим все отвлекающие от работы факторы. Предоставим в его распоряжение все, что издается по его специальности в мире, и будем к этому добавлять новое по мере выхода в свет. Поставим перед ним задачу – освоение всех этих материалов. Пусть он работает с утра до вечера, отказавшись от собственного творчества.
Увы, ему не угнаться за этим потоком. Он сможет освоить лишь небольшую его часть. К сожалению, только в баснях и сказках муха иногда проглатывает слона.
Если наблюдаемый сегодня экспоненциальный рост не замедлится, а сохранится таким же до 2000 года, то, по прогнозам, общий выброс информационного вулкана должен возрасти не в два-три раза, а в 30 раз!
Вдумайтесь в эту цифру. Например, вместо пяти журналов, издаваемых по вашей специальности в мире, их может оказаться к концу тысячелетия несколько десятков!
Может быть, наш мозг, адаптируясь к этим нагромождениям информации, уже начал или скоро начнет работать быстрей? К великому сожалению, нет. Он и не думает поспешать за этим нарастающим потоком. Увы, скорость восприятия информации человеком стоит веками почти на месте.
Только несколько слов в секунду! В этом смысле у нас есть все основания назвать наш мозг Великим Консерватором. Но ведь он одновременно и Великий Новатор, Великий Открыватель нового. Ведь все, что мы знаем и умеем, вся бесчисленная информация, накопленная человечеством, – плоды ума обитателей планеты.
Возникшая диспропорция, как бы гигантские раскрытые ножницы, на одном конце которых – быстрорастущий поток информации, а на другом – скромные, застывшие возможности человека по восприятию информации, уже привела к большой потере информации, к ее обесцениванию, к тысячам повторных разработок и изобретений, к головным болям, к стрессам. А если начнется извержение в полную силу, то могут нарушиться даже коммуникации внутри цивилизации...
Мужчина в светлом костюме, сидевший во втором ряду, вскочил и хриплым голосом спросил:
– Что же делать?
– Надо искать выход. Главная надежда на дружеский союз человека с ЭВМ. Ведь их «мозг» может обрабатывать не несколько слов в секунду, как человеческий мозг, а сотни тысяч, даже миллионы слов в секунду, и, самое главное, он все время совершенствуется. Ведь всего за четыре поколения ЭВМ скорость обработки ими информации и объем их памяти увеличились в тысячи и миллионы раз. И это далеко не предел. Они же помогут управлять огнестойкой заслонкой – фильтром в кратере. Пора закрыть путь повторам, компиляциям, всякой пустой информационной породе, пеплу, шлакам...
Хриплый голос снова меня перебил:
– А нельзя ли расшевелить Великого Консерватора?
– Можно. Первые шаги уже делаются: скорочтение, гипнопедия, ускоренное обучение, тренировка памяти, новые методы работы с информацией... Но коренное решение проблемы – это все же внешние приставки к Консерватору в виде карманных, домашних и других ЭВМ, которые по широкополосным каналам связи, включая спутниковые, смогут легко подключаться к источникам информации, к банкам данных, к библиотекам, к вычислительным центрам.
– А мы успеем со всем этим до извержения, до потери коммуникации?
– На помощь должна прийти, действующая в нашем обществе регуляция! ускоряющая и замедляющая обратная связь. Она много раз спасала человечество от разных бед.
Чем ярче будет факел вулкана, тем активней пойдут процессы регуляции и адаптации. Ужасов «Последнего дня Помпеи», которыми пугают некоторые западные футурологи, не должно быть! Вот несколько исторических примеров...
Но генератор вопросов не унимался!
– Почему же процессы регуляции не предотвратили начавшийся экологический кризис на планете?
– Одна из причин – человек считал нашу природу сверхмогучим великаном, если хотите, Гулливером, которого только забавляют царапины и уколы, наносимые лилипутами, ибо они и безболезненны и тут же скоро сами заживают.
Но когда человек осознал, что лесной покров планеты резко уменьшается, что загрязнение атмосферы и водоемов становится опасным, что исчезают многие виды растительного и животного мира, то понял свою ошибку.
Теперь в срочном порядке принимаются меры по уменьшению наносимого урона природе, хотя бы частичному восстановлению былого состояния. Особенно много делается в социалистических странах. Таким образом, запаздывание регуляции привело к большим и порой даже невосполнимый потерям.
Очень хотелось бы, чтобы аналогичная ситуация не повторилась и с информационным взрывом. Потери, как мы уже видели, есть. Но они будут во сто крат больше, если не принять мер. Вот почему уже сегодня надо не отмахиваться от проблемы «информационного взрыва» – надо ее решать. Надо активно стимулировать процесс регуляции...
В конце лекции, отвечая на многочисленные устные и письменные вопросы, я все время не упускал из виду фигуру во втором ряду. Многие вопросы лежали за пределами обсуждаемой темы. По мере сил я пытался на них ответить. Наконец, последняя записка: «Если тем или иным способом случится контакт земного разума с разумом внеземной цивилизации, то есть ли шанс понять друг друга, обменяться хотя бы минимальной информацией?»
– Я не сомневаюсь, что два разума, хотя и сформировавшихся в разных условиях и прошедших разные пути эволюции, опознают друг в друге мыслящих существ и сумеют обменяться некоторой информацией. Мне кажется, что эксперимент, проведенный Н. Миклухо-Маклаем еще в прошлом веке, блестяще это подтверждает. Выйдя один на незнакомый берег в Новой Гвинее, он вдали заметил вооруженную копьями группу папуасов. Как сообщить им, что он пришел с миром, с добром? Недолго думая, Николай Николаевич улегся на землю и изобразил спящего. Самое удивительное, как записано в его дневниках, что он действительно заснул. Когда он проснулся и открыл глаза, то увидел, что на него с любопытством и улыбкой смотрят окружившие его неведомые ему люди. Контакт был установлен, первая информация принята.
Фигуру в светлом костюме я догнал у выхода и начал атаку:
– Хочу с вами познакомиться. Ведь я же пошел читать эту лекцию в надежде встретить вот такого любознательного, не принимающего ничего на веру, острого на вопросы коллегу. Он мне очень нужен.
– Зачем?
– Я пишу книжку про этот самый угрожающий вулкан и хотел бы иметь...
– Соавтора? Я абсолютно не гожусь. Я тот самый инженер Дон-Кихот, пытающийся овладеть всей информацией в своей узкой области.
– Нет. Мне нужен не соавтор, а оппонент. Читать уже написанные разделы, ставить свои вопросы, спорить с автором.
– То есть осуществлять обратную связь по цепи «Читатель – Автор»?
– Именно так. На лекциях всегда есть студенты, оживляющие, вдохновляющие и даже загоняющие в угол лектора своими вопросами. Работается хорошо, когда есть обратный канал связи. Соглашайтесь.
– В таком случае, первый вопрос: нужно ли увеличивать вулкан еще на одну книжку? Он и так уже на грани извержения.
– Но ведь эта книжка о самом вулкане. Как его обуздать, как не обгореть и не задохнуться сегодня в потоках его лавы, в дыму, грудах пепла?
– Пожалуй. А я пойму ваше сочинение?
– Несомненно. Книжка пишется для широкого читателя.
– Схема работы привлекает. Можно попробовать. А наши диалоги войдут в книгу?
– Конечно, если они будут интересны читателю.
– Но я хотел бы фигурировать инкогнито.
– Вас устроит почетное звание «Оппонент»?
– Вполне.
Так было положено начало нашей совместной работе.
 






Что такое биты и что они несут?
Люди
Люди. Кто они? Это ясно – обитатели нашей планеты, человечество. Как определяли в старину – «все и всяк». А кто этот всяк? Тоже ясно – гомо сапиенс, человек разумный, существо, поступки которого определяет разум.
Откуда он? Это уже менее ясно. В большинстве случаев рисуют такую картину. Несколько миллиардов лет назад «в теплом, густом, соленом бульоне», который заполнял впадины планеты, возникла живая клетка, способная к размножению, к продолжению своего рода. С нее все и началось. На планете произошел таинственный революционный скачок «неживое-живое».
– Я читал, что первый скачок, первая клетка возникла совершенно случайно благодаря удачному столкновению больших молекул, хаотически двигавшихся в бульоне. Следовательно, появление земной цивилизации зависело от этого счастливого столкновения. Так ли это?
Наш Оппонент начал свою первую атаку на автора, пожалуй, с самого трудного вопроса – как зародилась жизнь на Земле? Возникновение живого из неживого – одна из великих тайн. Философы, биологи, химики ожесточенно спорят о возможном механизме этого явления.
Одни считают зарождение жизни случайным явлением. Другие полагают, что переход «неживое-живое» есть результат закономерного развития форм движения материи. Единого мнения на этот счет пока нет. Разрешить загадку чисто теоретически вряд ли когда-нибудь удастся. Не хватает отправных экспериментальных данных. Есть два пути их получения. Один – синтезировать живую клетку в земной лаборатории. Как говорят биологи, получить жизнь«в пробирке». Второй – установить какие-либо контакты о очагами жизни на других космических телах.
Правда, есть одна теория, которая очень просто объясняет возникновение жизни на Земле. Это так называемая теория панспермии. Споры микроорганизмов либо занесены на Землю с метеоритами, либо «прибыли» из космоса под давлением света, либо посланы внеземной цивилизацией. Но эта теория, к сожалению, также не объясняет образования органической материи из неорганической, а лишь переносит загадку на другие небесные тела.
Но так или иначе, закономерно или случайно – живые клетки возникли на нашей планете. Далее следуют миллиарды лет развития возникшей жизни при действии двух факторов – борьбы за существование и мутаций в живом организме.
Несколько миллионов лет назад произошел второй не менее важный революционный скачок «живое-разумное». От него берет начало род людской. Тут уже почти никаких таинств нет. Ф. Энгельс дал предельно лаконичное объяснение этого скачка: «Труд создал самого человека». Имеется в виду коллективный труд, который был, есть и, вероятно, навсегда останется главной чертой человека и человечества.
С давних времен и до наших дней человек пытается понять и объяснить явления, происходящие в окружающем его мире. Одна из первых моделей мира, возникшая в сознании первобытных людей, была наивна и проста. Есть одно или несколько таинственных существ, которые, дергая тысячи «ниточек», управляют миром, как марионеткой. Затем, варьируя эту модель, люди придумали множество таких неземных богов, дали им имена, поклонялись им тысячелетия, часто в своих молитвах просили помощи и защиты у них.
Даже Солнце – этот огненный шар с температурой в миллионы градусов, этот не знающий передышки атомный реактор – не раз бывало божеством.
Так, египетский фараон Аменхотеп IV в борьбе с многобожием провозгласил единственным богом наше светило. Дал ему новое имя – Атон, а себя скромно назвал лишь тенью его на Земле – Эхнатоном.
Практический опыт человечества, развитие науки и техники, постепенно сломали веру в божественные силы. Вместе с тем еще и сегодня на земном шаре есть племена, отставшие в своем развитии, которые продолжают верить в эти силы. И в развитых странах есть люди, верующие в бога. Правда, их становится все меньше.
Начало формирования земной цивилизации обычно связывают с появлением письменности и образованием городов. Случилось это около десяти тысяч лет назад.
Развитие цивилизации коренным образом изменило условия жизни человека и, конечно, его самого. Так, быт современного человека совсем не похож, на быт первобытного пещерного обитателя.
Сегодня человек не карабкается по отвесной скале, да еще с добычей на плечах в свою недоступную зверям пещеру. Его возносит скоростной лифт. И не в пещеру, а в современный комфортабельный ее аналог. Он в тысячу раз лучше защищен от холода, дождя, снега, ветра. Вековая забота о хворосте и дровах для очага исчезла. Достаточно повернуть ручку, и совершится «чудо»: зажигается маленькое домашнее электрическое «солнышко» или вспыхивает газ.
Конечно, пламя газовой горелки нельзя сравнить с пламенем костра, которым согревались и любовались наши далекие предки, а сегодня, любуются геологи, туристы, охотники... Но это небольшая плата за большой комфорт.
Первые племена рода человеческого были немногочисленны, и их особи поначалу общались между собой с помощью нечленораздельных звуков, жестов, мимики.
Сегодня род людской расселился по всему земному шару. Становится тесновато. Уже подумывают о создании колоний в космосе и в океанах. Вместо примитивных методов общения человеком созданы сотни красивых, звучных национальных языков. Тысячи переводчиков, благородных посредников, ломают языковые барьеры, позволяя землянам понять друг друга.
Несмотря на миллионы лет суровой борьбы за существование, а может быть, именно благодаря им человек развил в себе новые прекрасные качества. Они хорошо известны и украшают род человеческий: любовь и дружба, мечта и фантазия, самоотверженная борьба за лучшее будущее человечества... Это породило духовный мир человека. Окружающий материальный мир, образно отраженный в сознании людей, нашел удивительное воплощение в песнях, танцах, музыке, стихах. Отсюда непосредственно следует, что и песни, и стихи, и музыка как бы живут в самой природе. Правда, пока еще не все это чувствуют и понимают.
Одна из основных черт человека – неугасимый интерес ко всему его окружающему, вечный неутолимый голод познания. Это так прекрасно выразил Уолт Уитмен:
«Сегодня перед рассветом я взошел на вершину горы и увидел кишащее звездами небо и сказал моей душе:
– Когда мы овладеем всеми этими широтами Вселенной, и всеми, их усладами, и всеми их знаниями, будет ли с нас довольно?
И моя душа сказала:
– Нет, этого мало для нас, мы пойдем мимо и дальше».
В самом деле, человека не поглотили земные, большие и малые дела. С давних времен он вглядывался в небо, пытаясь проникнуть мыслью в глубины Вселенной. Сегодня он туда проникает не только мыслью и телескопом, но и на своих кораблях. Первым землянином, который смело разорвал вековые цепи тяготения планеты, был Юрий Гагарин. Он пробыл в космосе 108 минут. Космонавты Владимир Соловьев, Леонид Кизим, Олег Атьков пробыли в космосе 237 суток. Это уже не визит за пределы Земли, а более чем полугодовая жизнь там.
Земляне уже вчерне набросали картину той части Вселенной, которая доступна глазу и самым чувствительным современным приборам. Она и поражает, и вызывает законную гордость людей.
Измерено расстояние до очень удаленных объектов, так называемых квазаров. Оно составляет более десяти миллиардов световых лет. Это значит, что регистрируемое нашими приборами излучение покинуло квазар задолго до образования Солнечной системы. Далее оценено общее число звезд и число галактик, в которые они объединяются. Наконец, установлен тончайшими измерениями потрясающий факт: галактики разбегаются друг от друга, наблюдаемая Вселенная, называемая Метагалактикой, непрерывно расширяется.
В картине Вселенной человек сумел определить место своей «стоянки» и сегодня может уверенно отметить его крестиком. Вот оно. Мы живем на третьей планете рядовой звезды, именуемой в каталогах астрономов «желтый карлик», затерянной в одном из крайних рукавов Галактики, опять-таки рядовой спиралеобразной звездной системы, называемой землянами Млечный Путь. (Чтобы отличить свою родную галактику от миллиардов других, мы пишем ее с большой буквы – Галактика.)
Наша Галактика вместе с ближайшей к нам галактикой Магеллановы Облака, знаменитой галактикой Туманность Андромеды и более десятка других галактик образует местную систему галактик, входящую опять-таки как рядовой объект в Метагалактику. Последняя охватывает часть Вселенной, доступной современным методам исследований, и поэтому имеет еще одно название – астрономическая Вселенная.
Итак, наша любимая звезда, источник жизни, возвеличенная в стихах и песнях, бывшее божество, есть скромный «желтый карлик» в картине Вселенной. Нелегко было человеку признать это. Но истина выше тщеславия.
Не менее удивительны и величественны результаты, полученные при изучении структуры материи. Человек не только раскрыл процессы, происходящие в микромире – мире молекул, атомов, протонов, электронов, элементарных частиц, но и частично научился управлять ими. Пример этому – первая в мире атомная электростанция, построенная в нашей стране. Сейчас уже тысячи их служат людям на всей планете.
Одно из последних великих деяний человека выглядит наиболее дерзко.
Человеческий мозг, который мы уже окрестили и Великим Консерватором, и Великим Открывателем, и Новатором, начал не справляться с решением задач, им же самим поставленных. Дальнейшее развитие науки и техники требовало куда большей скорости и большей точности расчетов, чем давал Великий Консерватор. Тупик? Но недаром он же и Великий Новатор. Он нашел блестящий выход из тупика. Были созданы быстродействующие помощники Консерватору.
Поначалу ЭВМ просто считали за него, но быстрей и точней (если, конечно, исправно работали). Первые такие помощники были громоздки и часто выходили из строя.
Сегодня ЭВМ уже не только считают, но и проектируют, управляют и даже начинают творить новое. То ли еще будет!
Биты
Почему так легко шагается, словно крылья выросли? Почему так радостно на душе? Да ведь я спешу в аэропорт, первый раз лечу за рубеж! Первый раз буду выступать там перед коллегами с докладом! Первый раз испытаю в реальных условиях свой английский, который столько лет учил.
Но где же автобус? Нет и нет. Наконец показался. Но эта четырехколесная черепаха еле ползет. Она погубит меня. Наконец, аэропорт. Преодолевая заслоны, выбегаю на взлетное поле. Два самолета справа от меня и два слева. На всех четырех заканчивается посадка. Куда бежать? Кого спросить? Догоняю автокар. Кричу что есть мочи: «Куда на Нью-Йорк?» Водитель, даже не оглянувшись, выбрасывает правую руку. Мое незнание уменьшилось в два раза. Я получил один бит информации.
Сворачиваю направо. Какой из двух? Подбегаю к первому: «Нью-Йорк?» Стюардесса отрицательно качает головой. Я получил второй бит информации. Незнание снято. Мчусь ко второму. Трап начинает медленно отходить. Взбегаю по нему, бросаю в еще приоткрытую дверь портфель и сам прыгаю за ним... Итак, два бита сделали доброе дело, и я уже полулежу в удобном кресле, расслабился и готовлю вступление к докладу: «Леди и джентльмены, коллеги и друзья... »
А сколько бит информации понадобилось бы, если бы с каждой стороны было бы по четыре самолета? Легко видеть, что после получения первого бита информации – «справа или слева» – ситуация приводится к предыдущей. Следовательно, чтобы найти свой заветный самолет среди восьми, потребовалось бы три бита информации. Продолжая наращивать число самолетов C, получаем табличку необходимой для поиска информации U:
число самолетов C
число битов U
4
2
8
3
16
4
32
5
64
6
Из этих цифр в глаза бросается простая зависимость C = 2U.
Если взять логарифм от этого выражения по основанию два, то получим удобную формулу: U = log C.
Понятно, что она относится не только к поиску самолета, а к любому выбору из большого числа равновероятных возможностей.
Она устанавливает простой факт: «Информация, необходимая для выбора равноправных вариантов, равна логарифму числа вариантов».
– Почему вы брали число самолетов, только равное двойке в степени целого числа?
– Для простоты счета и наглядности.
– А если брать любое число? Например, сколько бит понадобилось бы гоголевской невесте для выбора одного из семи женихов?
Действуем так же. По нашей формуле находим: U = log 7.
Теперь придется заглянуть в таблицу логарифмов. Получаем: U = 2,807 бит.
Предположим, привередливая невеста решила доверить выбор случаю. Ей пришлось бы, округляя полученный результат, бросить монету не более трех раз.
Как мы все помним со школьной скамьи, логарифмическая функция увеличивается с ростом числа очень медленно. Так, если бы число самолетов было бы 512, то для поиска единственного нужного потребовалось бы всего 9 бит информации или 9 ответов типа ДА-НЕТ. При гигантском числе самолетов С-4096 потребовалось бы всего 12 бит информации и т.д.
Теперь мы можем воспользоваться полученной нами формулой и уточнить понятие «бит». Если принять число вариантов (или число возможных исходов) минимальным – равным двум, то получаем количество информации, необходимое для выбора: U = log 2 = 1.
Эта величина и была названа двоичной единицей. Или по-английски binary digit. Сокращение от этих двух слов и дало bit. Или в русской транскрипции бит. В нашей литературе встречаются три названия: «двоичная единица», «бинарная единица» и «бит». Это одно и то же.
Итак, 1 бит – это элементарное количество информации, необходимое для выбора из двух возможностей.
Кроме слов ДА-НЕТ, есть сотни способов передать информацию с помощью бит. Кто не подсказывал приятелю в школе и даже в институте только движением головы?
Сверху вниз – ДА, повороты в стороны – НЕТ. Если на окне стоит букет цветов, значит, можно заходить в гости.
Если не стоит, то родители в дурном расположении духа и надо ждать у дома. Зеленая ракета – это ДА, а красная – это НЕТ.
Часто при передаче по проводам и кабелям ДА – это плюсовая посылка (+), НЕТ – это минусовая посылка (–). Если радиоволна передает биты, то тут много возможностей. Наличие излучения радиоволн – ДА, его отсутствие – НЕТ; излучение на частоте f1 – ДА, на частоте f2 – НЕТ; если интервал между двумя импульсами ?t – ДА, интервал 2?t – НЕТ и т.д.
Перфолента прекрасно вводит биты в электронные вычислительные машины: ДА – это дырочка в ней, НЕТ – ее отсутствие. С легкой руки математиков наиболее ходовой записью ДА-НЕТ стали цифры 1 и 0.
Представим себе, что нам вместе поручили придумать командные сигналы для двух необитаемых искусственных спутников Земли (ИСЗ). Первый ИСЗ метеорологический. Для его управления требуется сто различных команд. Второй ИСЗ исследует природные ресурсы планеты путем фотографирования поверхности на различных волнах – радио, оптических, рентгеновских. Здесь аппаратура более сложная, и для управления требуется 1000 команд. Команды должны быть составлены из простейших посылок типа ДА-НЕТ.
Наша задача сводится к определению минимального числа посылок в каждой команде.
Из теории соединений, которую мы все проходили в школе, не подозревая тогда, что она имеет отношение к космосу, находим, что число команд или число различных комбинаций N, составленных из n-элементов, каждый из которых может принимать т различных значений, равно N = mn.
Нам заданы двоичные посылки, следовательно, m = 2. Составляя команды из разного числа посылок, начиная от одной и кончая 15, получаем число команд:
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
m
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1024
2048
4096
8192
16384
32768
Из таблички следует: для первого ИСЗ команда должна содержать не менее семи посылок, а для второго не менее десяти. При этом в первом случае в резерве остается 28 команд, а во втором – 24.
Найденные нами команды будут безупречно управлять ИСЗ, к сожалению, только в одном единственном случае – при отсутствии заметного уровня помех как в среде распространения, так и в приемнике на ИСЗ.
– Но ведь это невозможно!
– Полностью согласен. Нам придется применить защиту от помех. Что мы делаем, если плохо слышно по телефону? Повторяем. Поступим так же. Повторяя команду, например 5 раз, и накапливая ее в приемнике, мы победим многие помехи. Пока заметим, что повторение есть простой и удобный, но очень неэкономичный способ защиты.
Наша табличка подсказывает, что из бинарных сигналов можно построить не только команды, но даже разговорный язык.
Так, словарь А.С. Пушкина содержит 30 000 слов. Значит, составив комбинацию звуков типа ДА-НЕТ из пятнадцати элементов, можно за каждым словом закрепить одну из них и таким способом построить язык из 30 000 слов! В быту мы пользуемся числом слов порядка 1000 и нам хватило бы комбинации из десяти элементов. А если вспомнить Эллочку Людоедку, обходившуюся 30-ю словами, то тут хватит комбинации всего лишь из пяти ДА-НЕТ.
К счастью, формирование речи у наших далеких предков не пошло по этому пути, и нам не приходится выкрикивать эти длинные комбинации из ДА-НЕТ и напряженно их разгадывать на слух. Кроме того, речь при этом стала бы куда длиннее, а книги значительно толще.
Слова в нашем языке набираются не из двух различных кирпичиков ДА-НЕТ, а из... 32. Эти кирпичики есть буквы нашего алфавита. Для подсчета числа возможных различных комбинаций из них надо в нашей формуле считать m = 32. Придавая n, числу букв в слове, различные значения, получаем таблицу:
n
1
2
3
4
m
32
1024
32768
1048576
Неожиданный результат. Составляя слова только из трех букв и используя все возможные комбинации, получаем число слов более 30 000. При четырехбуквенных словах число слов переваливает за миллион! Но ведь средняя длина слова в русском языке составляет около семи букв. Значит, мы с вами, читатель, открыли простой способ сделать речь человека в два раза короче.
– Вы утверждаете, что докладчик может говорить в два раза короче, что книги могли бы стать в два раза тоньше?
– Принципиально такая возможность есть. Это доказывает наша простая табличка.
– Как возликовали бы школьники, студенты, все пишущие и читающие. Ведь это экономия времени в два раза.
– Согласен.
– Почему же эволюция упустила этот заманчивый путь построения языка и почему мы, установив такую возможность, не переходим на этот путь краткого общения?
К сожалению, в угоду краткости пришлось бы пожертвовать красотой и благозвучностью языка, разборчивостью слов, особенно при наличии шума, однозначным восприятием слова...
Трехбуквенный язык вряд ли вдохновлял бы Лермонтова на такие строки:
Есть сила благодатная
В созвучье слов живых,
И дышит непонятная,
Святая прелесть в них.
Из наших простых расчетов следует еще один любопытный факт. Запишем все возможные комбинации, составленные из двух элементов типа ДА-НЕТ: 10, 01, 11, 00. Их всего четыре. Теперь попытаемся записать все возможные комбинации, составленные также из любых двух букв русского алфавита; аа, аб, ав, аг... ба, бб, бв, бг...
– Может, хватит? Нам придется заполнить уйму страниц этими сочетаниями.
Оппонент прав. Ведь мы подсчитали их число: 1024!
Сопоставим результаты. В первом случае мы получили только четыре комбинации или команды, а во втором их в 256 раз больше! Объяснение факта простое: в первом случае – одна посылка или один элемент сообщения принимает только два значения, во втором – 32. Следовательно, чем больше значений может принимать элемент, тем больше информации он несет. Так, при одинаково частом следовании 1 и 0 и всех букв алфавита в сообщениях одна двоичная посылка несет, как мы установили, информацию лишь в 1 бит, а одна буква алфавита: U = log m = log 32 = log 25 = 5 бит.
– Значит, сигналы ДА-НЕТ есть предельные информационные бедняки. Почему же их так широко применяют?
Бедность, как известно, не порок. Посылки ДА-НЕТ имеют много золотых качеств: лучше всех других сражаются со своими врагами – вездесущими помехами, аппаратура для их передачи и приема наиболее проста и надежна, они удобны для запоминания и разных математических действий.
Кроме того, есть ситуации, когда этот бедняк вдруг становится... миллиардером. До этой его тайны мы еще доберемся.
Как быть с П. Чайковским?
Мы установили, что посылки ДА-НЕТ и посылки, более богатые информацией, могут передавать команды, буквы, письменную речь...
– А как быть, например, с первым концертом П.И. Чайковского? Разве можно его передать, используя только ДА-НЕТ?
– Оказывается, можно. Более того, можно передать не только любые звуки, но и любое изображение. Пройдет немного времени, и можно будет, например, смотреть «Лебединое озеро» дома на экране телевизора не только в цветном, как сейчас, но и в объемном изображении. При этом между Большим театром и вашим домом будут сновать только биты, только посылки ДА-НЕТ.
– Сомнительно! Ведь сигнал звука и изображения меняется плавно, а сигнал, составленный из посылок ДА-НЕТ, – это резкие скачки напряжения.
– Вы правы. Это два, казалось бы, принципиально различных сигнала. Один называют непрерывным или аналогом, а второй – дискретным, прерывистым. Но нас выручает один из вездесущих законов диалектики переход количества в качество. Если мы величину скачка нашего дискретного сигнала будем уменьшать и уменьшать, то различие между аналоговым сигналом и его изображением, составленным из дискретных посылок, будет тоже уменьшаться. Устремив в пределе этот скачок к нулю, получим полное совпадение.
– При этом ведь число посылок возрастает до бесконечности. Никакая реальная система связи с ними не справится.
– Верно. Бдительность уместна. Но нет необходимости устремлять скачок к нулю. Нас выручает другой закон природы. Нет и не может быть абсолютно чувствительных, реагирующих на любое изменение раздражителя или сигнала устройств. Это относится как к биологическим, так и к техническим системам. Например, в некоторых пределах человек совершенно не замечает изменения силы звука или степени яркости изображения.
Объясняется такое несовершенство просто. В любой наблюдающей или измеряющей системе имеются собственные помехи и нестабильности, которые и создают порог чувствительности. Следовательно, лишено всякого смысла делать скачки дискретного сигнала меньше этого порога. Последнее позволяет разбить сигнал на ряд уровней и в каждый момент времени передавать только номер уровня.
Так, для передачи речи, при переводе ее в посылки ДА-НЕТ используется не бесконечное число уровней, а всего лишь 128. При этом абоненты и не подозревают, что они разговаривают не звуками, а только номерами уровней. Поскольку число уровней ограниченно, то каждому уровню легко присвоить свой код или свою команду. Мы уже знаем, что для образования 128 команд, необходима кодовая группа всего лишь из семи двоичных посылок.
Таким образом, мы разделались с интенсивностью передаваемой величины или с амплитудой сигнала в канале связи.
Теперь встает не менее важный вопрос. Как часто надо эти уровни передавать? Раз в секунду, раз в тысячную долю секунды, раз в миллионную долю секунды? Если окажется, что очень часто, то опять невозможно будет реализовать такую передачу.
К счастью, надо передавать не очень часто. В сигнале как бы есть пустая порода, которая не несет информации, и ее преспокойно можно выбросить.
Так, для речевого телефонного сигнала достаточно передать семь тысяч равноотстоящих отсчетов в секунду. Значит, пауза между отсчетами ?t составляет одну семитысячную секунды. В этом интервале и надо передать наш код из семи импульсов.
– Я не понял, как вы делите сигнал, а следовательно и речь, на пустую породу и крупицы золота, несущие информацию.
– Такого деления нет. Но ход сигнала на каждом небольшом интервале ?t между соседними отсчетами можно предсказать по его предыдущим значениям.
Это и используется для восстановления сигнала по его отсчетам на приеме. В этом смысле я и назвал интервал ?t пустой породой.
Отчего зависит этот интервал? Только от скорости изменения сигнала. Чем медленней он меняется, тем реже можно брать отсчеты.
Итак, дробя наше сообщение на уровни и выбрасывая «пустую породу», мы можем любую информацию заменить набором посылок типа ДА-НЕТ. Совершается чудо – первый концерт П.И. Чайковского можно записать на пластинке или магнитофоне только посылками ДА-НЕТ и получить воспроизведение не хуже (и даже лучше), чем при записи аналогового сигнала.
Наличие удивительного интервала «пустой породы» в аналоговом сигнале было установлено В. Котельниковым еще в начале 30-х годов. Теорема, носящая его имя, позволяет легко вычислять этот интервал ?t в зависимости от свойств сигнала.
Римский или курносый?
Мы уже отмечали, что одна из самых великих тайн природы связана с возникновением на планете живой клетки, способной питаться, чувствовать, двигаться и, самое главное, РАЗМНОЖАТЬСЯ.
– Почему последнее свойство выделено?
– Да потому что только благодаря ему эстафета жизни, говоря олимпийским языком, передается вот уже более трех миллиардов лет (в цифрах это выглядит еще сильнее. 3 000 000 000 лет!) от живой клетки к ее детям, от одного животного организма к его наследникам.
Но что значит передавать эстафету жизни? Это значит создать продолжение рода по своему образу и подобию. Создать не фотографию, а живую копию с живого. Живой организм, как мы знаем, не появляется сразу в готовом виде. Он вырастает из зародыша постепенно. Значит, в зародыше заложена полная информация о будущем организме. Если этот организм имеет, например, нос, то должны быть исчерпывающие данные о его форме и конструкции, о его размерах, о способе функционирования и «стыковки» с другими органами. Словом, полная «конструкторская документация». И так о каждом органе и о всем организме.
– Позвольте, но ведь половая яйцеклетка, из которой развивается весь организм человека, есть крохотный шарик диаметром 0,1 мм. Как там умещается вся эта документация?
– Сомнения Оппонента разделяют многие. Ведь полная документация, например на современный завод, составляет десятки и даже сотни томов. И это, не считая документации на используемые на заводе готовые машины. А ведь человек, несомненно, сложнее любого из существующих заводов!
Тупик? Да. Вот он веками и приводил к вере в божественное начало в человеке, к вере в участие бога в его творении.
В середине XX столетия тайна продолжения рода, продолжения жизни была раскрыта. Природа нашла удивительный и, возможно, единственный путь гигантского сжатия наследственной информации – составление длиннющей телеграммы от родителей к детям непосредственно из молекул и их комбинаций! Там даже записано, какой сотворить новому человеку нос: прямой, римский или курносый.
– – Какая же длина этой телеграммы? Можно ли ее передать по современному нашему телеграфу?
– Телеграмма получается сверхдлинная. При двоичных посылках число их составит, по приблизительным оценкам, сотни миллионов, что соизмеримо с информацией, содержащейся во всех тридцати томах БСЭ.
– Вы утверждаете, что секрет жизни состоит в снятии живой копии с живого. Копии, копии, копии... И так миллиарды лет. А откуда развитие, совершенствование живого? Ведь сколько бы плагиатор ни переписывал чужие работы, он принципиально не может внести ничего нового. Так?
– Если бы так, то возникшая живая клетка преспокойно точно копировала бы себя, то есть продолжала бы свой род, пока условия обитания не препятствовали бы этому. Но ведь окружающая среда меняется. При некоторых изменениях ее параметров застывшие копии неминуемо погибли бы. И второе, не менее важное. Точное копирование не дает новых свойств живому. Если бы все три миллиарда лет условия обитания для живых клеток были бы подходящими, то наша планета и была бы населена только этими живыми копиями. Царил бы скучнейший мир в точности одинаковых простейших живых существ. От этой скуки и застоя спасли нас... те самые информационные посылки, которые обеспечивают точное копирование.
– Каким образом? Ведь они только повторяют?
– Да, повторяют, но и создают новое. Блестящее проявление диалектического единства противоположностей.
– Откуда же новое, более совершенное?
Состояние среды обитания живой материи, зависящее от сотен факторов – температуры, радиации, состава атмосферы, качества воды, состояния почвы и прочего, – на значительных отрезках времени может рассматриваться как случайное явление. Неизменные копии в конце концов должны гибнуть в этой случайной среде. Но Природа, про которую Исаак Ньютон сказал, что она очень хитра на выдумки, противопоставила одному случайному явлению другое. В нарождающемся организме создаются, пока непонятным образом, помехи наследственной информации. Отдельные группы символов у некоторых особей данного вида искажаются. Грубо говоря, часть ДА становится НЕТ, а часть НЕТ становится ДА. Просто, хотя и довольно жестоко.
Эти искажения, называемые мутациями, разрушают картину однообразных копий. Так как мутации искажают наследственный код случайно, то с равной вероятностью они могут создать особь как лучше, так и хуже приспособленную к меняющимся условиям среды. Остальное совершается, по закону естественного отбора, открытому великим Ч. Дарвином: в борьбе за существование в конечном счете побеждают сильные, лучше приспособленные, а слабые погибают.
Таким образом, полезные мутации закрепляются в потомстве и это сразу решает две задачи. Первая – приспособление к изменениям условий обитания. Вторая – дальнейшее совершенствование вида.
Вот эта вторая задача, решаемая путем случайного нарушения наследственной информации, и дала возможность конвейеру жизни пройти путь от простейшей живой клетки до миллионов различных видов живых существ, населяющих нашу планету, среди которых на пьедестале разума высится гомо сапиенс.
Остается только поклониться этой неутомимой системе наследственной связи, которая столь долго и столь надежно в отличие от рукотворных систем передачи информации служит и совершенствует все живое.
Что же такое информация?
Многие слова, подобно живым существам, рождаются, развиваются, видоизменяют свою форму, содержание и, случается, вовсе исчезают из языка. Взглянем с этих позиций на слово. ИНФОРМАЦИЯ. Появилось оно около двух с половиной тысяч лет назад в латинском языке. Затем проникло в большинство других языков.
Этим словом уже пользовался Марк Цицерон, произнося в Риме свои знаменитые речи против Каталины. Миллионы последующих поколений людей вплоть до середины нашего столетия продолжали его употреблять. Все они вкладывали в него приблизительно одинаковый смысл: сообщение, осведомляющее о положении дел, о состоянии чего-нибудь. Тысячелетиями слово ИНФОРМАЦИЯ было рядовым, ничем не выдающимся среди десятков тысяч других.
Все это долгое время человек считал себя единственным созданием, способным к передаче, приему и творению информации.
И вдруг новая наука опровергла эту единственность. Имя ее – кибернетика. Она открыла глаза людям на то, что сейчас известно почти каждому. Тогда это было сенсацией. Оказывается, информационные процессы происходят в любом живом организме, начиная с амебы и вируса. Прекратите обмен информацией червячка со средой, и он быстро погибнет. Появился афоризм глубокого смысла «Жизнь – это информация!».
Но это еще не все. В созданных человеком машинах мы опять-таки наталкиваемся на информационные процессы, без которых они не могут работать. Особенно ярко это проявилось в электронно-вычислительных машинах. Они не только потребляют информацию, но, как это было ни удивительно поначалу, могут творить свою, новую!
Наконец, любое сообщество живых существ – муравьев, пчел, птиц, рыб и, конечно, людей – не может существовать без потоков информации, циркулирующих в нем.
– И эти потоки информации у муравьев и людей однотипны?
– Во всех этих сообществах информация используется для управления. Надеюсь, вы наблюдали и удивлялись, как каждая особь в стайке рыб одновременно и удивительно синхронно меняет курс движения, как по единой команде стартует группа воробышков при приближении опасности Потоки информации в нашем обществе неизмеримо сложнее, имеют иную природу, но служат тем же целям – управлению. Это уже социальная информация – политическая, научно-технологическая, экономическая. В муравейнике циркулирует только биологическая информация.
А вот второе фундаментальное положение, установленное кибернетикой. Процессы управления – в отдельно взятом живом организме, в их сообществе, в машинах – принципиально не могут осуществляться без обратной связи. На «командный пункт» должна поступать тем или иным путем информация о состоянии управляемого объекта, окружающей среды и о выполнении посланных команд.
Вскрытие такого единства процессов в живом и неживом, широкое внедрение ЭВМ, стремительное нарастание потока газет, журналов, книг придало совершенно другое, широкое значение слову ИНФОРМАЦИЯ. Жизнь требовала раскрытия нового глубокого смысла этого звукосочетания из десяти букв.
Необходимо было научиться как-то оценивать информацию, измерять ее.
Но как ее измеришь одной мерой? Ведь передача информации – это сообщение любых сведений: о погоде, о настроении, об аварии на заводе, о восстании народа... Американский ученый Клод Шеннон взглянул на все виды информации с совершенно новой, единой позиции. Ведь информация несет уменьшение неопределенности в наших знаниях. Мы уже на примерах доказывали это. Значит, процесс передачи информации можно рассматривать как процесс уменьшения неопределенности.
Принимая решение ДА или НЕТ, мы уменьшаем неопределенность ситуации в два раза. Если вероятности ДА и НЕТ равны, то наше решение содержит ровно один бит информации. Ситуация, наблюдаемая при бросании монеты. Если она негнутая и неподпиленная, то вероятности выпадения орла и решки равны и составляют 0,5 при многократном бросании монеты. Кстати, один математик почти полжизни бросал монету, проверяя, по какому закону с увеличением числа опытов мы приближаемся к величине 0,5.
Если вероятности ДА и НЕТ различны, то картина меняется. Покажем это на примере. Для этого мысленно перенесемся в обычную сберегательную кассу. Допустим, вы проверяете, не выиграл ли ваш лотерейный билет автомашину «Волга». Всего продано 10 000 000 билетов. Выигрыш такой только один. Скользите глазами по таблице и своему билету. Все НЕТ, НЕТ, НЕТ... Знаете, что шанс мизерный, но надежда все еще теплится. Постепенно она тает, тает, тает... Становится скучно, глаза слипаются, вы теряете столбец... И вдруг все озарилось яркой вспышкой. Ура! Наконец, ДА! Вы подпрыгиваете почти до потолка.
Все это сделало одно ДА. Но это ДА, запрятанное среди 9 999 999 НЕТ. Очень неожиданное ДА. Его вероятность уже не равна вероятности НЕТ, а в 10 миллионов раз меньше! Поэтому оно принесло огромную информацию. Для обладателя счастливого билета это даже локальный информационный взрыв.
Клод Шеннон доказал, что количественная оценка информации, которую несет один символ – ДА, НЕТ, буква, цифра, – требует учета неожиданности его появления, то есть его вероятности.
Чем реже появляется символ или чем реже происходит некое событие, тем меньше его вероятность P и тем больше оно несет нам информации U.
Количественно зависимость выглядит так (прошу читателя поверить без доказательства U = log 1 / P.
В нашей лотерее количество информации в единственном ДА составит огромную величину
Uда = log 1/(1/9 999 999) = log 9 999 999 ? log 223 ? 23 бит.
Вот почему очень редкие неожиданные события врезаются в память на всю жизнь. Создаваемая ими информация столь велика, что она поражает наше сознание, и мозг надежно фиксирует их.
В подобных случаях наш скромный элементарный носитель информации – ДА или НЕТ, «+» или «–», «1» или «0» – может стать миллиардером. Ведь если вероятность события стремится к нулю (P > 0), то сообщаемая им информация (если оно происходит) стремится к бесконечности (U > ?).
– Значит, своего корреспондента надо бомбить очень редкими, неожиданными сообщениями. Тогда каждое из них будет очень богато информацией, а суммарный поток сведений будет максимальным. Так?
– Нет, совсем не так! В нашем примере единственный символ ДА содержал огромную информацию в 23 бита, но остальные 9 999 999 символов НЕТ несли ничтожную информацию.
В самом деле.
Uнет = log 9 999 999/10 000 000 ? 0 бит.
Следовательно, в среднем каждый символ в нашей лотерейной таблице переносил ничтожную информацию
Uср = 23/10 000 000 = 0,0 000 023 бит.
Если же мы будем передавать посылки ДА-НЕТ с равными вероятностями, то есть Рда = Рнет = 0,5, то каждый символ будет нести информацию ровно в один бит.
Следовательно, наши 10 000 000 символов сообщат информацию, равную 10 000 000 битам.
Поэтому для передачи максимального количества информации надо применять символы близкой или равной вероятности. В нашей лотерее этого, естественно, сделать нельзя, так как при Pда = Pнет = 0,5 пришлось бы разыгрывать не одну машину, а 5 000 000. В системах связи, где важно передать максимальное количество информации в: единицу времени, наилучший режим при одинаково частом следовании сигналов ДА и НЕТ.
– С ДА и НЕТ ясно. А если сообщение определяет выбор не из двух, а из трех, четырех, ста возможностей, то его информация растет?
– Вы правы. Есть только два рычага для увеличения передаваемой информации. Первый мы уже разобрали. Он связан с вероятностью сообщения. Второй – это увеличение числа альтернатив или увеличение тех различных «кирпичиков», из которых набирается сообщение, увеличение многоликости символов.
И это одна из поразительных особенностей информации. Мы ее уже касались. Пусть сообщение набирается не из двух возможностей ДА-НЕТ, а из любого числа возможностей т. Например, русская письменная речь использует 32 буквы, выбор идет из 32 возможностей, то есть m = 32. Если все т альтернатив равновероятны, то информация растет пропорционально логарифму их числа: U = log m.
Равные по объему сообщения могут содержать различное количество информации. Чем больше ансамбль знаков, из которых составлено сообщение, тем больше в нем информации.
Кстати, в этом одно из объяснений всеобщей любви к стихам Пушкина. Он успешно пользовался этим законом, еще тогда не сформулированным, но, безусловно, существовавшим. Александр Сергеевич, слагая стихи, находил нужное слово из огромного запаса слов, которым он владел и хранил в памяти. Его словарь содержал более 30 тысяч слов. Поэтому его стихи очень информативны, рисуют тончайшие образы, дают удивительно тонкие оттенки мыслей и чувств, легко запоминаются.
Есть люди с очень бедным словарем. Даже длинная их устная или письменная речь несет очень мало информации.
Мы уже упоминали Людоедку Эллочку, обкорнавшую язык свой до узкого набора стандартных слов. Это известный литературный пример.
Проходя в перерыве между лекциями по коридору, иногда слышишь, как некоторые студенты, подражая Эллочке, щеголяют речью, состоящей только из ставших «модными» словечек и выражений – «балдеть», «ну ты даешь», «не возникай» и пр. Не хочется подсчитывать ту ничтожную информацию, которую они сообщают при этом своим собеседникам...
Давайте мысленно перенесемся на оживленный перекресток двух улиц. Если на нем нет светофора (так называемый нерегулируемый перекресток), то пересекающие его водители и пешеходы руководствуются в основном взаимной вежливостью и соблюдением приоритетов для некоторых видов транспорта. Такая ситуация нередко приводит к дорожным инцидентам. Давайте поставим на перекрестке простейший светофор с двоичным алфавитом (m = 2). Зеленый – ДА, красный – НЕТ. Безопасность движения, несомненно, повысится. Но переход от одного сигнала к другому происходит мгновенно, и это таит опасность. Ведь и автомашина, и даже человек не могут мгновенно остановиться, всегда есть некоторый тормозной путь. Кроме того, переключение светофора может застать на самом перекрестке.
Увеличим информацию, сообщаемую светофором: введем сигнал перехода от ДА к НЕТ и обратно. Его можно ввести двояко. Переходу от одного сигнала к другому всегда предшествует третий сигнал – желтый свет (m = 3). Это дает время на «очистку» перекрестка и торможение при приближении к нему. Можно сделать иначе. Применить четверичные сигналы (m = 4). Кроме красного и зеленого огней, ввести мигающий красный и мигающий зеленый. Начало мигания предупреждает о скором его выключении. Здесь можно пойти дальше – нормировать число миганий. Например, взять его равным пяти. Это позволит и пешеходам и водителям более точно оценивать время перехода от запрета к разрешению, и наоборот. Можно дополнить мигание звуковым сигналом. Например, диктор ведет приятным голосом счет миганиям.
Разобранные системы не обладают гибкостью, они работают по фиксированной программе. И уже появляются адаптивные системы, у которых управление зависит от ситуации на перекрестке. Если много машин и пешеходов в данном направлении, то ДА длится дольше, если мало – оно короче. Если, например, взять четыре разных интервала для каждого цвета, то наш алфавит с m = 4 превратится в более богатый алфавит с m = 4 · 4 = 16.
Информативность каждого сигнала станет еще больше, что повысит и безопасность и эффективность работы светофора.
Что же произойдет, если мы мысленно, представим себе ансамбль сигналов из бесконечного числа элементов, то есть будем считать m = ? Тогда из приведенной формулы следует, что информация, передаваемая одной, только одной посылкой, будет бесконечно велика, так как log m = ?. Это, конечно, практически нереализуемая абстракция, но из нее следуют интересные выводы.
Так, если использовать полный набор иероглифов китайского языка, содержащий их около 40 000, то каждый знак несет огромную информацию, превышающую 15 бит. Практически сейчас в китайском языке используется около 3000 иероглифов. Это сразу вызывает уменьшение информационной насыщенности одного иероглифа до величины порядка 11 бит.
Возможность наполнения информацией каждого знака при увеличении алфавита позволяет производить сжатие информации во времени.
Мы уже приводили пример передачи на спутник 1000 команд. Было найдено, что при двоичном алфавите для сообщения одной команды требуется передать на спутник 10 посылок. Пусть, например, для исключения перехвата команд противником, требуется уменьшить время передачи одной команды в 10 раз. Ясно, что при использовании алфавита из 1000 знаков задача будет решена: каждая посылка будет сообщать одну из тысячи команд.
При этом, конечно, возникают трудности формирования большого алфавита на передаче и уверенного различения его знаков на приеме в присутствии помех. Но в ряде случаев решение находится.
– А как быть с содержанием информации? Ведь одно и то же число бит может нести очень важную и пустяковую информацию, полезную и бесполезную.
– Вы правы. Тем более что одна и та же и информация для одних очень важна, а другим безразлична.
Подход Клода Шеннона полностью игнорирует содержание информации. Ведь посылки ДА-НЕТ могут снять неопределенность в самых разных случаях: объявлять войну соседнему государству или нет, выходить замуж за Мишу или за Гришу, пить чай с молоком или со сливками, идти спать или смотреть телевизор...
Было сделано несколько попыток найти меру содержательности информации для ее получателя.
Так, советский математик Ю. Шрейдер продолжал ее оценивать по увеличению знаний данного индивида в любой области.
Академик А.А. Харкевич предложил измерять содержательность информации по увеличению вероятности достижения цели после получения информации субъектом или машиной.
Но оба этих остроумных подхода пока не настолько разработаны, чтобы решить сложнейшую задачу количественной оценки смыслового, или, как говорят специалисты, семантического, значения полученной потребителем информации.
– Выходит, что пока единственный способ измерения любой информации очень примитивен: превращаем ее в посылки типа ДА-НЕТ и считаем их число, невзирая на смысл и важность содержания. Ведь так?
– К сожалению, почти так. При этом только надо не забыть учесть вероятности, с которыми следуют эти самые ДА-НЕТ.
– Но что же такое есть сама информация? Что это за субстанция? Сколько можно уклоняться от ответа на этот вопрос?
– Загадка информации не давала покоя не только физикам, математикам, инженерам, но отнимала сон и у философов. Ведь они давно установили, что основа всего сущего есть движущаяся материя и энергия, являющаяся общей мерой различных форм движения материи (механической, тепловой, электромагнитной, ядерной...). Куда же отнести информацию? Она и не материя, и не энергия.
– Но ведь для переноса информации нужен распространяющийся в пространстве носитель, создание которого требует затраты энергии.
– Верно. Энергия действительно затрачивается, но тут она играет вспомогательную, третьестепенную роль.
В итоге философские раздумья и горячие дискуссии привели к новому возвеличиванию слова ИНФОРМАЦИЯ. Оно заняло достойное место среди двух гигантов МАТЕРИИ и ЭНЕРГИИ.
Более того, определить, что есть любая разумная цивилизация, на уровне наших сегодняшних знаний невозможно без слова «информация». Цитирую определение, данное членом-корреспондентом АН СССР В.С. Троицким:
«Цивилизация – это общность разумных существ, использующих обмен информации, энергии и массы для выработки действий и средств, поддерживающих свою жизнь и прогрессивное развитие».
Не случайно в этом определении слово «информация» стоит на первом месте. В тексте цитированной работы В. Троицкий поясняет, что, кроме обмена информацией отдельными индивидуумами цивилизации, очень важным является обмен информацией, вырабатываемой всей цивилизацией с внешней средой. Он осуществляется трудом, экспериментом, наукой и техникой, то есть производительной силой цивилизации.
Теперь вернемся к определению самого понятия «информация». Прежде всего отметим, что природа информации, в том числе и возможность измерения ее ценности, является предметом дальнейшего ее изучения. Вместе с тем стало ясно, что источником всей информации является окружающий нас материальный мир. На этом основании наиболее распространенным определением является такое: ИНФОРМАЦИЯ – это отражение того разнообразия, которое существует во Вселенной. Поясним его на примерах.
Представим себе, что мироздание заполнено однообразным, совершенно одинаковым веществом. И только им. Никакого разнообразия.
Я вспоминаю, как нам приходилось искать путь в бескрайних снежных полях Тянь-Шаня в полном тумане и без компаса. Никаких ориентиров. Никакой нужной нам информации. Никакого разнообразия. Казалось, вся Вселенная заполнена этим молоком.
Если бы окружающий нас мир имел только два качества, например состоял из света и тьмы, то он обладал бы минимально возможным разнообразием. Но к нашему счастью, мир настолько разнообразен, что отражаемая, можно даже сказать передаваемая, им информация бесконечно разнообразна.
– Вы утверждаете, что мертвая материя при наличии разнообразия передает информацию. Как же это понимать?
– Именно так. Поскольку разнообразие присуще всем предметам и явлениям, то информация всем им присуща. При этом, конечно, в неживой природе эта информация только хранится и передается. Неживая материя не может использовать ее для управления. Таких процессов нет в неживой материи. Но это разнообразие окружающего нас мира, эту передаваемую всем сущим информацию, хотя бы частично, воспринимают живые существа, человек и, конечно, созданные им различные приборы.
В самом деле, изучая ту или иную звезду, мы просто используем информацию, которую она шлет о себе всем, всем, всем. А просторы Вселенной при этом играют роль памяти, которой может позавидовать любая ЭВМ. Звезда может умереть, взорваться, погаснуть. Но излученная ею информация еще миллионы и миллиарды лет может двигаться в этой вселенской памяти к возможным получателям.
Сколько, например, информации принесла находка трехлетнего мамонта в вечной мерзлоте Сибири? Это был небольшой информационный взрыв. У него в желудке даже сохранились остатки пищи!
Системы связи, которыми мы пользуемся, тоже можно рассматривать с позиций разнообразия.
Если источник информации, например телеграфный аппарат, работает сигналами 1 и 0, то разнообразие его минимально, оно равно двум.
Если аппарат способен передавать все десятичные цифры – 0, 1, 2, 3... 9, – то его разнообразие равно десяти и он более информативен.
Если источник информации испортился и все время передает только один из символов – ДА, НЕТ, цифру, букву, то разнообразия никакого нет. Следовательно, и нет передачи информации.
Таким образом, информация есть отражение разнообразия, существующего в материальном мире. Нет разнообразия, нет и информации.
Передавая тем или иным способом информацию своему корреспонденту, мы тем самым сообщаем ему частичку этого наблюдаемого нами в окружающем мире или в себе разнообразия. Если оно уже известно получателю сообщения, то никакой информации он не получит. Ее неожиданность будет точно равна нулю.
Информация из окружающего мира передается человеку с помощью разнообразных носителей. Оказалось, что все эти системы передачи информации подчиняются некоторым общим закономерностям, о которых идет беседа в следующем разделе. Они помогут нам лучше представить общую картину информационных потоков в современном мире.








A и Z обмениваются информацией
Преодоление пространства
Рассмотрим задачу передачи информации из одной точки пространства в другую, с которой мы сталкиваемся на каждом шагу. Независимо от расстояния между корреспондентами, которое может исчисляться и долями сантиметра, и многими световыми годами, независимо от типа передаваемой информации можно выявить общую структуру двух типов систем связи.
Первая из них сводится к записи сообщения на некоторый носитель и отправке его корреспонденту тем или иным видом транспорта. Одними из первых таких носителей были глиняные таблички, пергамент, берестяные грамоты. На смену им пришла бумага, фотопленка, магнитная лента. Почта, которой мы все пользуемся, – типичный пример таких систем связи.
Бросается в глаза их ограниченность.
Необходимы транспортные средства, способные достичь точки нахождения корреспондента, а скорость передачи сообщения будет определяться скоростью их передвижения. Установить связь с помощью таких систем, например с группой геологов, затерявшихся в непроходимой тайге, невозможно.
Второй тип систем связи использует для переноса информации не транспортные средства, а некоторый физический процесс, способный распространяться в пространстве, разделяющем корреспондентов. Передаваемое сообщение на передаче «записывается» на этот процесс и «считывается» на приеме. Эти два непременных действия называются модуляцией и детектированием. Сущность модуляции сводится к изменению одного из параметров процесса, называемого несущим колебанием, в соответствии с передаваемой информацией. Таким параметром может служить амплитуда, частота или фаза несущего колебания. При передаче импульсов это может быть длительность импульса, его временное положение, частота следования.
– Какие же физические процессы используются для переноса информации? Электрический ток и радиоволны?
– Этих процессов не два, а значительно больше. Вот несколько примеров. Многие поколения революционеров в России использовали для передачи сообщений в тюрьмах механические колебания в их стенах, возникающие при постукивании по ним. Ленин, как известно, прекрасно владел этим методом и быстро устанавливал связь с другими политическими заключенными.
Для связи между погруженными в воду объектами используются колебания, создаваемые в водной среде. Те самые колебания, которыми мы любуемся, бросая камни в воду.
Разговаривая, люди создают модулированные звуковые колебания в воздушной среде, их разделяющей. Все музыкальные инструменты создают звуковые колебания различных частот и различной модуляции, которые достигают слушателя благодаря их распространению в воздушной среде.
Многие животные, например муравьи и бабочки, используют для переноса информации запахи. Дельфины и летучие мыши используют звуковые и сверхзвуковые колебания. Передача импульса по нервному волокну в человеческом организме происходит с помощью сложных электрохимических волн.
Преимущества второго типа систем связи, использующих в качестве переносчика распространяющиеся в среде, разделяющей корреспондентов, колебания, очевидны. Это отсутствие транспортных средств и быстрота переноса информации.
Вместе с тем видны и ее недостатки: возможность воздействия на несущее колебание различного рода помех в среде распространения и, конечно, невозможность переноса вместе с информацией хотя бы ничтожных по размеру и весу материальных частиц.
Даже посылая по почте письмо, вы можете вложить туда засушенный эдельвейс, кленовый листик, крупицу красивого камушка. Несущее колебание принципиально непригодно для этого. Есть только возможность ярко описать в прозе или даже в стихах тот же эдельвейс, листик, камушек.
Более того, если имеется телевизионный канал, то можно почти в натуральных красках показать все это на экране своему корреспонденту. Дальнейшее совершенствование такой системы связи позволит получить еще более подробную информацию: передать не только цветное и объемное изображение, но и аромат цветка и листика.
Артур Кларк идет еще дальше – обсуждает возможность создания в будущем систем связи – репликаторов. Это системы, передающие исчерпывающую информацию о наблюдаемом предмете, например о том же кленовом листике, по которой на выходе приемника с помощью репликатора синтезируется сам предмет.
Если говорить о не очень сложных изделиях, то такие системы возможны и их прообразы уже существуют. Ведь станок с гибкой программой, создаваемой микропроцессором, по существу, является репликатором. В зависимости от поступающей информации, то есть выбранной программы, станок изготавливает ту или иную деталь.
В зависимости от типа системы связи часть ее элементов может совмещаться или отсутствовать, но принципиальные ее черты – наличие несущего колебания, модуляция его информацией, распространение в среде, детектирование – остаются неизменными.
Например, некоторые из обитающих на большой глубине рыб используют для передачи информации свои источники света. Это биологические фонарики с линзами, рефлекторами и даже диафрагмами. Информация передается с помощью световых импульсов путем изменения частоты их следования и длительности. Будет ли когда-нибудь расшифрована эта подводная азбука Морзе?
Преодоление помех
Как мы уже отмечали, центральной задачей при создании систем передачи информации является защита от различного рода помех и искажений. Она оказалась настолько трудной, что многие ее аспекты не разрешены до сих пор. Для решения этой задачи в конце 40-х годов сформировалось новое научное направление, получившее название теории информации или теории передачи сигналов.
Основу этой науки составили две фундаментальные работы. Эта докторская диссертация В. Котельникова, ныне академика, «Теория потенциальной помехоустойчивости при флюктуационных помехах» (1946) и публикация американского ученого К. Шеннона – «Математическая теория связи» (1948), принесшая ему мировую известность.
До появления исследований В. Котельникова многие специалисты считали, что, продолжая усовершенствовать приемник, можно в конце концов найти такую схему, которая полностью устраняет действие помех. Листая старые патенты, мы находим подтверждение этому. Вот некоторые названия их: «Приемник без помех», «Фильтр, устраняющий помехи», «Схема полной компенсации помех».
В. Котельников построил математическую модель «идеального приемника», лучше которого по помехоустойчивости принципиально никакой приемник быть не может. Затем исследовал воздействие на этот приемник флюктуационных шумов, наиболее сильно искажающих сигнал и наиболее часто действующих в системах связи.
Из полученных формул следовало, что полностью исключить действие помех можно только в двух практически не реализуемых случаях: при бесконечной мощности сигнала или при мощности помех, стремящихся к нулю.
Во всех остальных случаях полностью избавиться от действия помех невозможно. В частности, при передаче сигналов ДА-НЕТ вероятность ошибки, то есть отношение искаженных посылок к их общему числу, определяется только отношением энергии сигнала к энергии помех при данном способе их передачи.
– Какой же способ передачи этих широко применяемых сигналов дает самую лучшую защиту от помех?
– На этот вопрос также дает ответ алгоритм работы идеального приемника. Если ДА передается сигналом A(t), а НЕТ сигналом В(t), то энергии этих сигналов должны быть равны, а по своей форме они должны быть противоположны, то есть A(t) + B(t) = 0. Это разнополярные сигналы, сигналы фазовой манипуляции со сдвигом на 180 градусов.
– Насколько я помню, К. Шеннон опроверг результаты В. Котельникова. Ведь он показал, что при некоторых условиях можно полностью избавиться от искажающего действия помех. Кажется, так?
– Во-первых, не полностью избавиться, а в точной формулировке принять «со сколь угодно малой ошибкой». То есть маленькая щелочка для помех остается.
Во-вторых, никакого опровержения результатов В. Котельникова нет. Результаты этих ученых относятся к разным системам связи.
В. Котельников изучал передачу без избыточности, т.е. никаких дополнительных элементов в сигнале, кроме необходимых для переноса информации, не было.
К. Шеннон построил математическую модель не только идеального приемника, а всей системы связи. При этом считая, что в ней используются идеальные сигналы, лучше которых не существует. Хотя модель, к сожалению, не позволяет полностью раскрыть эти идеальные сигналы, но подсказывает, что это сигналы, безусловно, с избыточностью.
Это значит, что, кроме посылок, несущих информацию, вводятся дополнительные посылки, не несущие информации, вводимые по определенным правилам и позволяющие на приеме уменьшить или даже исключить ошибки из-за действия помех. Этот метод защиты от помех получил название избыточного кодирования.
Ясно, что введение дополнительных символов, не несущих информации, снижает скорость передачи. При высокой эффективности избыточного кодирования это снижение скорости может быть в несколько раз.
Таким образом, результат В. Котельникова относится к системам без избыточного кодирования, а результат К. Шеннона – к системам с избыточным кодированием, передающим информацию с меньшей скоростью.
Для определения этой предельной, то есть максимально возможной, скорости передачи в идеальной системе связи со сколь угодно малой вероятностью ошибки К. Шеннон и получил весьма простую и изящную формулу.
Если система связи занимает полосу пропускания ?f, а отношение мощностей сигнала и помехи есть PС/PП, то максимальное количество информации, которое можно передать в секунду со сколь угодно малой вероятностью ошибок, есть величина C = ?f log (1 + PС/PП).
Два примера:
Пусть PС/PП = 1; ?f = 1000 Гц. Тогда C1 = 1000·log (1 + 1) = 1000 бит в секунду. Если PС/PП = 255, то C2 = 1000 log (1 + 255) = 8000 бит в секунду.
Итак, при увеличении превосходства сигнала над шумами в 255 раз максимальный поток информации возрастет всего в 8 раз.
Величину С называют емкостью или пропускной способностью системы связи. Если скорость передачи идеальными сигналами J меньше или равна C, т.е. J ? C, то в идеальной системе связи можно осуществить передачу без ошибок.
– Неужели К. Шеннон не раскрыл тайну этих сигналов?
– Он сделал это частично. Из его анализа следует, что эти сигналы с избыточным кодированием, а их форма должна быть подобна... флюктуационному шуму. При этом избыточные символы могут отстоять очень далеко от сигнала, вклиниваясь в сигналы, следующие за данным. Поэтому на приеме возникает большое запаздывание сигналов. В пределе, когда скорость приближается к емкости, (J > C) время запаздывания стремится к бесконечности (?t·W > ?).
Ясно, что польза (П) от системы в этом случае одновременно стремится к нулю (П > 0).
– Значит, формула К. Шеннона бесполезна?
– Отнюдь. Она показала принципиальную возможность построения систем, при некоторых условиях работающих без ошибок.
– Но для этого надо уметь построить идеальный сигнал?
– Верно. Поиск таких сигналов после работ К. Шеннона идет очень интенсивно. Уже предложена и используется на практике добрая сотня разных типов кодированных сигналов, которые в той или иной степени приближаются к идеальным.
Более того, созданы системы связи, которые работают практически без ошибок.
Что значит практически?
Отвечу примером. Для вывода искусственного спутника Земли на строго определенную орбиту надо отключить реактивный двигатель точно в тот момент, когда величина и пространственная ориентация вектора скорости ракеты будут равны (с заданным допуском) расчетной.
Сбой команды или ее подделка шумами может вызвать катастрофу. Поэтому реализуемое соотношение сигнала и помех, вводимые избыточности и, конечно, надежность самой аппаратуры командной линии должны гарантировать успех.
Поэтому при проектировании командной радиолинии задают очень малую вероятность P ее нарушения. Например, принимают: P = 1/1 000 000 000 = 10–9.
Это значит, что в среднем при передаче тысячи миллионов команд только один раз произойдет ошибка. Такую командную линию можно практически считать действующей без ошибок.
Еще несколько слов об идеальных сигналах К. Шеннона. Его открытие, что шум есть лучший сигнал, было сенсацией. Но оно вызывало сомнения. Из формул непререкаемо следовало, что именно сигнал в форме шума является самым неожиданным для получателя и поэтому может быть самым эффективным для связи.
– Информация – это нечто упорядоченное. Шум – это непрерывно меняющийся хаос. Как совместить эти два свойства в одном?
– Точно такой вопрос задавали в свое время многие. Но прошли годы и были найдены способы, и довольно простые, построения и использования таких сигналов.
Впоследствии оказалось, что лучше использовать не сам шум, а из тех же сигналов ДА и НЕТ набирать по определенным правилам их последовательность.
Эти сигналы назвали шумоподобными, ибо по своим свойствам они близки к шуму. Системы связи с такими сигналами быстро развиваются в наше время. Они позволили решить ряд новых задач. Примеры. Можно спрятать сигнал под шумами и благополучно его принять, невзирая на сильное различие их мощностей. Это различие можно сделать 1/100, 1/1000... в пользу помех. Далее можно вырезать часть спектра сигнала, если на него «села» очень мощная помеха, и не потерять сигнал. Можно разделить несколько копий сигнала, если они приходят со сдвигом во времени, вместо одного посланного.
Но у шумоподобных сигналов есть и своя ахиллесова пята. Это... необходимая полоса частот. Замена аккуратного плавно очерченного сигнала (именно такую форму он принимает в канале связи) на хаос шума или псевдошума требует резкого расширения полосы частот, необходимой каналу связи. В зависимости от задачи требуется расширение полосы от десятков до тысяч и более раз. В ряде случаев идут на это. Игра, как мы видели, может стоить свеч.
Таким образом, введение модели «идеальный приемник» и модели «идеальная система связи» оказалось очень плодотворным. Они раскрыли предельные возможности защиты приемников от помех, показали большую эффективность избыточного кодирования и стимулировали поиск сигналов, близких к идеальным.
– Насколько я понял, введение избыточности в сигнал и использование шумоподобных сигналов позволяют хорошо защитить передаваемую информацию от воздействия помех. Почему же бывают, и не так уж редко искажения в телеграфных, телефонных и других линиях связи?
– Я боялся этого справедливого вопроса. Но придется признаться. Пока удалось частично справиться с помехами в основном в дискретных каналах, где идут посылки типа ДА-НЕТ, и то далеко не во всех.
За введение избыточности надо платить почти золотом: либо снижать скорость передачи, либо расширять занимаемую полосу частот (а ее уже давно не хватает во многих диапазонах).
При этом надо усложнять приемник; наделять памятью, логикой, умением умножать, делить... У приемника, по существу, появляется своя небольшая электронно-вычислительная машина.
Ясно, что применить «золотую» избыточность и элементы ЭВМ даже во многих дискретных системах и нет возможности, и не везде это надо.
Теперь о музыке, пении, речи. О том, что мы слушаем дома с помощью радиоприемника. Ввести избыточность в эти сигналы, не искажая их, для борьбы с помехами тоже можно.
Например, одновременно передавать одну программу на трех волнах. Принимать на три приемника (или на один встроенный). На выходе как-то суммировать эти три сигнала или выбирать лучший из них. Это требует опять-таки тройного расширения полосы и увеличения стоимости приемника в три раза. Пойти на это нельзя. Хотя бы потому, что радиовещательные диапазоны загружены и перегружены.
– Как вы нам уже доказали, и музыку, и пение можно превратить в посылки ДА-НЕТ. Затем применить избыточное кодирование и избавиться практически от шумов. Тогда и настанет рай для радиослушателя.
– Рассуждения логичны. Но Оппонент запамятовал, что перевод музыки и пения в посылки ДА-НЕТ потребует опять-таки расширения занимаемой полосы в десятки и сотни раз!
Конечно, такая система будет куда лучше простого повторения на соседних волнах, но где взять в десятки раз более широкую полосу? Долгие годы считали, что это утопия.
И вдруг такая возможность неожиданно открылась.
Земля – ИСЗ – Земля
В годы после второй мировой войны в технике передачи сообщений назревал кризис. Жизнь требовала передачи по всей планете все большего и большего потока сообщений. Средства связи не справлялись с ним. Особенно плохо обстояло дело с передачей на большие расстояния.
– Какая же тут проблема? Натягивай побольше проводов и кабелей из одной точки в другую, строй новые радиостанции.
– К сожалению, эти пути принципиально не решали задачу. Проводами и кабелями ведь нельзя опутать всю Землю. Не хватит ни сил, ни средств. С радиоволнами тоже не получалось.
Волны в тех диапазонах, где можно разместить огромное число каналов связи (метровые, дециметровые и сантиметровые), никак не распространяются на большие расстояния. Их зона действия – прямая видимость. Чем выше передающая и приемная антенны, тем больше дальность. Останкинская башня, имея высоту 535 метров, охватывает радиовзором круг радиусом всего лишь около 100 км.
Кроме способности передавать огромные потоки информации, эти волны имеют еще одно ценное качество. Уровень внешних помех очень мал. Поэтому сигнал должен в основном сражаться только с собственными шумами приемника.
Конечно, можно заставить их преодолевать большие расстояния. Для этого надо через каждые 30...40 км строить высокую башню с ретранслятором. Это тоже очень дорого и трудоемко.
Волны, достигающие любой точки планеты (короткие волны), могут вместить очень небольшое число каналов.
Но это еще не все. Ведь короткие волны огибают Землю не по доброй воле. Они рвутся в космос, но встретив на своем пути электрическое зеркало, отражаются и возвращаются на Землю.
Этот отражающий слой, называемый ионосферой, окружает нашу планету. Расстояние между слоем и поверхностью Земли около 300 км. Ионосфера зеркально отражает короткие волны, но беспрепятственно пропускает более быстрые колебания, в том числе и световые. Зеркало образовано слоем свободных электронов, то есть оторванных от своих атомов. Это результат ионизации верхних слоев атмосферы солнечной радиацией. Армия хаотически движущихся электронов неисчислима. В одном только кубическом сантиметре их можно насчитать миллионы! Вот они и отталкивают волны обратно на Землю. Зеркало подобно океану. Там бушуют свои электрические волны. В результате – неустойчивость связи. Иногда можно установить связь с корреспондентом-антиподом при мощности передатчика меньше мощности слабой осветительной лампочки, как это делал Э. Кренкель на льдине первой дрейфующей у Северного полюса станции СП-1. Иногда можно посылать тысячу киловатт мощности, ловить сигнал на несколько антенн, несколькими приемниками – и не установить связи. Часто это электрозеркало работает странно. Становится как бы кривым и состоящим из нескольких зеркал. Вместо одного отраженного сигнала присылает на Землю несколько его копий, сдвинутых во времени, по-разному искаженных, Возникает явление многолучевости, о котором мы уже говорили.
Для борьбы с ним можно было бы применить шумоподобные сигналы. Но это требует, как мы уже видели, обязательного расширения полосы частот канала в десятки раз, а диапазон этих дальнобойных волн уже и так сильно перегружен. Вы это прекрасно знаете. На каждой десятой доле миллиметра шкалы коротковолнового приемника «сидят» радиостанции и зачастую по нескольку штук на одной частоте или очень близких частотах. Раздельный их прием часто не удается. Поэтому переход на шумоподобные сигналы в этом диапазоне делается только в особо ответственных системах и зачастую на очень короткое время.
Таким образом, построить глобальную или хотя бы дальнюю систему связи в диапазоне коротких волн с большим потоком информации – например телевизионную – и с высокой достоверностью абсолютно невозможно.
– Но ведь есть еще один тип волн, который огибает земной шар и может решить проблему. Это длинные и сверхдлинные волны.
– Эти волны, по законам дифракции, действительно следуют за кривизной Земли. Но частотный диапазон этих волн значительно меньше даже КВ диапазона. В нем нельзя разместить один (только один!) телевизионный канал. Поэтому длинные волны используются для передачи малоинформативных навигационных импульсов и длительных телеграфных посылок. Интересной их особенностью является слабое затухание в толще земли или воды. Например, самолет, используя эти волны, может держать связь с погруженной подводной лодкой. Но для уверенной связи ему придется иметь антенну, по размерам близкую к длине волны, протяженностью в... сотни метров. Для этого самолет выбрасывает шлейф такой длины.
О лазерном луче мы уже говорили. Он может преодолеть миллиарды километров в космосе, если не встретит препятствий, например пылевидного облака, но не может преодолеть линию горизонта. Кроме того, атмосфера делает такую связь неустойчивой.
Вот мы и перебрали все виды радиоволн. Убедились, что их характер не позволял создать надежные локальные (для стран с большой территорией) и тем более глобальные системы связи. Так дело обстояло до середины пятидесятых годов текущего столетия.
Эта мрачная, тупиковая ситуация принципиально изменилась в связи с запуском в Советском Союзе первого искусственного спутника (ИСЗ) нашей планеты. Человеку наконец удалось разорвать цепи тяготения. Создано искусственное тело, которое вопреки тысячелетнему опыту человека, будучи брошено в небо, не падает тут же обратно!
Даже воображение лучших фантастов мира не смогло предугадать, какие земные задачи сможет решить ИСЗ. Одна из них – это возможность построения локальных и глобальных систем связи с огромным числом каналов. Ведь ИСЗ может быть отличным ретранслятором сигналов! Но каким ретранслятором! Поднятым над поверхностью Земли на сотни и тысячи километров.
Из других задач назовем разведку полезных ископаемых с помощью ИСЗ. Фотографируя планету в разных диапазонах видимого и невидимого световых спектров, можно обнаружить или предсказать залежи полезных ископаемых без предварительного бурения коры.
К чему же мы пришли? Фантасты будоражат мысль, подталкивают на решение смелых, грандиозных задач. Решая эти задачи, люди делают новые открытия, которые и не снились фантастам. Такова диалектика научного и технического прогресса.
ИСЗ могут быть запущены по разным орбитам. Советский связной спутник «Молния» выполняет свои функции, двигаясь по вытянутой эллиптической орбите. Она расположена так, что ИСЗ виден одновременно почти во всех точках территории Советского Союза в течение десятка часов. Вот и получается «башня», правда, движущаяся, которая может всем слать сигналы. Ей надо, конечно, предварительно сообщить, что надо ретранслировать. Для этого используется остронаправленный канал связи «Земля – ИСЗ». «Башня» принимает этот сигнал, усиливает его и затем облучает им. всю или почти всю видимую со спутника территорию. Так осуществляется радио- и телевизионное вещание. Наземные станции «Орбита», разбросанные почти по всей территории Союза и в ряде других стран, принимают эти сигналы и передают их по местной сети.
Поскольку наша «башня» подвижная, то жестко фиксированная на ней антенна не годится. Антенна должна быть умной и смотреть все время только на Землю. Солнечные батареи, питающие ретранслятор, должны все время быть ориентированы на Солнце. Эти две задачи решает система ориентации на спутнике.
Но можно запустить спутник, который будет неподвижно стоять над выбранной точкой земной поверхности. Положение антенн у него может быть фиксировано. Спутник только кажется неподвижным. На самом деле он пробегает тот же угол, что и мы вместе с Землей, на которой стоим, наблюдая его. Есть только одна-единственная орбита для такого, названного стационарным, спутника. Любопытно, что она была предсказана теоретиками задолго до прорыва в космос. Эксперименты блестяще подтвердили теорию. Стационарные спутники запущены в США и Советском Союзе. Уникальная орбита таких ИСЗ расположена в экваториальной плоскости и является окружностью с радиусом округленно 36 тысяч километров. Вот это башня! Но и она, естественно, не может охватить своим антенным оком всю поверхность. Для создания глобальной системы связи нужны по крайней мере три таких равноудаленных ИСЗ на этой орбите. И конечно, система связи между этими стационарными спутниками.
Подведем итоги. Небольшой металлический шарик диаметром чуть больше полуметра с четырьмя торчащими антеннами, первый в мире ИСЗ, открыл эру деятельности человека в космосе. Сегодня мы уже пользуемся многими плодами этой деятельности. Одна из решенных задач: преодолено «упрямство» радиоволн, способных транспортировать огромные потоки информации. С помощью ИСЗ их заставили нести груз информации в любую точку планеты.
На базе уже действующих локальных систем связи с ретрансляцией через ИСЗ, несомненно, скоро будет создана глобальная система связи.
В Советском Союзе идет интенсивная разработка единой автоматизированной системы связи (ЕАСС), которая должна обеспечить передачу любой информации между любыми пунктами страны. В этой системе значительная часть информации будет передаваться через ИСЗ, особенно на большие расстояния.
Трудности в создании ЕАСС связаны с необходимостью объединить существующие и вновь создаваемые телеграфные, телефонные, фототелеграфные и телевизионные каналы связи в единую систему. При этом надо учесть, что в ближайшем будущем основными потребителями информации станут вычислительные и управляющие центры. Эта информация будет в основном дискретной, то есть состоять из посылок типа ДА-НЕТ и им подобным (об этом в следующем разделе).
Как мы видели, такой способ связи является универсальным, позволяющим не только передавать любую информацию, но и надежно защитить ее от помех.
Таким образом, использование дискретных сигналов, в первую очередь посылок ДА-НЕТ, позволяет унифицировать передачу любой информации и осуществить техническое единство системы ЕАСС.



К эре ЭВМ и роботов
ЭВМ считает
Сегодня почти все знают, что такое электронная вычислительная машина (ЭВМ), вычислительный центр, автоматизированная система управления (АСУ). Эта техника, эти понятия, эти слова как вихрь ворвались в нашу жизнь, уже многое изменили в ней и еще больше изменят в ближайшем будущем.
Разве не чудо, когда ученик первого класса вместо счета на палочках, как это делали мы, берет карманную ЭВМ и на ней мгновенно решает свои задачи?
Разве можно оторвать взгляд от женской руки, которая грациозно и с удивительной скоростью, не доступной мужчинам, порхает по клавишам ЭВМ и быстро решает для вас уравнение?
Разве можно было предположить несколько десятилетий тому назад, что над нашей планетой будут летать обитаемые космические корабли, а ЭВМ будет с поразительной точностью не только сближать их, но и проводить их стыковку?
Структура ЭВМ любой сложности сводится к простой схеме, состоящей из устройств: ввода и вывода информации, памяти (оперативной и постоянной), арифметического устройства и управляющего устройства. Два последних образуют так называемый процессор. Без управляющего устройства немыслима работа ЭВМ. Это дирижер всего вычислительного оркестра. Только по взмаху его палочки цифры запоминаются, передаются в другие блоки, над ними совершаются математические операции, и результаты поступают на выход.
Но у дирижера всегда перед глазами партитура, определяющая вдохновенный полет палочки. Однако степеньэтого вдохновения зависит от тысячи обстоятельств: состояния духа и здоровья дирижера, слаженности оркестра, реакции публики, последнего разговор а с директором театра, от того, что жмут новые ботинки.
К счастью, у ЭВМ этого нет. Ее действия абсолютно точно определены заданным алгоритмом работы. В наши дни слово «алгоритм» стало очень популярным, иногда даже слишком.
На днях я пришел к приятелю-математику, но не застал его дома. На вопрос, где он, жена ответила: «Пользуясь элементарным алгоритмом, легко его найдете: опуститесь на один этаж, войдете в лоджию, по пожарной лестнице поднимитесь на крышу. Он там, вдали от телефона и телевизора, работает и загорает».
Слово «алгоритм» возникло в результате искажения имени великого узбекского математика IX века Хорезми (по-арабски – аль Форезми, что означает «из Хорезма», или латинизированное Algorithmi. Разработанные им правила действий над числами стали называть в Европе сначала «алгоризм», а потом «алгоритм». Таким образом, слово АЛГОРИТМ стало нерукотворным памятником математику из древнего Хорезма, который возвышается более 1000 лет!
В современном понятии алгоритм есть свод точных правил для решения той или иной задачи. Он разрабатывается математиками и может быть, например, расписан по шагам на бумаге.
– Но ведь ЭВМ пока не настолько умна, чтобы читать это предписание и по нему управлять вычислениями.
– К сожалению, это так. Поэтому по алгоритму составляется программа действий ЭВМ для решения задачи.
При этом надо помнить, что разные типы ЭВМ, как и люди разных стран, «разговаривают» на разных языках. Это искусственные языки, созданные математиками, удобные для общения между отдельными блоками ЭВМ.
В конечном итоге программа – это последовательность команд, каждая из которых есть число. Но не просто число! Пусть, например, очередная команда имеет вид 02699920. Для нас это просто два миллиона шестьсот девяносто девять тысяч с мелочью, да еще непонятный ноль впереди. А ЭВМ, на языке которой записана команда, мгновенно поймет: надо выполнить операцию умножения (ее код 02), для этого взять из ячейки память №69 одно число, из ячейки №99 – второе, а результат перемножения этих чисел отправить для запоминания в ячейку №20. Команда предельно краткая, абсолютно четкая, не допускает разных толкований (в отличие от большинства словесных команд, указаний, советов).
– Значит, ЭВМ должна всегда работать без всяких ошибок?
– Только при одном условии; все команды правильно набраны, не исказились в цепях передачи информации между элементами и блоками ЭВМ, правильно восприняты и исполнены.
По сотням и даже тысячам проводов в ЭВМ бегут наши знакомые труженики – посылки ДА-НЕТ. Они сообщают команды, переносят информацию из ячеек памяти в арифметическое устройство, результат вычислений заносят в другую ячейку и т.д. Приключения с ДА-НЕТ в системах связи мы уже разбирали. В ЭВМ их бытие тоже не безмятежно. Зарегистрирован, например, такой случай. В новом роскошном театре управление сценой по ходу спектакля было полностью доверено ЭВМ. На одном из представлений зрители были ошеломлены: занавес начал то подниматься, то опускаться, сцена – вращаться то по часовой стрелке, то против, декорации непрерывно двигаться...
Все это делали помехи, излучавшиеся рентгеновским аппаратом в соседней клинике.
Особенно опасны помехи для ЭВМ коллективного пользования, когда абоненты удалены от вычислительного центра. В этом случае ввод программ и исходных данных, вывод результатов осуществляются абонентом дистанционно с помощью канала связи того или иного типа. Часто для этого используются телефонные линии. Кроме того, наиболее эффективное использование ЭВМ реализуется при объединении ряда вычислительных центров в единую сеть. Соединяющим звеном опять-таки могут быть только системы связи. Сети вычислительных центров уже успешно действуют в ряде стран, в том числе и в Советском Союзе. Дальнейшее развитие сетей вычислительных центров в СССР приведет к созданию государственной сети вычислительных центров (ГСВЦ), расположенных по всей территории нашей страны, связанных общегосударственной системой передачи данных (ОГПД).
Таким образом, идет интенсивный процесс объединения ЭВМ и систем связи. Очень остроумно его охарактеризовал известный ученый Р. Фано: «Брак между электронными машинами и средствами связи свершился. Свадьба сыграна, медовый месяц позади, а супруги стали все больше ощущать, как сильно они стали зависеть друг от друга».
И надо отметить, что брак счастливый – любовь взаимная.
– Без систем связи просто невозможно создать сети вычислительных центров. Тут все ясно. А чем же вызваны ответные «нежные чувства» систем связи к ЭВМ?
– Новым эффективным вооружением в борьбе с помехами.
– Как это? Вместо приемника использовать ЭВМ?
– Так не получится. Ведь у ЭВМ нет антенн, нет частотных фильтров, усилителей, детекторов Но вот подключение ЭВМ к приемнику для обнаружения и выделения сигнала в шумах дает прекрасные результаты. Особенно это заметно при шумах, сравнимых с сигналом или даже превышающих его.
Стремительное развитие в последние десятилетия теории передачи сигналов по системам связи породило много новых сложных видов сигналов и, самое главное, много новых сложных алгоритмов их приема.
Эти правила приема часто включают математические операции, которые типичны для ЭВМ: задержку сигналов, их перемножение и деление, интегрирование и дифференцирование и т.д.
Нередки случаи, когда в системах связи к приемнику просто подключают ЭВМ для совместной работы. Например, для приема очень слабого, буквально тонущего в шумах сигнала от удаленного космического корабля. Ведь на таком корабле мощность передатчика порядка мощности комнатной электрической лампочки, диаметр бортовой антенны измеряется только несколькими метрами, а расстояние до приемника – десятки и сотни миллионов километров.
Не легче дело обстоит при связи между подводными объектами с помощью гидроакустических сигналов. Вместо одного посланного сигнала на вход приемника приходит их множество, но сдвинутых во времени и по-разному искаженных.
– Это результат морского эха?
– Точнее, это результат многолучевого распространения волн. Дополнительные сигналы возникают из-за отражения посланного сигнала от поверхности моря, от дна, от неоднородностей водной среды, от случившегося на пути дельфина. К этому еще надо добавить вездесущие шумы – от самих объектов, от волнения моря, от «разговоров» между обитателями водной стихии. Кстати заметим, что клятва «Буду нем как рыба!» мало к чему обязывает. Оказалось, что рыбы не в меньшей степени любят сотрясать воду звуками, чем человек воздух. Это сигналы о наличии пищи, об опасности, о направлении движения и особые звуки, издаваемые самками и самцами во время нереста. Были случаи, когда эти звуки создавали ложную тревогу в гидроакустических локаторах и даже взрывали морские мины с гидроакустическими взрывателями.
Вот в подобных условиях большую помощь в отделении истинного «алмаза» (сигнала) от всяческих его подделок (ложные сигналы) могут оказать ЭВМ. Конечно, использовать универсальную ЭВМ только для одной частотной задачи – селекции сигнала в шумах – экономически очень нерационально. Да и габариты ее и потребляемая энергия могут быть слишком велики. Поэтому для систем связи целесообразно использовать малогабаритные специализированные ЭВМ, решающие только одну задачу (но по разным программам при изменении формы сигналов и характера помех). Для этого очень подходят малогабаритные устройства на больших интегральных схемах (БИС), так называемые микропроцессоры. Они выполняются на одном кристалле. В одном спичечном коробке может уместиться до десяти микропроцессоров. Память для хранения программы образуется на том же кристалле. Легко изменяя программу микропроцессора, можно изменять алгоритм обработки сигнала, атакованного помехами.
Кстати, в Японии начат экспериментальный выпуск цветных телевизоров, где встроен микропроцессор. Кроме обеспечения оптимальной обработки телевизионного сигала, он выполняет дополнительные функции. В частности, настройку приемника по окончании его сборки на конвейере выполняет не оператор, а этот же микропроцессор.
– Но ведь на каждом вычислительном центре сети используются ЭВМ. Они и могут оптимально обрабатывать сигнал.
– Речь у нас шла об обработке сигнала только в системах передачи информации. В случае вычислительных сетей и управления ЭВМ с удаленных терминалов, конечно, сражение» с помехами в выходной части приемника может вести та же ЭВМ.
– Наверное, промышленность уже изготовляет ЭВМ, в которой один из ее блоков и является приемником?
– К сожалению, пока нет. Препятствуют межведомственные барьеры. Они будут преодолены.
Итак, ЭВМ и системы связи взаимно обогатили друг друга, и появился могучий симбиоз: ЭВМ плюс система связи.
Но за все надо платить: появилась возможность проникать помехам не только в приемники, но и в ЭВМ. Простейший пример. С терминала или другого вычислительного центра сообщается ЭВМ номер ячейки памяти, из которой надо взять число. Допустим, это номер 25. Переходя к нашим ДА-НЕТ, то есть в двоичную систему счисления, получаем такую его запись ДА НЕТ НЕТ ДА ДА или 10011. Пусть под действием помех в канале связи последнее ДА (только одно!) превратилось в НЕТ: 10010. ЭВМ, следуя искаженной команде, возьмет число не из 25-й, а из 9-й ячейки! Последствия комментариев не требуют.
Так будет, если наши ДА-НЕТ, несущие информацию, не сопровождаются смелыми д'Артаньянами, Атосами, Портосами и Арамисами, их защищающими. Мы уже это разбирали. Такие защитники могут быть созданы за счет дополнительных ДА-НЕТ, не несущих информации.
Совместное использование ЭВМ и систем связи выдвинуло новые высокие требования к последним. Допустимы очень редкие искажения посылок ДА-НЕТ, несущих информацию. Например, одна на миллион, а в особо ответственных случаях даже на миллиард переданных посылок!
Вот почему тысячи талантливых математиков, физиков, инженеров продолжают увлеченно работать во всем мире над, казалось бы, простой задачей – как защитить ДА-НЕТ от помех возможно меньшим числом мушкетеров. Ведь, чем больше «штат» этой охраны, тем медленнее передача или тем более широкую полосу частот она занимает.
Вернемся к ЭВМ. Очень важным параметром ЭВМ является емкость ее памяти. Обычно ее измеряют не битами, а более крупными единицами – байтами. Один байт содержит восемь бит. Машина оперирует этими восемью битами как единым словом, единым пакетом. И этот пакет, если каждый из его элементов может принимать только два значения 0 и 1, может образовать, как мы уже знаем, 256 команд (28).
– Какая же емкость памяти современных ЭВМ?
– Для решения простых задач достаточна память в тысячи или десятки тысяч байт. Самые богатые памятью современные машины, решающие сложные задачи, обладают памятью в миллионы байт.
Представим себе, что ЭВМ управляет стыковкой двух космических кораблей. По оптическим и радиоканалам она непрерывно получает информацию о положении объектов, их скорости, ускорении. Эти данные записываются в память, над ними совершаются математические операции и вырабатываются команды управления кораблями.
Требуется колоссальная точность стыковки. Времени на вычисления мало. Если ЭВМ не успеет сделать вычисления и подать нужные команды, то может произойти катастрофа. Такую задачу надо поручить только очень быстродействующей машине.
Быстродействие обычно измеряют средним количеством операций, выполняемых процессором в секунду. Типовые быстродействующие ЭВМ работают со скоростью от 100 000 до одного миллиона операций в секунду. Это, конечно, не предел. Электроника наших дней позволяет увеличить эту скорость в сотни раз.
– Что делать, если возникла задача, не решаемая современными ЭВМ из-за малой памяти и медленности операций? Ждать, когда появятся лучшие ЭВМ?
– Нет. Часто можно прибегнуть к параллельной работе нескольких ЭВМ.
– Если память и скорость достаточны, то, выходит, можно решать любую задачу?
– К сожалению, нет. Для многих задач алгоритм их решения не найден. Машина не может решить задачу, не получив информацию о том, как ее надо решать. Допустим, мы одновременно перед опытным изобретателем и ЭВМ ставим такую задачу: придумать новый тип колес, на которых экипаж мог бы двигаться не только вперед-назад, но и вправо-влево. ЭВМ будет требовать у вас алгоритм решения этой задачи. У вас его нет. А изобретатель может его найти.
– Вы уверены, что у этой задачи есть решение?
– Абсолютно. Патент на такое «сверхколесо» недавно получен Д. Блумричем (США). Тысячи лет существовало плоское колесо. Иначе оно и не мыслилось. Но изобретатель заменил обод колеса шестью цилиндрическими сегментами. Каждый из них соединен рычагами с осью так, что может самостоятельно двигаться и тормозить. Сегменты могут находиться в разных плоскостях. Колесо утратило плоскую форму. Экипаж на таких колесах не только решает поставленную задачу, но и может вращаться на месте в любую сторону, двигаться под любым углом и т.д.
Вторжение электроники фантастически повысило скорость счета вычислительных машин. Достойный пример перехода количества в новое качество. Наука и техника все больше сталкиваются со сложными системами, расчет которых требует учета сотен и тысяч переменных величин. Решение их «вручную» практически невозможно: необходимы годы труда больших коллективов. ЭВМ решает их в считанные часы.
Если все население земного шара посадить за расчеты, предварительно обучив его технике вычислений, то оно не сделает и сотой доли расчетов, которые сегодня выполняют ЭВМ.
Заглянем на минуту в научную лабораторию. Идет сложный эксперимент. Но не видно людей с блокнотами, которые, не отрывая глаз от приборов, что-то быстро записывают. Все это без суеты делает тут же расположенная ЭВМ. Она не только регистрирует ход эксперимента, но и обрабатывает данные, чертит графики зависимостей, выводит часть данных на дисплей, сигналит о недопустимых отклонениях...
Несколько слов о дисплее. Это приставка к ЭВМ для визуального отображения алфавитной, цифровой и графической информации на экране электронно-лучевой трубки. Изображение на экране дисплея «вырисовывается» с помощью тонкого электронного пучка, управляемого часто разверткой, аналогичной развертке в телевизионных приемниках. На дисплее можно наблюдать вводимые данные, результаты расчета и даже промежуточные вычисления. Например, ЭВМ ищет оптимальную форму крыла сверхзвукового самолета, перебирая разные варианты. На дисплее можно видеть очертания крыла каждого варианта.
Для редакторской работы дисплей – истинный клад! Текст воспроизводится на экране. Редактор уже работает не авторучкой, а управляет световым пером дисплея. Им можно зачеркнуть часть текста, можно сделать вставку любой длины, раздвинуть или сблизить слова... При этом перебора текста не требуется! Окончательный вариант текста из памяти ЭВМ может передаваться непосредственно в наборную машину.
ЭВМ управляет
Норберт Винер – отец кибернетики – задал себе, казалось бы, рядовой вопрос: «Зачем нужна вся та информация, которая непрерывно передается по всевозможным каналам связи в живых организмах, в сообществах разумных (и неразумных) существ и в созданных человеком технических системах?»
Углубленное исследование этого вопроса и привело к возникновению новой науки – кибернетики. Ответ на вопрос оказался чрезвычайно прост: информация нужна для управления! Оказалось, что системы управления в машинах, живых организмах, в сообществах разумных и даже неразумных существ очень похожи. Все эти системы управления можно привести к единой схеме. Она состоит из двух блоков с двумя информационными связями между ними. Первый блок – это управляющая система связи. Она посылает по прямой связи команды второму блоку, управляемому объекту. Но грош цена тому командиру, начальнику или регулятору, который не знает состояния управляемого объекта и результатов выполнения его команд. Вот эту важнейшую задачу решает вторая связь между блоками. Ее называют обратной. Без этой обратной связи немыслимо хорошее управление, немыслимо эффективное достижение цели управляемой системой. Таким образом, основой любой системы управления является передача информации. Ее осуществляют все те же труженики – биты.
Известен афоризм «Уметь управлять – это уметь выбирать». И это действительно так. Представим себе, что идет сражение. На командный пункт почти непрерывно поступают сведения о ходе боя. Как выбрать правильную команду своим войскам? Хорошо бы тут же просчитать разные варианты действий, но на это нет времени. Остается положиться на интуицию и опыт. И вот тут быстродействующая ЭВМ часто могла бы сделать выбор, мгновенно просчитав варианты и указав лучший. Аналогичная ситуация имеет место, во многих системах регулирования.
На базе этой простой схемы из двух блоков и двух связей между ними уже построены тысячи систем автоматического управления. Часто мы их не замечаем. Прохладный свежий воздух в кинотеатре обеспечивается такой системой. Хлеб, который мы едим, испечен на заводе-автомате. Посадку самолета в туман и дождь обеспечивает самолетная система автоматического управления с бортовой ЭВМ. Эта же ЭВМ может управлять подачей топлива в самолетный двигатель и обеспечивать наиболее эффективную его работу, например достичь максимальной дальности полета при заданном количестве топлива.
В системах такого типа все доверено технике. Человек только наблюдает за ее исправностью, играет роль весьма квалифицированного, но все же «смазчика».
Однако во многих случаях еще не удается полностью доверить управление сложными процессами автоматам. Тогда в нашей принципиальной схеме, в блоке управления, появляется человек. В такой уже не автоматической, а только автоматизированной системе ЭВМ играет вспомогательную роль – накапливает и обрабатывает информацию, командует отдельными элементами. Управление же главными показателями и системой в целом осуществляет человек.
Создание таких гибридных систем, где одним из звеньев, хотя и самым главным, является человек, выдвинуло новые проблемы – это взаимодействие человека и автомата, язык их общения, распределение функций, гармоничное сочетание.
И здесь надо признаться, что венец творения природы, гомо сапиенс, часто может быть самым «узким» звеном системы. Например, скорость реакции человека с момента поступления информации звуковым или световым сигналом в лучшем случае составляет 0,1...0,3 секунды. Автомат может работать в сотни раз быстрее.
А ошибки? Автомат, если он «здоров», ошибок принципиально не делает! Оператор даже в полном здравии может совершать ошибки.
Но нельзя и не похвалить человека. Он может легко схватывать задачу в целом, интуитивно найти правильное решение, опираясь на свой опыт, может учиться на ошибках.
Заглянем на минуточку в мартеновский цех и посмотрим, как работает автоматизированная система управления плавкой. Плавку ведет ЭВМ по программе. Она длится почти 12 часов.
Информация о ходе процесса непрерывно поступает на пульт сталевара. Периодически делаются химические анализы проб металла и шлака в лаборатории, и эти данные вводятся в ЭВМ. Последняя рассчитывает необходимое количество добавок (присадок) и тепловой режим печи для получения стали заданной марки. Эта информация в виде совета поступает на пульт сталевара. Если ведущий плавку согласен с советом, то он нажимом кнопки ее реализует. Если нет, то сталевар может внести в совет коррекцию. После завершения плавки ЭВМ управляет ее выпуском и разливом.
На наших предприятиях уже действуют тысячи автоматических и автоматизированных систем, тысячи ЭВМ обрабатывают информацию, тысячи каналов связи сообщают их команды и советы. Но это лишь первые шаги. Эти системы придут на каждое рабочее место, на всех уровнях производства, обучения, управления и научных исследований в государстве. Это резко повысит производительность труда, эффективность управления и творческий потенциал.
Теперь поговорим о другом феномене XX века – роботах. Ведь практическая реализация этих помощников человека стала возможной только благодаря появлению ЭВМ.
Руку, товарищ!
Процесс эволюции на нашей планете от малой клетки до разумного существа был очень длительным и растянулся на миллиарды лет.
Первое, что поражает в роботах, – это невероятный темп их эволюции. Судите сами. От «существ», которые не видят, не слышат, почти ничего не чувствуют и, конечно, совсем не мыслят, до слышащих, видящих, осязающих и уже начинающих принимать самостоятельные решения, они эволюционировали всего лишь за несколько десятков лет! Даже если учесть всю предысторию этих существ, то и тогда время их эволюции составит сущую мелочь – несколько столетий.
Они уже насчитывают целых три поколения. Точнее, три принципиально различных поколения. В отличие от. поколений людей, которые сменяют друг друга, уходя навсегда в Лету, все три поколения роботов существуют одновременно. Срок жизни их поколений физически не ограничен.
– А разве детали робота не изнашиваются?
– Конечно, изнашиваются. Но во-первых, в отличие от живых существ любой износившийся орган робота легко заменить запчастью, а, во-вторых, можно просто взять со склада новый экземпляр робота этого же поколения.
Роботу угрожает только моральная гибель, устарение заложенных принципов. Иногда и у людей моральная гибель обгоняет физическую.
– Чем же принципиально различаются эти три поколения роботов?
– Числом действий, свойственных человеку. Чем их больше, тем совершеннее он. Исключая, конечно, такие негативные свойства, как пьянство, курение, лень, карьеризм, тщеславие... Они принципиально не свойственны роботам. Хотя фантасты, творя роботов по образу и подобию человека, часто приписывают им некоторые из этих качеств.
«Человеческие черты» робота, в свою очередь, определяются количеством информации, воспринимаемой им из окружающего мира, и совершенством методов или алгоритмов, с помощью которых он ее обрабатывает.
Дайте роботу богатую информацию об окружающем мире и совершенный алгоритм ее обработки, и он будет творить чудеса!
– Даже больше, чем может гомо сапиенс?
– Норберт Винер сформулировал этот вопрос так: может ли робот превзойти своего творца? И дал однозначный ответ: принципиально может!
Чтобы быть справедливым к роботам, надо честно признаться, что уже сегодня по ряду показателей робот обставил человека.
Он может быть физически сильнее человека, может быстрее и точнее выполнить некоторые операции, иметь любое число ног и рук, быстрее и точнее вычислять, не терять присутствия духа в опасной ситуации, не бояться огня, выходить без кислородного аппарата в космос...
Что же касается интеллекта уже созданных роботов, то тут успехи пока не столь велики. И дальнейшее продвижение снова и снова приводит к знаменитой фразе Сократа: «Познай самого себя».
Человек проник в глубины истории Вселенной, охватил взглядом, усиленным оптическими и радиотелескопами, космические дали на расстоянии десятков миллиардов световых лет, проник в микромир, но до сих пор не может расшифровать в деталях процессы обработки информации своим мозгом. До сих пор мы плохо знаем, как человек узнает знакомое лицо из тысячи других, как делает открытия и изобретения, как играет в шахматы, как творит музыку и песни... По мере проникновения в эти тайны из тайн интеллект роботов будет расти. Неизбежно настанет время, когда «цивилизация роботов» интеллектуально почти вплотную сблизится с цивилизацией людей.
А что же дальше? Эволюция роботов не остановится. Она будет продолжаться. Ведь человеческий мозг не предел совершенства. Он в силу своего природного предназначения имеет и свои ограничения. Искусственный интеллект не имеет таких ограничений ни по габаритам, ни по быстродействию, ни по возможным алгоритмам работы.
Что же касается «органов чувств», то есть восприятия информации из окружающего мира, то робот превзойдет не только человека, но и все живое, вместе взятое. Он может иметь нюх, лучший, чем у собаки, видеть в темноте лучше летучей мыши, ощущать присутствие газа в атмосфере, как некоторые птицы, ощущать приближение землетрясения, как некоторые растения, не говоря уже о чувствительности ко всему спектру электромагнитных колебаний, магнитному и электрическому полю, элементарным частицам и т.д.
– Не попадет ли человек в зависимость или даже в рабство к своему детищу – «роботоцивилизации»?
– Казалось бы, вопрос лишен смысла. Ведь достаточно выключить рубильник питания у робота, и он... Значит, надо только человеку не забыть сохранить власть над рубильником.
Но это не совсем так. По мере совершенствования вычислительных машин, систем автоматического управления и робототехники управление сложными, разветвленными системами – экономикой, промышленностью, обучением, научными исследованиями – все больше будет переходить от человека к этим его детищам. Человек неизбежно станет в некоторую зависимость от этих систем. На Западе иногда представляют ситуацию далекого будущего, когда «выключение рубильников» может привести к хаосу в нашей цивилизации. Роботы того периода, вероятно, превзойдут самого Сократа в ведении диалога с человеком. Они смогут убедить человека не рисковать, не выключать их.
– Где же выход? Неужели будущее человечества столь печально – машинное рабство?
– На этот вопрос дает ответ пионер кибернетики Норберт Винер. Человек избежит рабства, если не будет почивать на лаврах, любуясь совершенством созданных им «существ» с искусственным интеллектом, а будет преодолевать ограниченность своего разума во вдохновенном соревновании с искусственным интеллектом.
Никакой озабоченности по этому поводу не высказывал академик И.И. Артоболевский. Он писал: «...я не сомневаюсь, что развитие и самое широкое распространение устройств с искусственным интеллектом приведет не к порабощению человека машиной и превращению его в машинного слугу, а, напротив, к невиданному расцвету человеческой личности, вся жизнь которой будет подчинена творчеству по законам красоты. И самыми верными и незаменимыми помощниками будут роботы, знаменующие своим появлением очередной успех человека в овладении законами природы».
Теперь давайте вместе совершим прогулку по уже пройденным путям эволюции роботов. Начнем с их предыстории.
Механический человек
Первых предшественников роботов можно увидеть только в музеях. Заглянем, например, в Венский технический музей. Обращает внимание на себя человекоподобная фигура, сидящая на железном шаре. Это механический писец. Он может писать на бумаге буквы. Одну, две? Нет, целое сочинение из 79 букв! Этот механический человек был создан двести лет назад венским механиком Кнауссом. Управляет писцом вращающийся барабан. На нем с помощью выступающих шпилек записана программа всех его движений. Это и была вся скудная информация, питавшая его.
Еще более удивительную игрушку можно увидеть в Музее изящных искусств швейцарского города Невшателя. За физгармонией сидит девушка. Вот она опускает пальцы на клавиши и начинает играть. Мы слышим приятную мелодию. Голова девушки покачивается в такт музыке, грудь поднимается и опускается. Это чудо, поразившее европейцев, было сотворено швейцарским часовщиком Пьером Дро и его сыном Анри тоже более двухсот лет тому назад.
Испанская инквизиция уже тогда осознала, что создание человекоподобных машин подтачивает идею бога. При демонстрации музыкальной девушки в Испании Пьер Дро был схвачен инквизицией, посажен в тюрьму по обвинению в колдовстве, а автомат конфискован. Сегодня духовенство частично смирилось с идеей «искусственного интеллекта» и использует ЭВМ, лазерную технику и даже голографию.
Подобные писцу и музыкантше игрушки получили название андроидов (человекоподобных). Даже сегодня поражает и смелость, и мастерство их творцов. Они первые начали создавать примитивные механические копии самого сложного, что есть в Природе.
В последующие столетия андроиды были усовершенствованы. Вместо заводных часовых механизмов стали использовать электрические двигатели. Затем андроиды заговорили. Для этого использовалась предварительная запись нескольких слов и фраз.
Механический человек двигался, выполнял сложные операции. Создавалась даже иллюзия разумного существа. Но эти смельчаки – их творцы – пытались обогнать науку и технику своего времени на добрых полтора столетия. Только развитие кибернетики, появление ЭВМ, успехи электроники создали возможности для превращения средневековой иллюзии в реальное небиологическое существо, наделенное элементами разума.
Но андроиды создавались и создаются и в нашем XX веке. Так, посетители выставки в Чикаго «Столетие прогресса» (1933) могли прослушать лекцию андроида о пищеварении. Техническим средством на лекции являлось собственное тело робота. По ходу лекции он раздвигал одежду и высвечивал свои внутренности, по которым двигалась пища. Да и сегодня в любом магазине детских игрушек вы обязательно найдете варианты андроидов: говорящие куклы, шагающий робот, кувыркающийся клоун...
Манипуляторы или полуроботы
Приставка «полу» подсказывает нам, что самостоятельно полуроботы действовать не могут. Они предназначены в помощь человеку-оператору. Типичный пример полуробота – удлинители и усилители человеческой руки. Но такие, что позволяют работать человеку в атомном реакторе, в доменной печи, в открытом космосе, на дне океана. Эти устройства не только удлиняют конечности, но и могут увеличивать их силу в десятки раз и, самое главное, защищают оператора от вредного действия среды.
Остроумно устроены так называемые копирующие манипуляторы. Их исполнительный механизм, то есть захват, напоминающий человеческую руку, в точности повторяет движения кистей рук и пальцев оператора.
Когда я первый раз управлял таким манипулятором и увидел на экране телекамеры свои огромные железные ручищи, которые послушно выполняли все мои движения, то проникся уважением к полуроботам.
Когда смотришь в театре Сергея Образцова, например «Необыкновенный концерт», то временами забываешь, что артисты склеены из картона, дерева, материи. Настолько они динамичны, настолько наделены человеческими пороками и слабостями, настолько они похожи на нас. Мне особенно импонирует конферансье в этом концерте. Он создает прекрасный гротеск на тех, у кого перемешались тщеславие и скромность, остроумие и тупоумие, знание и невежество. И только когда 3. Гердт появляется на сцене в конце спектакля со своей куклой-конферансье на руках и все видят рычаги ее управления, то становится понятно, что вел концерт типичный полуробот.
Не подумайте, что удлинение рук оператора чем-то ограничено. Оператор на планете Земля успешно управлял движением автомата, двигающегося по поверхности своего вечного спутника Луны. Удлинителями рук были узкие пучки радиоволн. Обратный пучок радиоволн передавал оператору лунный пейзаж вблизи Лунохода и позволял оценивать выполнение команд. Таким образом, Луноход в режиме управления оператором являлся типичным полуроботом.
Что же такое полуробот? В большинстве случаев это как бы усилитель физических возможностей человека. Удлинение и усиление его рук, увеличение дальности его зрения, защита от враждебной человеку среды. Строго говоря, это биомеханическая система, каковых сейчас уже немало. Этот усилитель может гигантски расширить возможности оператора. Но, согласитесь, он полностью лишен самостоятельности. Он полный раб воли и ума оператора. Без оператора такой инструмент бесполезен.
Без ума, без чувств
Роботы первого поколения получили название промышленных роботов.
Принципиально это те же жестко запрограммированные андроиды, но приспособленные для выполнения простых операций вместо человека. Внешне они совсем не похожи на андроидов.
Типичный пример – механическая рука, способная совершать различные движения в окружающем пространстве, имеющая захват из нескольких пальцев на конце. Движениями руки управляет программное устройство.
«Жизни» такого робота не позавидуешь. Он не слышит, не видит, не думает. Ему задана строго фиксированная программа действий, которую он выполняет. Например, молот горячей штамповки каждую минуту выбрасывает готовую деталь. Рука должна тут же ухватить ее, погрузить на три минуты в раствор для закалки и затем уложить на движущийся транспортер.
– А если механическая рука не найдет деталь на своем месте?
– Тогда полный сбой. Процесс производства нарушится. Промышленный робот может успешно работать только в своем строго фиксированном маленьком мире. Деталь, сосуд с жидкостью, транспортер – все должно быть точно на своем месте, точно в тех координатах, которые записаны в программном устройстве.
Но в реальном мире мы на каждом шагу сталкиваемся со случайными явлениями. Принципиально невозможно, например, сделать все детали абсолютно одинакового размера и располагать их абсолютно точно в фиксированном месте для захвата рукой. Всегда будет некоторый случайный разброс размеров детали и ее координат около некоторой средней величины. Движения самой механической руки тоже неизбежно имеют некоторые случайные смещения.
Если отклонения превысят допустимые пределы, то «процесс производства нарушается. Этот органический недостаток промышленных роботов на первых этапах сильно затруднял их внедрение в промышленность. Их применение часто требовало перестройки производства. Сегодня эти трудности во многих случаях преодолены. Десятки тысяч промышленных роботов, лишенных всяких человеческих чувств, успешно заменяют человека на производстве. Они выполняют отнюдь не только простейшие операции типа «взять и положить». Им уже доступны сложные операции на сборочных конвейерах, электросварка кузовов автомашин, их окраска.
У роботов первого поколения много завидных качеств. Они могут без устали работать любое число смен. Им не свойственны головные боли, стрессовые ситуации, тоска от монотонного труда... Конечно, если они «здоровы», если добросовестно выполняется их профилактика. Расходы на такого робота окупаются быстро – за пару лет. Главное преимущество современных роботов первого поколения по сравнению с другим автоматическим оборудованием – возможность быстрой перестройки их на выполнение различных производственных операций. Это осуществляется путем ввода новых программ в управляющую ЭВМ и смены рабочих инструментов.
Тысячи таких роботов уже трудятся в нашей стране. Их четкой и быстрой работой можно залюбоваться на Волжском и Камском автозаводах, на ЗИЛе и ВЭФе, на Ковровском механическом и Петродворецком часовом заводах. В ближайшие годы их армия увеличится более чем в три раза и освободит тысячи людей от тяжелого физического и однообразного труда.
Добавим чувства
Следующее, второе поколение роботов уже наделено некоторыми «чувствами». Контактные датчики на органах робота могут сигнализировать о прикосновении к детали, препятствии на пути движения, даже сообщать о развиваемой силе захвата. Это простейшая система осязания.
Микрофон может служить органом слуха. Фотоэлементы и телекамеры позволяют роботу видеть окружающий его мир.
Хуже дело обстоит с обонянием. Карикатуристы любят рисовать человека будущего, гуляющего с собакой-роботом на поводке. Такую игрушку можно сотворить уже сегодня. Но научить ее различать хотя бы десяток запахов вместо тысячи доступных собаке пока невозможно. Природа этого чувства, которым человек и собака ежеминутно пользуются вот уже миллион лет, все еще далека от полной разгадки.
А многие аспиранты и диссертанты нередко горько сетуют на свое позднее рождение, когда уже все проблемы решены!
Роботы второй формации могут даже превосходить человека в своих чувствах. Если необходимо, их можно наделить способностью обнаруживать и измерять радиоактивность, магнитное поле, давление, влажность, гравитацию, сейсмические колебания с высокой точностью.
– А есть ли надежда, что человек сможет управлять роботом с помощью мысли?
– Только при одном «небольшом» условии: если будет установлен факт передачи мысли в системе «человек – человек». Пока физический носитель таких сигналов не обнаружен и, естественно, нет приемника таких сигналов.
Итак, система искусственных органов чувств сообщит с некоторой степенью точности о текущем состоянии самого робота и окружающей среды. Для чего нужна эта информация и как она используется роботом? Эту информацию запоминает и анализирует обязательно имеющаяся у робота ЭВМ. Она может быть встроена в «тело» робота или вынесена. На основе анализа возникшей ситуации вырабатываются команды исполнительным органам робота для успешного выполнения заданной программы. В следующий момент поступает новая информация, и ЭВМ вырабатывает новые команды... Это и есть действие самого распространенного в живой природе принципа – ОБРАТНОЙ СВЯЗИ. Без нее и человек, и робот второго поколения «жить и работать» не могут.
Но робот второго поколения все же не является... интеллектуалом. Весь интеллект его, грубо говоря, сводится к выбору нужного правила управления органами робота для данной комбинации сигналов от его органов чувств. Он бессилен решить задачу, для которой нет заготовленного рецепта.
Выше мы применили робот первого поколения для погрузки поковок на транспортер. Если его заменить роботом второго поколения, то можно снять требование к точности расположения поковки в строго определенном месте. Робот сам ее находит. Кроме того, он может, например, различать поковки разного типа и отправлять их разным потребителям.
Очень эффективной оказалась совместная работа человека и его собрата – робота второго поколения.
Вот шагает по морскому дну робот. При глубоком погружении кромешную тьму рассекает его мощный прожектор. Телевизионная камера – его глаза – наблюдает картину дна и делится этой информацией с оператором на судне, который управляет движением робота. Замечен таинственный объект. Оператор переводит робота в автономный режим. Робот начинает самостоятельно обследовать находку по программе и передает оператору результаты.
Роботы второго поколения значительно сложнее и дороже программных роботов. Здесь уже недостаточно записанной программы на ленте. Нужна своя небольшая ЭВМ, часто выполняемая на микропроцессорах.
Интеллектуалы
Изрезанный скальный рельеф, напоминающий лунную поверхность. По нему уверенно движется странная шестиногая машина. Это какой-то гигантский краб, сошедший со страниц фантастического романа. Он подходит к глубокой трещине. Замирает на ее краю. Что дальше? Полет вниз и гибель? Отнюдь, нет! Этот краб зрячий. Его лазерный глаз прекрасно видит трещину. Более того, он может измерить ее ширину с необходимой точностью.
Вот над трещиной выдвигаются две передние ноги и достигают ее противоположного края. Дальше все очень просто. Смещение центра тяжести машины на передние ноги за счет наклона корпуса и перенос четырех задних ног на другую сторону трещины. Препятствие взято.
Это маленький отрывок из хроники жизни интеллектуального шагающего робота третьего поколения. Его творцы – сотрудники Института прикладной механики АН СССР и Ленинградского механического института. Робот имеет 6 степеней свободы корпуса и 18 степеней свободы ног.
По походке такого робота не узнаешь. У него много способов движения. Для каждого участка рельефа он выбирает наиболее подходящую походку, тем самым адаптируясь к местности. Для надежной устойчивости наложено ограничение – в любой момент по крайней мере три ноги должны находиться в контакте с поверхностью.
Это напоминает одну из заповедей альпиниста. При движении по сложным скалам необходимо все время иметь три точки сцепления: «нога – рука – нога» или «рука – нога – рука». При потере одной из этих трех опор еще можно удержаться на двух точках, но, к сожалению, не всегда.
Аналогию с альпинистом можно продолжить. Краб может нести на себе по сложному рельефу рюкзак весом 15 кг. Скорость при этом порядка 1 км в час.
Мозг краба пока имеет слишком большой вес и объем. Поэтому он выносной и связан с телом с помощью кабеля. В дальнейшем корпус краба украсит антенна, и обмен информацией между двумя частями организма будут осуществлять радиоволны, функции выносного мозга пока выполняет вычислительная машина БЭСМ-6.
Однако успехи в создании микро-ЭВМ и микропроцессоров позволяют совместить и мозг, и тело в единой конструкции.
Оказавшись на сложном, заранее неизвестном рельефе, например на планете Марс, наш шестиногий краб не растеряется. Он может самостоятельно выполнять заданные ему сложные двигательные задачи.
Ему необходимо задать только цель возлагаемой на него операции. Он сам спланирует свои действия. Составит оптимальную программу с помощью своей ЭВМ.
Есть даже говорящие интеллектуалы. С ними можно вести диалог. Конечно, не на языке А. Пушкина или И. Тургенева: словарь роботов пока ограничен несколькими сотнями слов. Но ведь это пока.
Теперь разрешите познакомить вас с роботом «Язон». Это детище Калифорнийского университета. Готовится к серийному производству. Ему можно поручить уборку квартиры и массу других домашних дел. Он небольшого роста – 80 см. Но вес солидный – 100 кг, из которых 80 кг приходится на его энергоблок – аккумулятор. Двигается резво: до 3 метров в секунду. Картину внешнего мира он воспринимает большим числом датчиков и ультразвуковым локатором. Язык не так уж беден – 200 слов.
А мозг? Он далеко. На вычислительном центре. «Язон» связан с ним по телефонному каналу.
– А помехи, которые так часто мешают нам говорить по телефону, не превратят «включить» в «выключить», «открыть» в «закрыть»?
– Тут выручат, как было показано, методы кодирования. Кроме того, по цепи обратной связи электронный мозг узнает, выполнил ли робот его команду. Неверно принятую команду может отменить и вновь повторить переданную.
– Я читал, что современные ЭВМ и роботы во многом базируются на идеях Ч. Бэббиджа. Кто он и что сделал?
– Это выдающийся английский математик прошлого столетия. Он придумал путь построения вычислительной машины, которая без участия человека решала бы сложные задачи. Идея его гениально проста. Надо, во-первых, сложную задачу расчленить на серию простых операций (которые уже тогда умели делать механические счетные машины). А во-вторых, строить вычислительные машины на новом принципе. Она должна состоять из четырех основных блоков. Первый блок он назвал «складом». Это регистратор и хранитель чисел. По современной терминологии – «память». Второй блок – «мельница». По терминологии Бэббиджа, она «перемалывает» числа, взятые из памяти. Сегодня – это блок, выполняющий арифметические и логические операции. Далее, самый ответственный – блок управления. Он задает последовательность всех операций, отправляет в память промежуточные результаты, подает их в нужное место и т.д. И наконец, устройство ввода и вывода данных.
Но как переносить числа из одного блока в другой? Это тоже решил Бэббидж. Транспортером должны быть... перфокарты. Не надо забывать, что все это было в середине прошлого века. Идея переноса информации с помощью электрических импульсов только зрела. Что такое перфокарта? Это память с бумажным носителем информации, но запись сделана не краской, а с помощью отверстий. Сегодня перфокарты и перфоленты широко используются для ввода и вывода информации в ЭВМ, для управления станками, телеграфными аппаратами.
Многие и не подозревают, что этот простой и удобный вид памяти родился в... ткацкой промышленности. Картонные карты с отверстиями впервые были применены для управления ткацкими станками во Франции. Это были первые станки с программным управлением. Ч. Бэббидж применил перфокарты для вычислительной техники. Он сделал много открытий и изобретений во многих областях, но «главным делом своей жизни» он считал вычислительные машины.
Около 50 лет он совершенствовал принципы их построения, конструировал элементы, строил макеты.
Идеи Ч. Бэббиджа настолько опережали свое время, что, конечно, не были полностью реализованы при его жизни.
Робот моей мечты
Приглашаю читателя сесть вместе с автором в машину... времени и отправиться в путешествие.
– Но ведь таких машин нет и, кажется, принципиально не может быть!
– Это распространенное заблуждение. Они есть! Такой «машиной» является мысль человека, его фантазия, его способность к мысленному эксперименту. В самом деле, ведь на этой машине люди то и дело снуют по оси времени и назад и вперед. На этой машине, например, люди проникли к временам, когда только зарождался разум. Есть даже удачные кинофильмы на эту тему. Смотришь, и кажется тебе, что ты не в душном кинозале, а там вместе с дриопитеками.
Итак, отправляемся в небольшую прогулку. Всего лишь в ближайшее к нам третье тысячелетие.
Цель прогулки скромна – купить домашнего робота. Вот и магазин – «РОБОТЫ: алгоритмы, обучение, настройка, продажа».
В вестибюле нас приветливо встретил робот. Вежливо преградил дорогу. Усадил в мягкие кресла и начал беседу.
Робот (Р). Для экономии вашего и нашего времени мне поручено вести предварительную беседу с покупателями. Я должен выяснить все виды деятельности, которые вы хотите поручить роботу. Позвольте задать ряд вопросов. Автор (А). Спрашивайте.
Р. Определите сферу деятельности робота: промышленность, космическое пространство, другие планеты, поверхностный слой или глубины морей и океанов, научно-исследовательские институты, транспорт, обучение и воспитание детей, обучение и воспитание взрослых, секретарь-домашняя хозяйка...
А. Вот это, последнее. Только вы сказали «хозяйка». Разве...
Р. Вас понял. Все наши роботы персонифицированны – имеют фамилию, имя, отчество – и даже... пол.
А. Разве они способны к размножению?
Р. Совсем нет. Этот признак только несколько видоизменит алгоритм работы: логика, упрямство, общительность, ловкость, сила, обидчивость, тщеславие.
А. У кого же сильней выражен последний признак?
Р. Конечно, у роботов-мужчин.
А. Кто же из них лучше для наших целей?
Р. Ответ может дать только совместная работа человека и робота. Ведь это древняя проблема людей – совместимость двух интеллектов, двух нервных систем.
А. Значит, надо покупать двух роботов?
Р. Нет. Есть последняя совмещенная модель. Поворотом ручки или по заданной вами программе можно переходить от режима «Ж» в «М», и наоборот.
А. А как же с персонификацией?
Р. Две фамилии, два имени, два отчества. Ведь нередко и в человеке появляется его альтер эго. В прошлом тысячелетии, например, таким двойником часто бывала неподкупная совесть, которая истязала человека за каждый его неблаговидный поступок.
А. Да, да. Это прекрасно обрисовал классик второго тысячелетия Федор Достоевский.
Р. Следующий вопрос. Какие виды секретарской деятельности робот должен выполнять?
А. Печатать под диктовку, перепечатывать текст, быть дополнительной памятью – запоминать все дела и напоминать о них, взять на себя большинство телефонных разговоров, помогать в работе по специальности – переводить статьи, быть картотекой всех публикаций в этой области...
Р. Назовите вашу специальность.
А. Системы передачи информации.
Р. Какие – технические или биологические?
А. Первые.
Р. Какое образование в области систем связи необходимо роботу: среднее или высшее?
А, Высшее.
Р. Понадобятся ли блоки обучения детей?
А. Обязательно. Обучение ребенка младшего школьного возраста языкам – английскому и японскому.
Р. Какой метод обучения: древний классический или игровой?
А. Конечно, второй.
Р. Есть ли возможность создать группу из двух-трех детей? Это резко повысит успехи.
А. Есть.
Р. Какие работы по дому должна выполнять «хозяйка»?
А. Побудка, уборка, приготовление пищи, «салонный разговор», для разрядки игра в шахматы, карты, танцы и игра в жмурки, ограничение числа часов, проводимых членами семьи у телевизора.
Р. Кто устанавливает нормы – вы или сам робот?
А. Это надо обсудить дома.
Р. Названный вами круг задач и ряд близких к ним может быть успешно решен нашими роботами. Теперь вы можете пройти в отдел алгоритмов для уточнения ряда деталей. Вот сводка ваших требований (он вынул ее откуда-то из боковой щели своего корпуса).
А. Сколько времени займет обучение робота по этим требованиям?
Р. В тысячу раз меньше, чем человека. Несколько дней.
А. Команды можно будет подавать голосом и письменно?
Р. Как угодно. Но вам придется всей семьей явиться сюда для настройки фильтров – анализаторов речи и фильтров – анализаторов почерка.
А. Это можно.
Р. Да, не забудьте дома обсудить и установить иерархию команд.
А. Не понимаю.
Р. Круг команд, который может подавать каждый из членов семьи, какую часть команд одного может отменять другой, и т.д.
А. Понял.
Р. Пожалуйста, сюда. Желаю успеха и хорошего душевного контакта с нашей гордостью, нашей последней моделью.








Где же сигналы из космоса?
Сумма гипотез
Столетиями фантасты населяли и продолжают населять космос разумными существами. Начиная с селенитов и марсиан, очень похожих на обитателей Земли, и кончая мыслящим океаном или разумным летающим облаком.
Не отстают от них и художники-карикатуристы. Сотни пришельцев самых разных обличий гуляют по страницам книг, журналов и газет.
Все это придало проблеме жизни и разума во Вселенной некоторый весело-фантастический колорит.
Последние десятилетия ситуация существенно изменилась. Проблема внеземных цивилизаций и установления контакта с ними появилась в планах научных исследований ряда стран. Выяснилось, что это одна из сложнейших проблем, которые когда-либо вставали перед земной наукой. Постановка ее базируется на ряде гипотез. Познакомимся с ними.
Допустим, на каком-то космическом теле возникли живые клетки вопреки отсутствию пока убедительной теории такого явления. Для их существования, дальнейшего развития и эволюции в конце концов в разумные существа необходимо сохранение некоторых обязательных условий. И они должны сохраняться не год, не тысячу, а миллионы и миллиарды лет.
Отсюда вытекает естественная гипотеза о том, что разумная жизнь может появиться на планетах только тех звезд, которые имеют спокойный, устойчивый «характер» на астрономических отрезках времени. Это так называемые звезды главной последовательности, к которым с полным правом принадлежит и наша звезда Солнце.
Но ведь одного «характера» звезды мало для возникновения и развития жизни. Ведь звезда – это огненный плазменный шар с невообразимо высокой температурой и с невообразимо сильным электромагнитным излучением, от которого окружающая среда ничем не защищена (если не считать поглощающего действия атмосферы на тех планетах, где она есть).
Следовательно, жизнь может возникнуть и развиваться, во-первых, только на планетах звезды, и, во-вторых, далеко не на всех. Вокруг каждой звезды можно обозначить так называемую зону жизни, где не слишком жарко, но и не слишком холодно для возникновения и развития жизни. Благоприятным плацдармом могут служить только планеты, находящиеся в зоне жизни звезды.
И тут встает новый фундаментальный вопрос: у многих ли звезд вообще есть планетные системы, не говоря уже о положении их орбит в зоне жизни?
Со школьной скамьи у многих перед глазами картина: светило и вокруг него вращается свита из спутников-планет. Мы к ней настолько привыкли, что, не задумываясь, считаем ее верной для любой звезды. И что это за СВЕТИЛО, у которого нет почетного экскорта планет, нет постоянной свиты?
– А разве земные могучие телескопы и радиотелескопы, гордость астрономов, наш «Ратан-600» например, не могут дать ответа на этот вопрос?
– К сожалению, не только посчитать число планет у звезды – первая, вторая, третья, – но и увидеть хотя бы самую крупную из них или просто ответить Да или Нет, есть планеты у звезд или их нет, пока невозможно.
– Даже у самых ближайших к нам?
– Даже у них. Отсутствие наблюдательных данных о планетах других звезд породило ряд гипотез. Наиболее оптимистическая предполагает, что процесс формирования нового светила из газопылевидной межзвездной среды неизбежно или почти неизбежно приводит к образованию и свиты. Наиболее пессимистическая считает образование планет крайне редким, исключительным явлением.
– Значит, если в обозримом космосе планеты возникли только у Солнца, то мы...
– Именно так. Одиноки, Но давайте примем для расчета чрезвычайно маленькую вероятность возникновения планет у звезд, например 10–8. То есть планеты возникают в среднем только у одной из ста миллионов звезд! Так как число звезд в Галактике оценивается величиной 1011, то даже в этом редчайшем случае получаем не такое уж малое число звезд с планетами: 1011·10–8 = 1000.
– Я читал, что жизнь может возникнуть и на умирающих звездах, когда внутренний реактор замрет и звезда покроется теплой корочкой, как свежеиспеченный каравай.
– Такая гипотеза есть. Хотя ее большинство ученых оспаривает. Может быть, это потому, что нам, детям Солнца, трудно себе представить зарождение и развитие жизни при полном отсутствии благодатных жизненесущих лучей звезды, в жутком мраке космоса. Живых обитателей такой угасающей звезды, если они есть, вполне можно назвать «дети тьмы».
– Но ведь и у нас есть такие «дети». Это многие обитатели больших глубин океанов, где царит кромешная тьма. У них тоже нет зрения. Оно им абсолютно не нужно. Значит, прецедент есть.
– Да, такие «дети тьмы» есть на нашей планете. Они пока мало изучены. Например, не известно, спят они или нет? Вопрос непраздный. До сих пор не известно, обязателен ли сон для живого организма или это привычка, навязанная вращением нашей планеты и отсутствием ночного освещения. Далее, эти невидящие существа зародились отнюдь не в той среде, где сейчас обитают. В процессе эволюции и адаптации к менявшейся среде обитания они уходили все глубже и глубже туда, где удалось сохранить свой вид, не погибнуть, заплатив за это потерей и солнечного света, и зрения. Вместе с тем есть гипотеза советского ученого Л. Мухина о возможности образования живых клеток в том же бульоне, о котором мы говорили, под действием подводного вулкана. Извержение такого вулкана создает в окружающей среде широкий спектр температур и давлений. Кроме того, вулкан сам становится источником таких газов, как аммиак, водород, окись углерода, метан... Однако и эта модель не исключает дальнейшего участия излучения звезды в развитии клетки.
– Какие же планеты Солнечной системы попадают в зону жизни? То есть на скольких планетах уже могла или еще может возникнуть жизнь?
– Этот вопрос детально исследовал американский ученый Су Шу Хуанг. По его оценкам, в эту зону попадают только три планеты – Венера, Земля, Марс. При этом орбита Венеры проходит около внутренней границы, а орбита Марса – около внешней границы зоны жизни. Планете Земля повезло, на ней нет высоких температур Венеры и страшных холодов Марса.
– Но ведь и на Марсе когда-то было тепло, как на « Земле?
– Конечно. И не исключено, что следы марсианской цивилизации, столь многократно и красочно обрисованные фантастами, будут обнаружены.
– А как со следами жизни там сегодня? Какой ответ дали «Викинги», садившиеся на его поверхность и механической рукой ковырявшие поверхность этой планеты?
– Тот самый один бит информации, ДА или НЕТ, есть жизнь или нет, пока не получен. Результат можно сформулировать так – ни ДА ни НЕТ. Необходимо продолжать исследования.
– Помнится, американцы планировали и широковещательно объявили, что пошлют в 1981 году обитаемый космический корабль на Марс. Он должен был вернуться на Землю к концу 1983 года...
– Такой детальный план действительно был, с точным указанием дней старта, высадки на Марс, обратного старта и возвращения на Землю. Но он отменен. Американские коллеги говорят, что главная причина – нехватка средств.
Итак, мы установили, что жизнь принципиально может возникнуть далеко не во всех звездных системах, что одним из обязательных условий является хороший устойчивый «характер» звезды на отрезках в миллиарды лет и наличие у нее планет в зоне жизни.
– Можно ли как-то оценить время первого зарождения жизни во Вселенной? Узнать, произошло это раньше или позже, чем на третьей планете Солнца?
– Оппонент явно не соизмеряет свои вопросы с уровнем наших знаний. Но сделаем попытку ответить. Для этого нам придется спуститься в глубокий «колодец» истории мироздания, к страшному моменту Великого Взрыва. Мы уже упоминали о нем.
По утвердившейся гипотезе, был период в истории Вселенной, когда вся ее материя сгруппировалась «в одном яйце» или «в одной точке». Случилось это около 15 миллиардов лет назад. Плотность вещества в этом яйце и его температура, естественно, устремились к бесконечности... И вот тут и случился Великий Взрыв. Яйцо не выдержало и разлетелось. Образовалось адски плотное и адски горячее, все время расширяющееся, облако. Как и при расширении любого газа его температура и плотность стали падать...
Картину драматических, я бы сказал, захватывающих событий первых секунд и минут этого взрыва можно найти в блестяще написанной популярной книге американского физика С. Вайнберга с дополнениями академика Я.Б. Зельдовича.
Но вернемся к облаку. Из него и сформировались в конце концов все наблюдаемые космические тела: галактики, звезды, планеты, их спутники.
Парадокс состоит в том, что оно продолжает расширяться и сейчас. Мы живем в непрерывно расширяющейся Вселенной, не замечая этого. Галактики разбегаются друг от друга, как неутомимые марафонцы. Вот насколько мощный толчок был дан в момент Великого Взрыва!
Сознаюсь по секрету, что факт «разбегания» галактик стал мне известен значительно позже окончания школы. Вероятно, там о нем рассказывали скучно и нудно, и он не задел сознания. По-настоящему я осознал нашу жизнь не в стационарном мире, а в непрерывно расширяющемся облаке из ночной беседы с астрономом-альпинистом Д. в горах Тянь-Шаня. Кристально чистый горный воздух делал звезды яркими и совсем близкими. Это, наверное, усилило действие на меня осознанного факта. Он завладел моим сознанием. Вернувшись с гор домой, я тут же засел за книги и понял, сколько романтики и истинной научной красоты в древнейшей науке о звездах, сколько выдвинуто блестящих гипотез, многие из которых уже подтверждены наблюдениями. Этот «бег» галактик друг от друга и увлек меня проблемой контакта с обитателями других миров.
– Какой же радиус этого облака в наше время?
– Его можно оценить элементарно. Мы знаем момент Великого Взрыва и, считая, что самые быстрые «осколки» двигались со скоростью не более скорости света, получаем радиус облака порядка 15 миллиардов световых лет. Его называют просто и кратко «радиус мира». Световой луч от светящихся объектов на самом краю нашего облака должен миллиарды лет преодолевать расстояние от своего источника до Солнечной системы. И самое удивительное в том, что он справляется с этой задачей, не растеряв всю свою световую энергию по пути. Лучшие земные телескопы уже позволяют его уловить, измерить, исследовать...
Но мы отвлеклись от поставленного вопроса о начале жизни. Принято считать, что фаза химической и ядерной эволюции Вселенной, подготовившая возможность возникновения жизни, заняла не менее пяти миллиардов лет. Будем считать, что время биологической эволюции хотя бы в среднем на других звездах того же порядка, что и на Земле, то есть около пяти миллиардов лет. Отсюда получаем, что самые ранние внеземные цивилизации могли возникнуть около пяти миллиардов лет тому назад!
Цифра ошеломляет. Ведь земная цивилизация, если даже считать от первых проблесков разума, существует только несколько миллионов лет. Если же считать от появления письменности и больших городов, то насчитывает всего не более десяти тысяч лет.
Следовательно, если допустить, что первые из возникших цивилизаций преодолели все кризисы и благополучно развиваются до наших дней, то они обогнали нас на миллиарды лет! За это время они могли совершить многое: колонизировать многие звездные системы и повелевать ими, победить болезни и достичь почти бессмертия.
Даже земная наука и техника, делающие по этим масштабам только первые свои шаги, уже показали, что принципиально разум все это может.
Так как процесс формирования новых и гибели старых звезд идет все время в нашем расширяющемся облаке, то считалось, что время от времени на тех или иных планетах возникают условия для зарождения и длительной эволюции жизни. Поэтому космос может быть населен цивилизациями разного возраста. От ранних сверхцивилизаций до близких к нам по возрасту и даже еще более юных.
Если принять гипотезу о наличии разума в космосе, как это делает большинство ученых, то тут же возникает следующая цепочка вопросов.
Нужен ли землянам вообще контакт с инопланетянами? Если да, то как его установить? Если контакт установили, то удастся ли понять друг друга обменяться информацией?
Из всего сказанного читатель, вероятно, уже уяснил себе суть проблемы внеземных цивилизаций. Это запутанный клубок из взаимосвязанных вопросов, на большинство из которых пока удовлетворительного ответа нет.
Но клубок постепенно распутывается. Идут теоретические и экспериментальные исследования. Появляются новые неожиданные идеи и гипотезы. Быстрое развитие науки и техники создает новые и новые возможности для их проверки.
Мы, конечно, не будем посягать на распутывание всего клубка, а коснемся в основном одного вопроса – установления контакта между очагами разума с помощью систем связи, с помощью наших друзей типа ДА-НЕТ.











Где же сигналы из космоса?
Межзвездные биты
Идея межзвездной связи с помощью радиоволн родилась в начале нашего века, в период освоения их для чисто земных целей.
Появился новый удивительный незримый переносчик информации, не требующий ни транспорта, ни проводов, ни кабелей, да к тому же почти мгновенно преодолевающий расстояние между корреспондентами.
Время от времени в разных странах появлялись «газетные утки» о приеме сигналов из других миров. Чаще всего их приписывали обитателям Марса.
Научная постановка проблемы радиосвязи с другими цивилизациями была сделана более 25 лет назад американскими учеными Г. Коккони и П. Моррисоном. Более того, они даже указали, на какой волне имеются наибольшие шансы найти эти сигналы.
– Разве возможно угадать, на какой волне вздумается кричать свое «Ау!» обитателям других миров?
– Они рассуждали приблизительно так (и в этом, несомненно, есть логика): всякая развитая, хотя бы до нашего уровня, цивилизация знает, что водород является самым распространенным элементом во Вселенной, и, самое главное, знает, что он излучает электромагнитные колебания на строго фиксированной волне. Длина этой волны ?н = 21 см, что соответствует частоте колебаний fН = 1420 мегагерц.
– Почему же этот спокойный водородный газ без цвета и запаха вдруг излучает колебания?
– Под действием внешних причин атомы водорода часто возбуждаются. Его электроны «прыгают» на орбиты с меньшим энергетическим потенциалом и излучают при этом колебания на частоте fН. Излучение одного электрона ничтожно. Но ведь их «прыгает» в межзвездной среде несметное количество. Земные телескопы уверенно принимают сумму этих излучений, которую именуют по шкале частот линией водорода.
Открытие этой линии знаменовало новый этап в развитии астрономии. Появилось новое средство познания Вселенной. Все это позволило линии водорода присвоить весьма почетное звание «Природный стандарт частоты». Он должен быть известен каждой технологически развитой цивилизации.
– Какие цивилизации можно считать технологически развитыми? Что является критерием?
– Точного определения еще не выработано, но обычно считают, что открытие и использование радиоволн могут служить неплохими критериями начала этой эры. С этих позиций земляне в недалеком будущем имеют основания устроить грандиозный праздник по поводу столетия изобретения радио А.С. Поповым и первых ста лет своей технологической эры.
Итак, открыт единый стандарт частоты, известный всем, всем, всем... Следовательно, первое, что должно прийти в голову при попытках установления межзвездной связи, – это использовать его, опереться на него. Эта остроумная и простая идея дала существенный толчок теоретическим и экспериментальным исследованиям нашей проблемы.
Так, первая опытная земная установка для поиска сигналов была настроена именно на линию водорода. Разработкой аппаратуры руководил известный американский астроном Ф. Дрейк. Он дважды посещал нашу страну для участия в симпозиумах по проблеме контакта. О них пойдет речь дальше. Ф. Дрейк назвал свой проект «Озма» в честь королевы сказочной страны Оз, населенной фантастическими существами. Гигантская антенна диаметром 27 метров поочередно следила за двумя ближайшими к нам звездами: Тау Кита и Эпсилон Эридана. Эти звезды похожи на наше Солнце и отстоят от нас на расстоянии около десяти световых лет. Поэтому не случайно одна из них воспета В. Высоцким:
На Тау-Ките
Живут в простоте
Живут, между прочим, по-разному
Товарищи наши по разуму...
Может быть, выбранные две звезды имеют планеты, может быть, на них резвятся фантастические существа, которыми правит не менее фантастическая королева Оз, может быть, они уже знают о едином стандарте, может быть, они уже шлют нам мощные сигналы на этой частоте, может быть, именно в это время...
Но несколько месяцев наблюдений не принесли успеха. Подвело одно из этих «может быть» или даже все вместе. Это было в 1960 году.
Позже, как в США, так и в Советском Союзе, были обследованы сотни ближайших звезд на этой же частоте. Результат пока отрицательный.
Кроме того, вскоре был открыт ряд других природных стандартов или других линий излучения межзвездной среды, что сразу уменьшило вероятность работы именно на линии водорода, хотя наибольшие надежды по-прежнему возлагают на эту линию излучения.
Был выдвинут и ряд других предложений по организации поиска сигналов. Одним из грозных врагов межзвездных сигналов являются те самые помехи, которые бесчинствуют в земных системах связи. Мы уже сними встречались.
В космосе они создаются суммой излучения всех космических объектов и образуют фон неба. Этот фон, например, сильно снижается или имеет глубокую «яму» в диапазоне от 3 до 30 сантиметров. К счастью, эти волны хорошо проходят как через атмосферу нашей планеты, так и через ее ионосферу, то самое электрическое зеркало, о котором мы уже говорили. По-видимому, планеты с разумной жизнью тоже имеют некое подобие нашей атмосферы и ионосферы.
Если считать, что волны этого диапазона благополучно преодолеют и эти препятствия, то принципиально можно осуществить связь цивилизаций без выноса аппаратуры за пределы атмосферы.
Так как фоновая яма довольно глубока – мощность помех в ней снижается по сравнению со средним уровнем, в этом диапазоне было проведено и продолжается обследование многих звезд. Пока результат негативный – сигналов не обнаружено.
– А почему автор все время ведет речь о приеме сигналов? Если все будут принимать...
– Все из-за нашей земной энергетической бедности. Ведь наша цивилизация и так на пороге энергетического кризиса. Вот когда научимся у Солнца брать в миллионы раз больше энергии, чем сейчас, когда овладеем термоядерной энергией, тогда можно будет «во весь голос», по Маяковскому, сообщить Вселенной, кто мы и где мы.
Сейчас пока расчет на ушедших вперед. Как мы уже видели, по самой распространенной гипотезе, жизнь могла зародиться в нашей расширяющейся Вселенной на миллионы и даже миллиарды лет раньше, чем на Земле.
Следовательно, у них было предостаточно времени не только полностью обеспечить себя энергией, но и стать даже повелителями окружающих звезд.
– Как может слабое существо из живых клеток управлять гигантским огненным шаром диаметром более миллиона километров и с температурой в миллионы градусов?
– Как это ни парадоксально, может! Расчеты и проекты подтверждают это.
Вот один из проектов, сделанных для нашей Солнечной системы. Овладев космосом в пределах своей звезды, земляне приступают к «переплавке» планеты Юпитер на стержни длиной один метр, диаметром 1 сантиметр. Из восьми таких стержней сооружается октаэдр первой ступени. Из восьми таких октаэдров собирается октаэдр второй ступени и т.д. Наращивая такое сооружение (на что уйдут десятки и сотни тысяч лет), можно соорудить полую сферу вокруг Солнца.
– Посадить наше дорогое светило за решетку? Какой же будет радиус этой «одиночной камеры»?
– Радиус гигантский. Порядка радиуса земной орбиты. И камера вовсе не одиночная. Часть планетной свиты окажется внутри. Это сооружение получило название «сферы Дайсона» по имени американского астрофизика Ф. Дайсона.
Сооружение принципиально позволяет аккумулировать всю излучаемую светилом энергию и с избытком обеспечить род человеческий и энергией, и жизненным пространством внутри сферы. Часть этой энергии может быть использована для установления контакта с другими цивилизациями.
Обитателям такого сооружения даже не страшно заметное остывание своей звезды, которое рано или поздно обязательно начнется. Ведь даже в этом случае энергии внутри сферы будет предостаточно. Ее вполне хватит и на то, чтобы длительно поддерживать биосферу на участках внутренней поверхности гигантского сооружения и покрывать все энергетические потребности жителей этой фантастической с позиций сегодняшнего дня конструкции.
Любопытно, что сама такая сфера становится мощным источником инфракрасного излучения и тем самым уже сигналит о себе.
Имея в виду подобную астроинженерную деятельность обогнавших нас цивилизаций, советский астрофизик Н. Кардашев предложил «энергетическую» классификацию цивилизаций. На низшей ступени цивилизации первого типа – это энергетические бедняки типа сегодняшних землян. Цивилизации второго типа – овладевшие энергией своей звезды. Наконец, цивилизации третьего типа или сверхцивилизации – овладевшие энергией многих звезд.
Обследуя телескопами и радиотелескопами звезды в последние 20 лет, земляне искали сигналы от цивилизаций второго и третьего типов. Сигналов, как мы уже знаем, пока нет.
– Может быть, удалось обнаружить хотя бы одну «сферу Дайсона», по ее инфракрасному излучению?
– Объекты с повышенным уровнем такого излучения обнаружены, но утверждать их искусственность, утверждать, что это «космическое чудо», пока нет оснований.
– О каком чуде и чудесах идет речь?
– Это установившийся термин. Под космическим чудом понимают любое проявление внеземного разума: «изделия» их в виде сигналов или астроинженерных сооружений, посещение Солнечной системы необитаемыми и обитаемыми космическими кораблями, обнаружение следов пришельцев на нашей планете...
К сожалению, никаких «чудес» до сих пор не обнаружено.



Где же сигналы из космоса?
От Бюрокана-71 до Таллина-81
У меня в руках два документа.
Первый:
Академия наук СССР Национальная академия США Академия наук Армянской ССР
СВЯЗЬ С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ
Программа симпозиума Бюрокан, 6...11 сентября 1971 г., СССР
Второй:
Академия наук СССР Академия наук Эстонской ССР Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
ПОИСК РАЗУМНОЙ ЖИЗНИ ВО ВСЕЛЕННОЙ
Программа симпозиума Таллин, 7...12 декабря 1981 г., СССР
Листаю свои записи на этих двух симпозиумах и вспоминаю дни, заполненные до краев докладами, часто с новыми, неожиданными идеями, острыми дискуссиями, откровенными дружескими беседами в кулуарах. Эти два симпозиума, несомненно, явились этапами в более глубоком понимании проблемы, в постановке дальнейших исследований. Надеюсь, что читателям будет интересен краткий рассказ об этих форумах ученых, на которых основное внимание было уделено нашей задаче – установлению контакта с помощью сигналов.
Начнем с Бюрокана. Несколько слов об участниках симпозиума. Наиболее многочисленную группу составляли, естественно, астрономы и радиоастрономы. Академик В. Амбарцумян, глава советской делегации, и его коллеги из бюроканской обсерватории. Профессор Ф. Дрейк, автор уже знакомого нам «Проекта Озма».
Далее, член-корреспондент АН СССР В. Троицкий, возглавляющий работы по поиску сигналов из других миров, проводимому в Советском Союзе. Он, в частности, рассказал на симпозиуме о проведении обследований 12 ближайших звезд, подозреваемых в «разумности». Обнаружен ряд новых любопытных естественных излучений, но разумные сигналы пока упорно «уклоняются» от земных телескопов и радиоприемников.
Профессор Национальной радиоастрономической обсерватории фон Хорнер (США), известный расчетами возможного числа цивилизаций, выполненными на основе теории вероятностей.
Доктор наук Н. Кардашев, советский астрофизик, автор энергетической классификации, широко использовавшейся на симпозиуме.
Профессор Ф. Дайсон, автор знаменитой «Сферы Дайсона».
Чехословацкий астроном Р. Пешек, один из инициаторов проведения бюроканского симпозиума.
Группу физиков и астрофизиков украшали известные имена. Это Ч. Таунс, получивший Нобелевскую премию вместе с советскими учеными Н. Басовым и А. Прохоровым за основополагающие работы по созданию лазеров. Академик В. Гинзбург, известный своими работами по космология, член-корреспондент АН СССР И. Шкловский, автор известной книги «Вселенная. Жизнь. Разум». Профессор П. Моррисон (США), предложивший искать сигналы на частоте природного «стандарта» частоты.
Среди биологов, пожалуй, самой яркой фигурой был Ф. Крик, профессор Кембриджского университета, лауреат Нобелевской премии, присужденной ему вместе с Уотсоном и Уилкинсоном за расшифровку структуры наследственного кода. Перед симпозиумом я прочел увлекательную книжку Уотсона «Двойная спираль», где рассказывается, как делалось это «открытие века» и какую важную роль сыграл при этом Ф. Крик. Было приятной неожиданностью сидеть за огромным П-образным столом бюроканской конференции буквально рядом с этим обаятельным человеком.
На конференции присутствовали и представители новой, совсем молодой веточки на древе биологии – экзобиологии, изучающей зарождение и развитие жизни за пределами нашей планеты. Американскую делегацию возглавлял экзобиолог профессор К. Саган.
Профессор Массачусетского Технологического института М. Минский, известный своими работами по кибернетике и вычислительной технике, числился в списке участников симпозиума как специалист по искусственному разуму. Бросалась в глаза колоритная фигура антрополога профессора Р. Ли (США). Он прожил несколько лет в Африке среди бушменов, досконально изучил их язык и обычаи и чуть не остался с полюбившимися ему бушменами навсегда.
Несмотря на такое созвездие ученых экстра-класса, ни один из них, конечно, не мог себя называть знатоком или специалистом всей проблемы. Пока только коллективный разум может вступать в единоборство с ней.
– О чем шли дискуссии в Бюрокане?
– Была одна формула, которую почти все участники писали на доске мелом или ссылались на нее. На вид она очень проста: «некая величина» N равна простому произведению семи коэффициентов. Эта «некая величина» есть не что иное, как самая сверхсекретная величина для землян, в том числе и для участников симпозиума, – ЧИСЛО ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ, способных по своему уровню развития науки и техники вступить с нами в контакт!
– Раз есть формула, да еще такая простая, значит, можно вычислить N и тут же узнать, сколько у нас братьев по разуму?
– Справедливо. Можно было бы! Условная частица «бы» относится ко всем этим семи коэффициентам. Они образуют гордиев узел, который еще предстоит развязать или разрубить.
Любопытно отметить, что на анкетный вопрос – сколько, по вашему мнению, имеется цивилизаций в Галактике – участники симпозиума (пользуясь все той же субъективной вероятностью) называли цифру от нескольких сотен до 2·104.
Таким образом, из всех расчетов и оценок, проводившихся на симпозиуме, несмотря на гигантский разброс значений числа N, неизменно следовал один вывод: Да, они есть! Мы не одиноки! Мы не уникальны!
Это мнение, этот оптимистический взгляд на жизнь и разум во Вселенной красной нитью проходил во всех бюроканских дискуссиях и нашел отражение в решении.
В дискуссиях о возможных путях контакта центральное место по праву занял радиоконтакт.
Электромагнитная волна (радиоволна, оптический луч) и есть тот идеальный галактический корабль, о котором мечтают фантасты и который так нужен для контакта. Он летит практически со скоростью света. Стартует сразу на предельной скорости. Не требует торможения и мягкой посадки на финише. Он как бы ускользает от могучих цепей тяготения. Если хотите, это могучий быстроногий Ахиллес, которому не страшны космические пустыни протяженностью в миллионы и миллиарды световых (световых!) лет с редкими оазисами в виде скоплений звезд, облаков космической пыли, комет и метеоров. Но как и у мифического героя Троянской войны, есть и у него своя уязвимая «пята». Он не может перевезти в пространстве даже миллиграмм вещества. Это мы уже обсуждали. Но зато он могуч другим – на него можно взвалить гигантский груз информации! А разве этого мало?
Энергетическая бедность заставляет нас пока идти в основном по пути только поиска и приема сигналов. Но как это сделать? Ведь мы о них абсолютно ничего не знаем. Нам не известны ни направление их прихода, ни возможный диапазон волн, ни рабочая волна, ни полоса частот, ни метод модуляции и кодирования, ни время работы, ни... (достаточно и этих «ни»).
– Но хотя бы что-нибудь нам известно о тех, кто может послать нам сигналы?
– Да, кое-что известно.
Существа, пославшие сигнал, разумны. Они владеют технологией формирования и излучения сигналов:
нас разделяет и одновременно объединяет общая межзвездная среда. Она многое может подсказать корреспондентам – в каком диапазоне выгодно передавать, на каких волнах, какими сигналами и т.д.;
у них и у нас действуют одни и те же законы физики.
Последнее вызвало дебаты в Бюрокане. Если верны физические законы, открытые на Земле, в любых других уголках Вселенной, то можно надеяться на некое единство логики всех разумных существ. Это, в свою очередь, создает возможность, во-первых, в какой-то мере прогнозировать вероятностные параметры ожидаемого сигнала и, во-вторых, вселяет надежду обучиться азбуке по сигналам и понять их сообщения.
Академик В. Гинзбург, приглашенный как эксперт по этому кардинальному вопросу, высказался за единую физику, действующую во всей наблюдаемой части Вселенной и в течение всего охватываемого наблюдениями времени ее эволюции. Установленные земной наукой законы, по-видимому, справедливы везде (безусловно, обогнавшие нас могут знать куда больше, но скромные наши знания должны входить в них, составлять их частичку).
Конечно, это смелое утверждение не обошлось без оговорки. Законы верны, если верны исходные условия, при которых они выводились. Возможно, что обычная физика не годится для нейтронных звезд с их чудовищной плотностью вещества, а физика коллапсирующих звезд и ранних стадий эволюции Вселенной должна оперировать квантовой теорией гравитации. Далее В. Гинзбург отметил, что даже единая физика во Вселенной разрешает много возможных биологии. Например, не исключено использование в живых организмах даже такого явления, как сверхпроводимость (оно мыслимо не только при очень низких температурах).
Профессор Т. Голд (США), опираясь на единый рисунок спектральных линий элементов у звезд и галактик, поддержал идею единства физических законов во Вселенной.
Единство физических законов должно, например, подсказать и посылающим сигнал, и ищущим его, что наибольшей дальнобойности связи при прочих равных условиях можно достичь, используя «фоновые ямы», о которых мы уже говорили.
В связи с этим на конференции отмечалась необходимость измерения уровня космического фона в широком спектре частот и поиска этих «ям» в малоизученных диапазонах.
Вылавливание далеких слабых сигналов будет идти тем успешней, чем больше будет наш земной невод. Такими неводами являются антенные системы радиотелескопов. В решении конференции, в частности, ставилась задача создания гигантских радиотелескопов в четырех диапазонах частот с площадями: дециметровый – порядка миллиона квадратных метров; миллиметровый – порядка десяти тысяч квадратных метров; субмиллиметровый – порядка тысячи квадратных метров; инфракрасный – порядка ста квадратных метров.
Кроме того, ставилась задача создания системы постоянного контроля за излучением всего неба. Пока земляне не имеют полной картины излучения и поэтому легко могут «проворонить» рвущиеся к нам сигналы других цивилизаций.
Шли горячие споры о возможной структуре ожидаемого из космоса сигнала (гармоническое колебание, дискретные сигналы типа ДА-НЕТ, неземная музыка, телевизионный сигнал) и наших шансах принять и понять этот сигнал.
Например, Б. Пановкин, советский радиоастроном, которого, увы, уже нет с нами, твердо стоял на позиции: «НЕ ПОЙМЕМ!» Но эту точку зрения не разделило подавляющее большинство участников симпозиума, в том числе «жрецы» математической лингвистики. Их позиция: «ПОЙМЕМ, ТОЛЬКО ПОЙМАЙТЕ СИГНАЛЫ!»
При обсуждении вопроса о возможных сигналах пишущий эти строки обратил внимание на следующее обстоятельство. Могло случиться, что ушедшая вперед цивилизация нашла способ генерирования сверхгигантских импульсов, но очень короткой или даже предельно короткой длительности. Такой импульс на шкале частот занимает очень широкий участок, поэтому отдельные участки спектра этого импульса будут распространяться в космической среде с различной скоростью. Это всегда приводит к искажению формы импульса, к его растяжению во времени и деформации. Расчеты показывают, что только при импульсах, длящихся не менее миллисекунд, растяжения почти не происходит. Поэтому земляне используют пока для поиска только приемники с узкой полосой, пригодной для приема таких импульсов. Но ведь сверхзнающие и сверхумные братья могли овладеть техникой коррекции на передаче своих предельно коротких импульсов (изучив свойства среды) для любой трассы. Тогда импульс может прийти в нашу Солнечную систему в своем сверхкоротком облике. Естественно, наши узкие по полосе приемники даже не заметят его приход. Ситуация, похожая на попытку забить хоккейную шайбу, если бы она по диаметру была бы больше ширины ворот. Поэтому целесообразно наряду с наблюдениями на узкополосных приемниках вести поиск и на приемниках с предельно широкой полосой. Пока таких приемников нет, их надо создавать.
Кончились горячие дискуссии в Бюрокане. Участники симпозиума разъехались в разные стороны, в разные страны, вернулись к своей повседневной научной работе (у многих очень далекой от этой проблемы). Как будто ничего не изменилось. Как будто проблема добычи информации о внеземных сообществах разумных существ так и висит, как и висела, туманным облаком в умах отдельных обитателей нашей планеты. Так? Нет, это далеко не так.
Пожалуй, самое главное состоит в том, что состоявшийся международный симпозиум знаменует и фиксирует новый важный факт в истории нашей цивилизации: земляне созрели или почти созрели для поиска и установления контакта с иными сообществами разумных индивидуумов.
И эта зрелость есть продукт всего достигнутого людьми, некий итог достижений нашей науки, техники, культуры и широты нашего взгляда на Вселённую.
В решении конференции прямо сказано: «... перспективы контакта с внеземными цивилизациями достаточно благоприятны для того, чтобы оправдать развертывание ряда хорошо подготовленных программ поиска», «... существующая технология дает возможность установления контакта с цивилизациями».
Вместе с тем там же отмечается, что эффективное наступление на проблему потребует значительного времени и усилий, а также затрат средств, соизмеримых с затратами на космические и ядерные исследования. Но весьма полезная разведка может быть начата и в более скромном масштабе.
Далее на бюроканском форуме развернулась ожесточенная дискуссия по одной из самых коварных цепочек вопросов: НУЖНО ЛИ НАМ ВООБЩЕ ВСТУПАТЬ В КОНТАКТ? ЕСЛИ ДА, ТО КРИЧАТЬ ИЛИ ТОЛЬКО СЛУШАТЬ? ЕСЛИ ВОЗНИКНЕТ КОНТАКТ, ТО КАКИЕ МОГУТ БЫТЬ ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ?
Была высказана и такая точка зрения – просто заткнуть уши и даже не идти на такой вид контакта, как прием сигналов. Мотивы приводились разные. Землянам не нужны знания и информация, к которым они еще не готовы. Ведь путь к истине не менее (а иногда и более) важен, чем сама истина. Или такой: ОНИ, эти таинственные и коварные ОНИ, могут навязать нам свою или «испеченную» для нас религию, или систему взглядов, не подходящую для земных условий. Могут, наконец, развратить землян, и цивилизация погибнет. Но концепция «заткнутых ушей» отнюдь не была популярна в Бюрокане. Здесь торжествовала вера в разум, в его способность преодолевать препятствия и идти вперед и вперед.
В пылу этой дискуссии академик В. Амбарцумян заметил: «Не думаю, что ОНИ будут нам слать по радиоканалу секреты новых наркотиков или порнографию на высшем уровне».
В конце концов в решение записали: «Если когда-нибудь внеземные цивилизации будут открыты, это будет иметь огромное влияние на научный и технологический потенциал человечества, а также может оказать положительное влияние на будущее человечества... Последствия открытия могут способствовать значительному расширению человеческого познания».
Таким образом, конференция высказалась за контакт, за его плодотворность для будущего землян.
Это впервые записано черным по белому в международных документах нашей планеты.
– Что же происходило с проблемой, с этим клубком сцепившихся вопросов, на отрезке в десять лет между Бюроканом и Таллином?
– Проблема продолжала и волновать ученых разных направлений, и вовлекать новые силы своей грандиозностью и сложностью. Атаковали клубок и экспериментаторы, и теоретики. Был проведен поиск искусственных сигналов от сотен ближайших звезд. Тщательно изучались тысячи звезд с надеждой обнаружить следы астроинженерной деятельности разумных существ. Но пока результат отрицательный. Стало ясно, что проблема контакта еще более сложна, чем это считалось в бюроканских дискуссиях. Некоторые из ученых, кто ждал быстрого решения проблемы, перекочевали из лагеря оптимистов в лагерь пессимистов. Типичным их представителем неожиданно явился И. Шкловский.
В Бюрокане И. Шкловский говорил: «Эта проблема, имеющая много аспектов, опирается на вполне ДОБРОТНУЮ (курсив автора) гипотезу, а гипотеза, в свою очередь, основана на предположении о том, что среди 1021 звезд наблюдаемой Вселенной существуют звезды с планетными системами, причем на отдельных планетах может существовать разумная жизнь.
Пять лет спустя И. Шкловский неожиданно выступил с сенсационной статьей, в которой утверждал, что вероятность разумной жизни не только в нашей Галактике, но и во всей местной системе галактик, скорее всего, равна НУЛЮ.
Столь резкое изменение взглядов видного ученого, энтузиаста проблемы внеземных цивилизаций, естественно, озадачило. Однако изучение его статьи показало, что «доказательство» нашей уникальности базируется на сомнительных посылках. В связи с этим появились работы, опровергающие его точку зрения.
Так, нами было показано, что главное предположение И. Шкловского об экспоненциальном росте основных показателей космических цивилизаций (народонаселение, энергопотребление и др.), приводящее к неограниченной экспансии разумной жизни во Вселенной, является произвольным. Многие показатели нашей земной цивилизации действительно пока растут по экспоненте, то есть скорость роста пропорциональна самой величине. Например, если население планеты увеличится вдвое, то и скорость его дальнейшего прироста тоже увеличится вдвое.
Но совершенно очевидно, что если быстрый экспоненциальный рост населения приведет к нехватке жизненно необходимых ресурсов, то произойдет замедление его роста. На смену экспоненте придет более медленный закон роста. То же самое с добываемой энергией. Если добываемая энергия станет соизмерима с энергией, получаемой нашей планетой от Солнца, то начнет меняться климат планеты и разум человека найдет пути изменения закона роста.
Из сказанного следует, что выбранный И. Шкловским закон стремительного развития космических цивилизаций является математической абстракцией и может соблюдаться в природе или технике только при неизменности всех внешних условий существования процесса. А так как эти условия неизбежно меняются, то нет никаких оснований экстраполировать этот закон на отрезки в миллионы лет, как это делает И. Шкловский.
Вот схема его дальнейших рассуждений. Опираясь на темпы развития нашей цивилизации, он показывает, что она или любая другая цивилизация первого типа, по Н. Кардашеву, следуя экспоненте, освоит энергию своей звезды за... 2500 лет! Но через 1000 лет снова настанет нехватка пространства, энергии. Начнется экспансия на другие звезды. И. Шкловский называет этот процесс распространением «сильной ударной волны разума по неживой материи». Используя тот же закон, показывается, что колонизация и преобразование всей Галактики потребуют всего лишь 10 миллионов лет! Это и приводит к появлению цивилизаций третьего типа или СВЕРХЦИВИЛИЗАЦИЙ.
Не обнаружить такую цивилизацию невозможно. Она должна быть видна, как «космическое чудо», которое само лезет в глаза. Ведь ей присущи гигантские астроинженерные сооружения, колоссальная концентрация энергии, системы связи, охватывающие галактические просторы. Наконец, владея почти неограниченной энергией, сверхцивилизация может создать маяк, который легко обнаружить не только в своей Галактике, но даже в соседних с ней.
Далее И. Шкловский переходит к обратной экстраполяции. Так как никаких «космических чудес» не обнаружено, то, следовательно, и нет цивилизаций третьего типа. Но так как сверхцивилизации неизбежно возникают из цивилизаций второго типа, то, следовательно, и их нет. В свою очередь, цивилизации второго типа возникают из цивилизаций первого типа, следовательно, и их нет или они крайне мало вероятны.
Никак нельзя согласиться с неизбежностью перехода цивилизаций второго типа в сверхцивилизации. Судите сами. По мере экспансии на другие звезды взаимодействие между отдельными частями цивилизации начнет ограничиваться конечной скоростью распространения информации (скорость света). Вряд ли цивилизации будут выступать как целое, если время передачи сигналов от одного очага жизни до другого будет соизмеримо с продолжительностью жизни особей, ее населяющих. По земным меркам протяженность цивилизации в пространстве должна составлять не более единицы световых лет, а, скорее всего, световые месяцы. Но это есть всего-навсего жизненное пространство вокруг нашего Солнца или подобных ему звезд. Следовательно, энергопотребление такой цивилизации будет порядка энергии своей звезды. Мы приходим к цивилизации второго типа.
Второе непреодолимое препятствие на пути образования сверхцивилизаций можно назвать энергетическим. По классификации Н. Кардашева, такая цивилизация потребляет энергию порядка энергии Галактики! Нетрудно показать, что при этом возникает настолько большая плотность энергии, при которой невозможно существование вещества в твердом состоянии, не говоря уж о белковых соединениях.
– Разве это обстоятельство не учитывается в построениях И. Шкловского?
– Конечно, учитывается, но очень своеобразно. Для выхода из тупика он прибегает к фантастической гипотезе: по мере перехода от цивилизации второго типа к цивилизации третьего типа будет происходить вытеснение человека биологического человеком кибернетическим.
– А где же будет «прятаться» от колоссальной концентрации энергии человек биологический, управляющий человеком кибернетическим?
– Он не будет прятаться. Да и нет такого места. Его просто не будет. И. Шкловский предполагает передачу всех функций человека роботу, включая мышление и даже самовоспроизведение.
Мы уже знакомились с роботами. Установили, что это прекрасные помощники человеку, что содружество человека и робота ускорит развитие нашей цивилизации. Но совершенно бессмысленно для человека, чтобы они существовали взамен людей, взамен человечества.
Таким образом, физические законы природы ограничивают размеры и энергию цивилизаций окрестностями и энергией своей звезды. Отсюда следует, что отсутствие сверхцивилизаций не является доказательством отсутствия цивилизаций второго и первого типов.
К сожалению, сегодня земная наука не располагает сколь-нибудь надежными сведениями ни о множественности внеземных цивилизаций, ни об уникальности земной цивилизации. Более того, получить эти сведения теоретическим путем, «на кончике пера», не представляется возможным. У нас слишком мало опытных данных. Решение проблемы требует перехода к широким наблюдениям, к практике – критерию истины.
В этой связи за истекшие десять лет появился ряд новых идей по проведению экспериментов.
Так, талантливый советский ученый П. Маковецкий, увы, безвременно ушедший от нас, существенно дополнил идею использования линии водорода (или других природных излучений). Для того чтобы отличить естественное излучение от искусственного по частоте, он предположил возможность использования для связи не этой частоты, а другой, образованной ее умножением на ?. Тогда частота ?·fн будет в себе нести «следы разума». И это своеобразное кодирование не требует расширения полосы сигнала. Линия ?·fн будет так же «стройна», как и fн, что облегчает ее поиск в шумах.
Вторая гипотеза П. Маковецкого, получившая широкое признание, связана с общей командой для всех цивилизаций: «Начинайте передачу сигналов!» Ведь если их передавать все время, то это колоссальный расход энергии. Можно погубить цивилизацию, вызвав в ней энергетический кризис. Если же передавать изредка, с перерывами, то мало шансов, что приемники в других цивилизациях включат именно в то же время (с учетом, конечно, времени распространения сигнала).
П. Маковецкий предложил систему временной синхронизации передатчиков и приемников цивилизаций нашей звездной системы Галактики.
– Автор шутит? Ведь для временной синхронизации нужны либо передача им всем единой команды, либо условленные согласованные часы работы. Так?
– И так, и не совсем так. Ведь есть явления в Галактике, которые должны видеть все или хотя бы часть цивилизаций, если они есть.
Это вспышки (взрывы) новых и сверхновых звезд. Вспышки сверхновых дают увеличение светимости звезд в миллионы раз. Это редкое явление наблюдается в Галактике один раз за сотни лет. Вспышки новых звезд дают увеличение светимости в тысячи раз меньше, чем сверхновые, но происходят они значительно чаще. Достаточно яркие из них случаются с интервалами в несколько лет.
Вот эти яркие вспышки автор идеи межзвездной синхронизации и считает командами, которые «они» (эти таинственные «они») уже используют. Он даже составил расписание поступления к нам сигналов от других звезд, по команде, данной звездой Новая Лебедя. Она вспыхнула 29 августа 1975 года. Расписание учитывает запаздывание, связанное с суммой времен прохождения команды, посланной Новой Лебедя до некоторой цивилизации, и сигнала от нее в нашу земную глушь.
Так, по этим расчетам, например, сигналы со звезды Альтаир, если там есть «они», пришли бы к нам 25 августа 1979 года (погрешность расчета этой даты, связанная с неточным знанием расстояний до звезд, ±30 суток), а сигнал от звезды Росс 154 пришел бы только в марте 1983 года (погрешность ±20 суток). От более удаленных звезд сигналы придут еще позже. Значит, еще есть время готовить аппаратуру и проверять остроумную гипотезу.
В промежутке между конференциями, наконец, было отправлено первое радиопослание землян другим цивилизациям. Для этого был использован самый гигантский радиотелескоп диаметром 300 метров, расположенный в кратере потухшего вулкана на острове Пуэрто-Рико, при мощности передатчика миллион ватт.
– На каком же языке составлено послание?
– Оно составлено из наших знакомых – посылок ДА и НЕТ. Посылке ДА соответствует излучение на одной частоте, а посылке НЕТ – на другой. В секунду передавалось десять посылок. Послание содержит 1679 посылок. Передача шла на волне 12,6 сантиметра.
– И разумные инопланетяне по определенному чередованию этих ДА-НЕТ должны догадаться, что это радиопосол могучего племени землян?
 

Двоичные числа
Атомные числа
Химические структуры
Двойная спираль ДНК
Человек
Солнечная система
Телескоп АРЕСИБО
 
– Оппонент напрасно иронизирует. Послание значительно богаче содержанием, чем он думает. Расчет идет на то, что инопланетяне начнут его тщательно анализировать и разгадают. В одной из попыток они сообразят, что общее число посылок есть произведение двух простых чисел 23 на 73 и если им известна телевизионная развертка изображения, то они догадаются, что это один кадр изображения из 23 элементов в строке при числе строк 73. Остальное просто. Закрашивая ДА, например черным цветом, получаем черно-белое изображение. Там и упрощенное изображение нашего Солнца с планетами, и контурное изображение конструкции человека с указанием его дома – третьей планеты, и двойная спираль наследственности, и схема телескопа, пославшего этот сигнал, и многое другое. В том числе показано, как, зная волну, на которой передано сообщение, вычислить рост человека и размер телескопа.
– Послание направлено конкретному адресату, обитателям планет у конкретной звезды?
– Если считать шаровое скопление звезд М13 в созвездии Геркулеса, содержащее 300 000 звезд, куда направлен сигнал, конкретным адресатом, то да, вполне конкретному адресату на краю Млечного Пути. Сигнал отправлен в виде узкого пучка. Но, преодолевая расстояние в 24 000 световых лет, отделяющее нас от шарового скопления, он, естественно, расширится и охватит все звезды скопления. Пославшие сигнал полагают, что хотя бы одна из звезд в М13 «разумна» и сможет принять сигнал. Правда, ответ мы можем получить никак не раньше чем через 48 000 лет!
– Стоит ли тогда ломать копья, тратить силы и средства?
– Стоит! Представьте, какой праздник будет царить в некой цивилизации X, если ее обитатели узнают, что они не одиноки? Какой импульс это даст развитию науки, техники, философии, искусства той цивилизации! Кроме того, наш сигнал могут перехватить по дороге и обитатели других космических тел. Тогда ответ можно ожидать значительно раньше. Наконец, если все цивилизации будут только ждать сигналы и не затруднять себя передачей, то...
Первый сигнал, отправленный 16 ноября 1974 года, через 5 часов 20 минут покинул пределы Солнечной системы и вот уже более 10 лет продолжает свой путь в холодной межзвездной среде. Он не одинок. Аналогичные сигналы автоматически посылаются телескопом «АРЕСИБО», когда он свободен.
Но не только радиоволны могут принести информацию. Так, японские ученые Хиромитцу Ёко и Таиро Осима предположили возможность.. нового канала межзвездного общения – биологического.
– Это не фантастика? Какие же биологические существа способны преодолеть межзвездные расстояния, не погибнув, и принести информацию?
– Нет, это не фантастика, а смелая научная гипотеза. Живыми существами, осуществляющими такой контакт, могут быть микроорганизмы – вирусы и бактерии.
– А каким образом они прихватят с собой послание отправивших их разумных существ?
– Оно может быть записано в их генетическом материале, то есть на молекулярном уровне. Попадая на подходящую планету, такой микроорганизм может размножиться, передавая свое послание как эстафету последующим поколениям микроорганизмов. Сегодня земная биохимия еще не готова к прочтению такого послания. Однако успехи генной инженерии говорят, что это возможно, и обогнавшие нас цивилизации могли использовать такой канал связи. Японские ученые даже сделали попытку прочтения такого послания.
– Но ведь мы не готовы, то есть не умеем еще читать эти послания?
– Есть один случай, когда мы уже можем. Недавно стала известна полная последовательность из 5375 генетических «слов» ДНК бактериофагов ФХ 174. Этот фаг – один из многих вирусов, которые поражают бактерию Коли. Его гены обладают удивительным свойством перекрываться. Так, в двух соседних предложениях, не разделенных знаками препинания, отдельные слова могут быть отнесены к любому из них. Точно так же участки соседних генов могут принадлежать любому из них. Японские ученые считают, что послание может быть только в таких многозначных «словах». В бактериофаге ФХ 174 гены перекрываются в трех вариантах: на 91, 121, 533 «словах». Но ведь все эти три числа есть произведение простых чисел: 7·13 = 91, 11·11 = 121, 13·41 = 533. Получается нечто похожее на сигнал, посланный землянами через радиотелескоп «АРЕСИБО». Была сделана попытка прочитать эти «послания», строя на этих простых числах двумерные пиктограммы разного типа. Но эта первая попытка не принесла удачи.
Однако мы уклонились, пора перейти к Таллинскому форуму.
Поезд Москва – Таллин. Наверное, это был пока единственный в истории земной цивилизации поезд, наполненный таким числом энтузиастов проблемы внеземных цивилизаций.
Улыбки, рукопожатия, шутки, дискуссии... Таллин встретил легким морозцем и солнцем. Хотя даже таллинцы сетовали, что декабрь самый мрачный месяц и будет хмуро, дождливо и тягостно. Но наша звезда явно покровительствовала и проблеме, и симпозиуму, радостно приветствуя нас золотом лучей.
Пирита. Олимпийский центр парусного спорта, где будет проходить симпозиум. Вот группка Бюроканского симпозиума вспоминает Армению, жару +40°... Кто-то запел: «Куда, куда Вы удалились все эти десять лет?»
Обстоятельный ответ на этот вопрос был дан в первом докладе на симпозиуме «Современное состояние проблемы существования и поиска внеземных цивилизаций». Его сделал член-корреспондент АН СССР В.С. Троицкий. Начал он с анализа двух противоположных точек зрения: множественность внеземных цивилизаций и Земля – единственное место разумной жизни. Опираясь на факты, установленные физикой, астрономией, радиоастрономией, химией и биологией, делается вывод о существовании разума во многих местах Вселенной.
– Значит, существование наших братьев по разуму можно считать доказанным?
– Нет, факт существования пока не доказан. Но вся совокупность наших земных знаний говорит в пользу такой гипотезы. Для ее доказательства необходимо продолжать. поиск разумной жизни.
Далее В. Троицкий сопоставляет различные носители, могущие принести весточку о внеземных цивилизациях!
волновые процессы (радио, оптика, рентген, гравитационные волны, потоки электронов, потоки нейтрино), космические корабли (обитаемые и необитаемые), биологические носители (генетический код). Делается вывод в пользу радиоволн. При этом показано, что наибольшую дальность межзвездной связи могут обеспечить волны миллиметрового диапазона.
– Но ведь эти волны сильно поглощаются атмосферой Земли?
Совершенно справедливо. Поэтому потребуется вынос приемников и передатчиков (если мы захотим и передавать) за пределы атмосферы. Для этого могут быть использованы, например, ИСЗ и Луна.
Далее докладчик ставит вопрос: может ли сверхцивилизация создать всенаправленный маяк огромной мощности, сигналы которого легко принять в любой точке Галактики или хотя бы в значительной ее части? Приведенные расчеты дают отрицательный ответ. Так, для охвата маяком сферы радиусом 100 световых лет потребуется мощность 200 млрд. киловатт (2·1014 ватт) и сферическая антенна диаметром 150 км. И если это сооружение строить землянам, то, чтобы не нарушить условия жизни на Земле, его придется сооружать довольно далеко от нашей планеты, на расстоянии как от Земли до Солнца!
– Какую же часть Галактики охватит такой радиомонстр?
– Это легко подсчитать. Диаметр Галактики составляет 85 000 световых лет. Значит, наш монстр охватывает всего лишь 0,02% Галактики. Если пойти дальше и увеличить дальность связи до 10 000 световых лет, то необходимая мощность возрастает на четыре порядка (2·1018 ватт), диаметр антенной сферы до 15 000 км, а необходимое удаление от планеты, создающей маяк, должно быть увеличено в 100 раз! При этом сигналами маяка уже будет охвачено по-прежнему не очень много – 0,1% всего объема Галактики.
Из этих убедительных цифр в докладе сделан вывод: для передачи сигналов на межзвездные расстояния должны использоваться не всенаправленные излучатели, а остронаправленные. Это позволяет резко уменьшить необходимые мощности и размеры антенн. Но при этом время облучения отдельных звезд уменьшается. Отсюда и тактика передачи сигналов – последовательное облучение звезд, что, к сожалению, уменьшает время. облучения каждой звезды.
Как мы уже отмечали, в Бюрокане была очень популярна формула Дрейка, определяющая возможное число технологически развитых цивилизаций в Галактике, одновременно существующих. Она основана на предположении, что процесс зарождения жизни идет непрерывно, по мере возникновения подходящих условий на тех или иных планетах звезд Галактики.
В. Троицкий выдвинул новую гипотезу: жизнь в Галактике возникла в некотором узком интервале времени на планетах, где имелись в это время подходящие условия. И больше она не возникала.
– Чем же это можно объяснить?
– Автор гипотезы ссылается на чрезвычайную сложность перехода «неживая материя – живая материя» и возможную связь его с пространственно-временными особенностями нашей расширяющейся Вселенной.
Эта гипотеза дает хорошее объяснение отсутствию сигналов от других цивилизаций. В самом деле, если темпы эволюции жизни на планетах других звезд такие же, как и у нас, или более медленные, то просто еще нет цивилизаций, способных посылать достаточно мощные сигналы. Возможно, что и «они» пока только ищут сигналы от других или еще. не открыли существование электромагнитных колебаний. В. Троицкий считает, что такую гипотезу нельзя исключать из рассмотрения. Она имеет право на существование среди ряда других.
Несмотря на выдвинутую гипотезу, выводы В. Троицкого звучали весьма оптимистично. Только практика, критерий истины, даст решение проблемы. Надо искать и передавать сигналы, используя в том числе миллиметровый диапазон волн.
После доклада В. Троицкого, охватившего проблему в целом, было сделано более 60 сообщений по различным ее аспектам. Мы коснемся только некоторых, имеющих отношение к нашей теме.
Почему высокоразвитые цивилизации обязательно должны слать в космос информацию, сигналить нам?
Такой вопрос поставил в своем докладе президент Академии наук Эстонской ССР К. Ребане. Его расчеты показывают, что создание мощных сигналов неизбежно нарушит среду обитания, не говоря уже о колоссальных затратах энергии. В связи с этим встает вопрос о цели этих сигналов. Не окажется ли их передача вредной для других цивилизаций? Может быть, не стоит вмешиваться в чужие дела и не нарушать естественный ход эволюции других цивилизаций? Вероятнее всего, заключил докладчик, существует много разумных «молчаливых» цивилизаций, а «болтливых» и «разговорчивых» мало или совсем нет.
Н. Кардашев, обсуждая три модели развития цивилизаций – быструю гибель, застой на некотором уровне, длительное развитие, – считает наиболее вероятной последнюю. Отсюда он делает вывод: переход цивилизаций к стадии сверхцивилизаций неизбежен, ибо нет физических ограничений на деятельность разума.
Поэтому вполне возможны сооружения типа сфер Дайсона, искусственные взрывы сверхновых, изменение орбит сваей звезды... Отсюда – поиск сигналов надо вести не у звезд типа нашего Солнца, а у так называемых пекулярных (необычных) звезд. Может быть, их необычность и есть результат деятельности разума. Кроме того, надо направлять радиотелескопы в центр нашей Галактики. Там много звездных долгожителей, там огромное количество вещества и энергии. Там могут быть и сверхцивилизации. Наиболее выгодный диапазон – миллиметровые волны (около 1,5 мм).
– Но ведь большая концентрация энергии при создании мощных сигналов может погубить обитателей сверхцивилизаций?
– Такой вопрос был задан Н. Кардашеву. Он считает, что эту концентрацию энергии надо осуществлять вдали от среды обитания.
Заметим, что с этим трудно согласиться; расчеты В. Троицкого убедительно показывают, что строительство такого сверхмощного сооружения вдали от среды обитания потребует десятков и сотен тысяч лет, то есть труда многих поколений и гигантских энергетических затрат.
Бюроканский симпозиум, помнится, проходил на высокой оптимистической волне. Казалось, что в ближайшее время, в ближайшие годы сигналы будут обнаружены. Десять лет безуспешных поисков поубавили оптимизма. Появились, как мы уже видели, теории и соображения, по-разному объясняющие молчание космоса. Пожалуй основной вопрос, доминировавший в Таллине: почему нет сигналов?
Всем очень понравился, можно сказать, системный ответ на этот вопрос, который был дан в докладе американки Д. Тартер, участницы ряда экспериментов по поиску сигналов. Она наглядно представила все пространство поиска сигналов в виде... стога сена, где каждая травинка и есть как бы один из возможных сигналов. Стог имеет три координаты: мощность передатчика (или чувствительность приемника), рабочая частота и направление излучения. Придав этим координатам разумные значения, определили объем этого космического стога. Затем суммируются все уже проведенные попытки обнаружить сигнал и оценивается, какая часть травинок уже перебрана. Результат буквально потряс аудиторию.
– Уже все травинки перебраны, а «иголка» не найдена?
– Как раз наоборот. Почти за четверть века экспериментов обследована лишь 1/100 000 000 000 000 000 объема стога, то есть ничтожная его часть 10–17.
Отсюда следует, что сделаны только первые шаги на огромном пути и что нужны такие новые идеи и теории, которые исключат слепой перебор травинок, а более точно подскажут, в каком месте стога искать.
Ф. Дрейк, возглавлявший американскую делегацию, и его коллеги рассказали о долговременной программе поиска сигналов, разработанной в США. Очень интересным новым элементом в аппаратуре поиска будет фильтрующая система из 8 миллионов отдельных фильтров с полосой 1 Гц каждый, расположенных вплотную друг к другу на оси частот. Быстродействующая ЭВМ будет за 1 секунду «прощупывать» все эти фильтры и рисовать на дисплее наблюдаемую спектральную картину. При возникновении «подозрительных» отклонений они будут автоматически или по указанию оператора дополнительно исследоваться ЭВМ. Столь широкая полоса фильтра (суммарная) позволяет вести одновременно наблюдения на узкополосных фильтрах в широкой полосе при значительных смещениях частоты из-за движения передатчика и приемника (эффект Допплера).
Новая американская программа по-прежнему исходит из предположения, что наиболее вероятен сигнал (если его посылают) в виде гармонического немодулированного колебания. Обосновывается это тем, что такой монохроматический сигнал можно выделять предельно узкополосным фильтром, обеспечив снижение помех, а сама его простота является признаком искусственности происхождения.
Иная точка зрения на возможную форму ожидаемых сигналов была высказана в Таллине автором этой книги. Вот она. Вполне возможно, что мы не обнаруживаем сигналов по самой простой причине: они в десятки и сотни раз слабее суммарного уровня шумов, действующих на входах наших земных приемников. С красивой мечтой о сверхцивилизациях, которые могут создать в любой точке Галактики сигнал, возвышающийся, как Эверест или хотя бы как Эльбрус, над всяческими шумами, по-видимому, надо распрощаться, хотя и жалко. Мы уже об этом говорили.
Цивилизации, посылающие сигналы, понимая это, возможно, лучше нас, придадут ему форму, позволяющую «откопать» его в шумах. Единственный способ это сделать на приеме – накапливать сигнал.
– А разве нельзя накапливать гармоническое колебание, на поиск которого ориентированы многие эксперименты?
– Конечно, можно. Но, при условии, что мы точно знаем его частоту, и оно не превратилось, пересекая гигантские межзвездные пространства, в некое подобие флуктуационного шума. Первое условие не выполняется из-за эффекта Допплера, второе – также не выполняется из-за неоднородности среды распространения. На пути сигнала встречаются облака космической пыли, неоднородности в концентрации водорода, заполняющего пространство, и т.д. Это приводит к так называемому многолучевому распространению сигнала. Вместо одного посланного монохроматического сигнала на входе приемника удаленной цивилизации окажется много этих колебаний с несколько различными частотами, фазами и амплитудами. Суммируясь, они и воспринимаются приемником как шумовое, случайное колебание. Если бы оно было Эверестом среди других вершин-шумов, то, конечно, мы бы легко его заметили. Но если оно соизмеримо с уровнем шумов неба и самого приемного устройства или ниже этого уровня, то дела наши плохи. Такой сигнал ПРИНЦИПИАЛЬНО нельзя обнаружить! Ибо, накапливая его во времени, мы будем с таким же успехом накапливать и шумы. Следовательно, соотношение между сигналом и шумом не изменится.
– Какие же признаки Вы предлагаете придавать сигналу на передаче, чтобы мы могли его «откопать» в шуме путем накопления?
– Необходимо в сигнал ввести периодические изменения, то есть ввести модуляцию периодическим процессом.
– Но ведь он тоже будет искажаться при распространении в этой ужасной межзвездной среде?
– Вот это можно исключить. Частота периодических изменений в сигнале должна быть, например, в миллионы раз меньше частоты несущего колебания. Тогда эти медленные колебания практически не будут подвержены эффекту Допплера и не будут искажаться из-за многолучевого распространения.
– Насколько я понимаю, для накопления необходимо обязательно знать период этого периодического процесса. А как мы его узнаем, если сигнал погребен под шумами?
В этом и состоит основная трудность и основная тайна метода. Я предложил такой выход. Воспользуемся известным азбучным положением альпинистской техники: используй при движении по скальной стенке каждую зацепку хотя бы дважды – сначала для захвата рукой и подтягивания тела, а затем для выжимания тела рукой или ногой на этой же зацепке.
– ???
Мы уже обсуждали первую «зацепку». Ее предложили Г. Коккони и П. Моррисон. Это передача на волне излучения водорода, то есть излучение с частотой 1 420 000 000 Гц. Вторичное использование этой остроумной идеи, этой «зацепки» состоит в том, что медленный периодический процесс мы получаем из этой же частоты. Если мы разделим эту частоту, например на миллион (106), то получим процесс с частотой 1420 Гц.
Значит, мы можем еще раз использовать идею Г. Коккони и П. Моррисона, если будем периодически менять один из параметров сигнала с частотой, скажем, 1420 Гц. А на приеме его накапливать.
– Но ведь и шум будет накапливаться? Так?
– Конечно. Но в силу своей хаотичности шум накапливается медленней. При некотором времени накопления сигнал сравняется с шумом, а при еще большем – превзойдет его. Вот тут мы и можем обнаружить. Поймать долгожданную золотую рыбку. Для наибольшей дальнобойности следует периодически менять фазу сигнала.
– А нельзя ли в этот поддающийся накоплению сигнал вложить и смысловую информацию?
– Можно. Если периодически менять в небольших пределах частоту несущего колебания, а информацию при этом вкладывать в разность фаз соседних посылок, то получим универсальный сигнал для межзвездной связи. Там, где техника приема менее совершенна или очень велико удаление от пославших сигнал, может удасться выловить только периодические изменения частоты. Но и это одно уже принесет великую весть о наличии братьев по разуму!.
Там, где техника приема более совершенна или расстояние не столь велико, можно не только обнаружить периодические изменения частоты, но и расшифровать информацию, заложенную в фазу каждой посылки, по отношению к предыдущей. В этом случае дальнобойность несколько снижается, но это неизбежная плата за универсальность.
– А почему Вы делите именно на миллион?
– Я боялся этого вопроса. Во-первых, это круглое число и очень популярное даже в речи. Может быть, и у других мыслящих существ оно в таком же почете. Во-вторых, в обоих описанных сигналах Так или иначе используется фаза. Передача информации фазовыми методами космическим кораблям пока в пределах Солнечной системы показывает, что фазу нельзя менять очень медленно (появляются искажения за счет набега фазы) и очень быстро (искажения за счет дисперсии фазы). Частота изменения фазы 1420 Гц, к счастью и удивлению, как раз и лежит в допустимом промежутке!
Для проверки гипотезы надо в приемниках, ищущих сигнал на частоте водорода, сделать накопительные приставки для одновременного поиска медленных периодических изменений в этом сигнале. Второй путь: использовать ЭВМ для поиска медленных периодических процессов в сигнале на выходе приемника.
Для Таллина был характерен менее оптимистический, чем в Бюрокане, взгляд, но более глубокое понимание проблемы. Стало ясно, что проблема внеземных цивилизаций не есть изолированная проблема. Ее возникновение связано с эволюцией нашей земной цивилизации, с развитием нашей науки и культуры. Она является общенаучной, общекультурной и общечеловеческой проблемой, требующей сотрудничества в разных сферах человеческой деятельности и сотрудничества между народами. Поиск решения проблемы позволяет лучше понять кардинальные задачи нашей цивилизации, ее сегодняшние заботы, ее будущее.
По поводу стратегии поиска сигналов и их возможных видов были высказаны разные точки зрения. При этом большинство сошлось на том, что надежды на очень мощный сигнал от сверхцивилизаций, который мы легко примем, вряд ли обоснованы. Необходимо совершенствовать наши поисковые установки, подключать к ним ЭВМ, увеличивать число этих установок и ориентироваться на различные варианты возможных сигналов.




Где же сигналы из космоса?
Одиноки? Вряд ли!
Подведем итоги. Для этого я составил таблицу на четырех склеенных листах ватмана (в книжку ее не втиснуть), где сгруппировал все ответы на интересующий многих вопрос: «ПОЧЕМУ ЗЕМЛЯНЕ НЕ ОБНАРУЖИВАЮТ СИГНАЛОВ ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ?»
Ответы разделены на две группы согласно двум гипотезам.
Первая – сигналы излучаются другими цивилизациями.
Вторая – сигналы не излучаются другими цивилизациями.
Рассмотрим ответы в предположении первой гипотезы. Вот только основные причины, по которым мы не обнаруживаем сигналов, излучаемых другими цивилизациями:
преодолев гигантские межзвездные расстояния, сигнал достиг Солнечной системы, находящейся на «задворках» Галактики, очень слабым, ниже уровня шумов на входе приемника;
многолучевость распространения, вызванная неоднородностью межзвездной среды, «стерла» следы разумности в сигнале и превратила его в колебания, не отличимые от шума;
несовпадение частот настройки их передатчика и нашего приемника. Ведь нет единого главного конструктора передатчика и приемника. Поиск строится на догадке или счастливой случайности;
несогласованность «расписания» работы: наш приемник обследует ту звезду, которая в это время молчит. Здесь может быть полезна идея П. Маковецкого – опора на вспышки новых и сверхновых;
антенны передатчика и приемника не «смотрят» друг на друга. При всенаправленной антенне передатчика этого не требуется, но, как мы видели, такая передача требует гигантских, вряд ли реализуемых мощностей;
нам шлют сверхкороткие импульсы, которые занимают очень широкую полосу частот и не охватываются узким «горлом» земных приемников. Ситуация, аналогичная попыткам верблюда пролезть в игольное ушко;
сигналы могут не достигать Земли или приходить очень слабыми из-за поглощения в межзвездной среде или даже в атмосфере нашей планеты;
передача информации может осуществляться не известными пока нам способами. Например, с помощью элементарных частиц.
Выше мы уже рассматривали различные идеи, позволяющие преодолеть в той или иной мере некоторые из перечисленных препятствий на пути обнаружения сигналов из других миров.
Теперь перейдем к рассмотрению второй гипотезы: мы не принимаем их сигналов по самой простой причине – сигналы никто не излучает в межзвездное пространство. Такую гипотезу тоже можно подкрепить рядом соображений. Вот они:
Земля есть единственная колыбель цивилизации. Других просто не существует. Излучать сигналы некому. Иногда смягчают эту мысль рассуждением о том, что удаление объектов велико и никакого контакта никогда быть не может. Этот тезис и его антитезис мы уже разбирали. Большинство ученых мира отрицает единственность и придерживается другого тезиса – ничто не уникально во Вселенной;
другие сообщества достигли разумного уровня, минуя технологический путь, не создавая никакой техники, в том числе устройств, излучающих сигналы;
внеземные цивилизации существуют очень недолго. Причины тому – самоуничтожение в результате войн, болезней, физического вырождения, обратной эволюции и др. Поэтому нет их перекрытия во времени, даже с учетом длительного времени распространения посланных сигналов.
Вряд ли можно согласиться с этой пессимистической точкой зрения на возможности разума, не смогшего успешно преодолеть кризисные ситуации своей цивилизации.
– Внеземные цивилизации не хотят мешать самостоятельному развитию других цивилизаций, поучать их, сообщать информацию, которой они владеют. Поэтому никаких сигналов другим не посылают.
Мы уже говорили, что вопрос о других цивилизациях, о контакте с ними неизбежно встает на некотором этапе»; эволюции любой цивилизации, на некотором этапе ее) развития в области науки и культуры. Уйти от него невозможно. Это было бы равносильно торможению развития. Тем более, что контакт на первых этапах должен установить только основной факт – наличие в космосе братьев по разуму.
Трудно себе представить разумное сообщество, которое, обладая достаточными техническими средствами, отказалось бы от попыток установить контакт.
– Внеземные цивилизации не излучают мощных сигналов из-за опасности нарушить свою среду обитания.
С этим можно согласиться, так как вынос сверхмощных передатчиков далеко от среды обитания требует колоссальных затрат энергии и времени. Но такая цивилизация может вполне излучать менее мощные сигналы, не угрожающие ее обитателям.
– Существующие внеземные цивилизации находятся на нашем или более низком уровне технологии и в лучшем случае тоже только ищут сигналы, а сами еще не посылают.
Такую ситуацию хорошо объясняет гипотеза В. Троицкого, о которой мы уже говорили. Вместе с тем величайшее разнообразие условий на космических телах, которых миллиарды в Галактике и которые существуют, непрерывно изменяясь, вот уже более десятка миллиардов лет, не позволяют принять без обоснования эту гипотезу о едином времени зарождения жизни в нашем Млечном Пути.
– Внеземные цивилизации просто боятся вступать в контакт. Мало ли что может случиться: закабаление, навязывание новой религии, рабство. Поэтому не только не излучают сигналов, но даже не ищут их.
Такую же тактику «закрытых ушей» предлагал землянам профессор Хьюши, открывший пульсары. Но она, как мы видим, не нашла поддержки.
Существует якобы Галактический клуб, объединяющий высокоразвитые цивилизации, который объявил нашу Солнечную систему и окружающее ее огромное пространство космическим заповедником. Затем, несколько миллиардов лет назад, посланцы клуба бросили «споры» жизни на планету Земля и с тех пор идет наблюдение – до чего дойдет жизнь и разум на ней. И сделано так, что никакие сигналы ; других обитателей космоса, дабы не мешать естественному ходу развития, не достигают этого гигантского заповедника.
Наивность этой зоогипотезы с уничтожающим юмором показана еще С. Лемом в «Звездных дневниках Ийона Тихого» (Путешествие восьмое) более четверти века назад. Но все же встречаются люди, которые продолжают верить в эту гипотезу с аномальными явлениями, наблюдаемыми в атмосфере, физика которых еще не раскрыта. Если и среди читателей этой книги есть такие, то мы приводим для них высказывание академика Л. Мигдала из раздела его книги (Поиски истины. М., Молодая гвардия, 1983) с характерным названием «Хочется верить, но нет оснований»:
«Предположение, что жизнь существует в других мирах, не противоречит науке, и пришельцы из этих миров могли бы посетить Землю. Но нет никаких оснований утверждать, что они действительно здесь побывали. Так же, как нет, по мнению специалистов, никаких оснований считать, что летающие тарелки представляют собой что-либо иное, чем явления атмосферной оптики».
Таким образом, мы рассмотрели большое число ответов (отнюдь не полное) на вопрос о причинах необнаружения сигналов других разумных миров. Причин много. Даже слишком много, чтобы дать определенный ответ на этот вопрос.
Большинство ответов связано не с нашей исключительностью, уникальностью, а с огромными трудностями, стоящими на пути контактов между цивилизациями и, в частности, на пути одного из доступнейших путей контакта – излучения сигналов. Гигантские расстояния между звездами и невозможность больших концентраций энергии подсказывают основное направление экспериментов по поиску сигналов. Это улучшение диаграмм направленности наших антенн, повышение чувствительности приемников, реализация методов накопления сигналов, подключение ЭВМ для «раскопки» слабого разумного сигнала в шумах, выдвижение новых гипотез о возможных формах сигналов.
Нет сомнений, что разбросанные во Вселенной сообщества разумной жизни (принимая гипотезу их существования) тем или иным способом победят разделяющие их гигантские пространства и протянут друг другу руки дружбы.







Вулкан уже пылает
Жертва экспоненты
После сдачи экзаменов в аспирантуру все три претендента набрали равное максимальное число баллов. Место было только одно. Комиссия поспорила и отдала его С. Он выделялся хорошим знанием не только программы, но и последних работ отечественных и зарубежных авторов. В С. чувствовалась искренняя тяга к науке. Я с удовольствием согласился руководить его работой. Наметили тему исследований. Решили, как обычно, начать с обзора и анализа опубликованных по теме работ. Срок – полгода. С. принес обзор только к концу первого года.
Беглый просмотр показал, что это обстоятельный труд: изучено большое число работ, есть их разбор, критика. Сформулированы даже выводы, что бывает редко. Хорошо оформлен. По-видимому, задание выполнено успешно.
Дома я стал знакомиться с материалом детально. Обзор начинался с рассмотрения очень старых работ, лежащих в основе того большого научного направления, в котором весьма скромное место занимала намеченная нами тема. Этот материал был хорошо известен, и его можно было не ворошить. Но С., видимо, задался целью построить логическую цепь становления всего направления. Поэтому начал «от Адама». Он классифицировал отдельные этапы, придумал им остроумные названия, составил логическую цепочку развития идей. Нашел адекватную графическую трактовку этой цепи со всеми сложными взаимосвязями. Я даже залюбовался стройностью и ясностью этих построений. Но почему обзор финиширует на работах пяти-шестилетней давности? Где последний этап, самый интересный и нужный?
Оказалось, на него не хватило времени. С. дал слово в ближайшие месяцы не только завершить обзор, но и приступить к собственным исследованиям. Наметили несколько задач, с которых надо начинать.
Через полгода С. вручил мне (не без гордости) увесистую рукопись. Она завершала архитектуру обзора красивым, почти как у Адмиралтейства в Ленинграде, шпилем. Но почему у шпиля не хватает макушки, кораблика? Опять-таки не были охвачены работы последнего года. К задачам аспирант, так и не приступил. Согласились на том, что больше тратить время и силы на чужие работы нельзя. Надо немедленно приступать к исследованиям.
С. стал появляться чаще. Решение задач шло туго. Чаще всего он применял один из подходов, разобранных в обзоре, и либо получал тривиальный результат, либо задача не решалась. Одновременно он все же продолжал с любовью совершенствовать архитектуру своего обзорного сооружения. Дальше развил свою классификацию. К фундаменту добавил «археологические» находки еще более старых работ, а шпиль наращивал новыми элементами, пристраивал портики других направлений и связей.
Портфель у него всегда был до предела набит карточками, журналами, копиями статей, экспресс-информацией... С утра он работал дома, а почти все вечера проводил в библиотеках. Время мчалось, а его «творческий воз» все еще оставался у нулевой отметки.
Однажды С. явился сияющий и показал собственное решение трудного и важного вопроса. Обсудили. Все как будто правильно. Я поздравил его с творческой удачей. Самый трудный, но и самый радостный первый творческий шаг: первое исследование, первая твоя формула, первое изобретение, первая конструкция. И когда он сделан, появляется вера в собственное «Я», начинаешь понимать, что действительно «не боги горшки обжигают», что творчество – это не удел «избранников божьих». Появляется не только вера, но где-то вырастают незримые крылья, на которых ты летишь, как птица в небе, и уже смело вторгаешься в страну неизведанного.
Несколько дней, где-то на самых задворках памяти, меня витало какое-то неясное сомнение в решенной С. задаче. Оно прояснилось, как ни странно, в метро. Был час пик. Вагон был переполнен. В мой живот начал врезаться острым углом «дипломат» соседа. Живот «сообщил», что он предпочел бы не «дипломат», а старый добрый с мягкими углами портфель. И тут неожиданно я вспомнил статью в американском журнале, где тем же методом, с теми же результатами, с теми же спорными допущениями решалась задача, окрылившая С.
Звоню ему. Оказывается, он тоже обнаружил эту статью. В памяти стерлась или затерялась среди сотен других сама статья, но метод решения, подход к ней где-то отложился в логике рассуждений. Это и привело к повторному решению задачи.
Было сделано еще несколько попыток оторвать С. от чужих работ и помочь прокладывать собственную тропинку. Но все они терпели фиаско.
Я понял, что С. пал жертвой «вектора инерции» и «экспоненты».
– Инерция – это, насколько я помню, свойство тел противиться всякому изменению движения или состояния покоя. Чем больше масса, тем сильнее это свойство. Причем тут это?
Речь идет об инерции мышления. Термин «вектор инерции» замелькал в литературе последние десятилетия. Увлекшись изучением чужих работ, человек может стать их пленником. Собственная мысль мечется в огромном ворохе накопленной информации, не находит своего собственного пути и сбивается на один из известных, протоптанных.
Вот альпинист с очень тяжелым рюкзаком быстро спускается по крутой тропе вниз. Рюкзак не позволяет ему ни резко свернуть с тропы, чтобы насладиться ароматом: и красотой цветущей горной лилии, ни остановиться, чтобы поднять красивый камень. Он увлекает его вниз и только! по проторенной тропе.
Нечто подобное произошло с С. Тяжелейший «рюкзак» с накопленной информацией волочил его все три года по хоженым тропам.
– Значит, было бы лучше, если бы С. вообще не изучал чужие работы? Так?
– Нет. Не так. Изучать обязательно надо. Но не становиться их рабом. Надо «вектору» чужих мыслей противопоставить «вектор» собственных мыслей. В этом единоборстве двух векторов, известного и нового, – сущность всякого творчества.
С. слишком увлекся набивкой в «рюкзак» чужих мыслей и все откладывал добавку своих собственных. Когда спохватился, то было уже поздно: тяжелый рюкзак поволок его не туда, куда и он, и я хотели.
– Как же стимулировать этот «вектор» собственных мыслей? От чего он зависит?
– В ответ могу лишь сослаться на моего коллегу, профессора Л.И. Филиппова. Он выдвинул любопытную и, конечно, спорную гипотезу о десяти главных составляющих творчества личности (Т), объединив их в виде формулы. Но в ней я не нашел нашего «вектора инерции» и дополнил формулу последним множителем. Вот что получилось:
Т = (З + Сс) {(Л + Н + В)НсЭ + log Ск}vПФ(1 – И).
Обозначения следующие:
3 – Знания. Без них немыслим любой творческий процесс;
Сс – Способность к самообразованию. Знания стареют и обесцениваются, их необходимо обновлять;
Л – Любознательность. Невознаграждаемое стремление к получению знаний;
Н – Наблюдательность. Внимательное восприятие окружающего без разделения на важное и «мелочи»;
В – Воображение. Умение выдвинуть идею на основе имеющихся знаний;
Нс – Настойчивость. Упорство в преодолении трудностей и препятствий на пути к новому;
Э – Энтузиазм. Стремление к творчеству. Если любознательность часто созерцательна, то энтузиазм активен, целеустремлен;
Ск – Скептицизм. Критическое отношение к гипотезам, идеям, теориям, направленное не на отрицание, как некоторые считают, а на их проверку;
П – Память. Оперативные знания, которыми личность может пользоваться, не обращаясь к записям, к книгам;
Ф – Физическое здоровье. Необходимый минимум биологической регуляции, обеспечивающий интеллектуальную активность личности;
И – Вектор инерции. Сила, увлекающая личность по «хоженым тропам». Лежит в пределах О ? И ? 1.
При И = 0 последний множитель исчезает. При И = 1 вектор полностью управляет личностью, творчество исчезает. Вот это последнее и произошло с аспирантом С.
– Так как же определить меру? Сколько набирать чужих мыслей? Когда остановиться?
– Тут единого рецепта нет и, по-видимому, не может быть. Сделать сегодня даже небольшой шаг в науке и технике, не зная состояния вопроса, не зная фундаментальных работ в избранной области (за исключением отдельных редчайших случаев), невозможно.
Из всего потока информации, который нам подбрасывает «экспонента», нужно брать самое существенное.
– Как же угадать, что существенное, а что нет?
– Здесь часто помогает системный подход. Важно все время иметь в виду требуемый конечный результат. Просматривая чужую работу, сразу оценивать, делает ли она заметный шаг к решению или только уточняет мелкие детали.
Путь к решению проблемы можно представить как путь через большой незнакомый город. Легко заблудиться, попасть в тупик, начать кружить по кольцевым улицам или бульварам. Если вам нужно выбраться к объекту на противоположном краю города, и наложено «табу» на любые консультации, и нет плана города, то лучше всего было бы время от времени взлетать над городом на вертолете или воздушном шаре, охватывать его весь единым взором и оценивать свое продвижение к конечной цели.
– Что же может служить воздушным шаром в мире информации?
– Об этом, то есть о стратегии и тактике работы с информацией, мы поговорим позже, в разделе «Домашний вулканчик». Ведь надо закончить повествование о нашем труженике, достойном сочувствия аспиранте С.
– Вы сказали, что он пал жертвой «вектора инерции» и «экспоненты». С инерцией уже ясно. Но причем тут экспонента?
– Сначала напомним, что такое экспонента. Это кривая, графически выражающая экспоненциальную зависимость между двумя переменными х и у. Аналитически эта показательная функция для простейшего случая записывается так y = ex.
По мере возрастания x, y сначала растет очень медленно, экспонента почти стелется вдоль оси x. Но по мере роста x кривая сначала медленно изгибается вверх, а потом все быстрее и быстрее... И вот она уже, как ракета, мчится почти вертикально вверх вдоль оси y. На этом участке y фантастически быстро растет и может превысить любую заданную величину.
Уникальность экспоненциальной зависимости связана с двумя ее свойствами. Во-первых, производная от этой функции равна самой функции, во-вторых, интеграл от этой функции также равен самой функции.
Первое свойство требует непрерывного равенства скорости роста величины самой величине. На примере снежного кома, пущенного с горы, эта зависимость выглядит так – если ком увеличился, скажем, в 5 раз, то и скорость налипания снега на него тоже должна увеличиться в 5 раз.
Второе свойство требует непрерывного равенства каждого значения функции сумме всех ее предшествующих значений, то есть ее интегральному значению.
Многие показатели нашей цивилизации, как мы уже отмечали, нарастают во времени почти по этому закону: народонаселение, потребляемая энергия, количество научных публикаций... И самое главное, что по этим показателям мы уже вышли на очень круто нарастающий участок экспоненты.
История нашей цивилизации знает много примеров, когда некоторые ее показатели стремительно росли по экспоненте и, казалось, вели к катастрофе. Так было с ростом числа лошадей на планете, с ростом парусных судов, с ростом числа жителей городов и автомобилей в них. Но неограниченного нарастания ни одного из этих показателей, как мы знаем, к счастью, не случилось. Это результат действия сложных процессов саморегулирования, которые действуют в обществе, и, конечно, неизменного прогресса в его развитии.
Так, если просто продолжать действующий сейчас закон роста народонаселения, то в начале третьего тысячелетия оно станет почти бесконечно большим. Учет реальных. факторов дает цифру для 2000 года, по оценке ООН, 7,4 млрд человек (сейчас население составляет 4,4 млрд человек).
– Я пока так и не понял, почему С. стал жертвой экспоненты?
– Отвечаю. Все дело в том, что число научных публикаций также растет по экспоненте. Кроме угрожающего роста самой величины, согласно второму свойству экспоненты, каждое значение величины у равно сумме всех ее предшествующих значений. Грубо говоря, при каждом поколении ученых появляется столько новых статей и книг, сколько их было за все предшествующее время. Это приводит к тому, что число научных публикаций в наше время удваивается во многих областях знаний каждые три-четыре года.
Вот с этим гигантским потоком из мирового информационного вулкана и вступил в единоборство С., явно переоценив свои возможности.
Пока он усердно изучал старые потоки, вулкан бросал на его бедную голову новые, по мощности равные сумме всех предыдущих.
А начал он, вы помните, от самых истоков, «от Адама». Полагаясь только на свои молодые могучие силы и великую тягу к науке, редко посещал семинары, где мы разбирали наиболее интересные работы. Вероятно, плохо использовал нашу информационную службу. Она, хотя и с запозданием, помогает найти и выделить наиболее ценные работы. Наконец, упустил такой эффективный путь, как личное общение с работающими в области выбранного направления. Мои попытки сломать его замкнутость и стеснение, увлечь дискуссией терпели фиаско. У него был рыцарский порыв одному справиться с Его Величеством Мировым Информационным Вулканом.
Вот в этом смысле С. и стал жертвой экспоненты. Почти без руля и ветрил он метался в информационном потоке. Искал то тут то там. А экспонента безжалостно заваливала его все новыми и новыми материалами... Отдав все силы борьбе, он попал к тому же во власть вектора инерции, который волочил его по хоженым тропам, не давая ни на шаг отступить от них.
Конечно, хорош и руководитель, который вовремя не схватил его за руку или за рукав (ведь руки у С. всегда были заняты книгами, журналами, карточками) и не вырвал из этих засасывающих, как топкое болото, информационных потоков. А когда начал тащить, то топи уже оказались сильнее. Засосали.
– А общий поток информации, не только научной, он тоже во власти этой ужасной кривой?
– К сожалению, да. Ведь это чувствует каждый на себе. Потоки информации стремительно растут. Из кратера выбрасывается все больше газет, журналов, книг, кинокартин, радио и телепередач, реклам, телефонных разговоров, телеграмм, писем... Нередко это приводит бедного потребителя информации на грань стресса. И не удивительно. Ведь сегодня мировой вулкан выбрасывает в год 7 миллиардов страниц нового текста, 300 000 описаний новых изобретений и открытий, десятки миллионов радио-и телевизионных передач.
Только в Советском Союзе в год издается 2 миллиона книг и брошюр! Новую информацию начали уже измерять даже километрами. Так, длина заполненных книжных полок в Ленинской библиотеке увеличивается в год на десять километров.
Поиск срочно нужной информации нередко превращается в пресловутую задачу поиска иголки в стоге сена. Повторные поиски уже известных технических решений, повторные изобретения стали частым явлением.
Если все накопленные знания принять за 100%, то в своей практической деятельности человечество использует только 2...3%.
Но и это еще не все. Ведь гул и клокотание вулкана нарастают. Начавшаяся в середине нашего столетия научно-техническая революция стала, образно говоря, его могучим кочегаром.
Большинство футурологов, прогнозистов, статистиков сходятся на том, что к 2000 году поток информации из жерла вулкана возрастет в 30 раз!
Народившиеся сегодня малыши, беззаботно резвящиеся, как и тысячу лет назад, и не подозревают, что им придется «сражаться» не только с этим гигантским потоком, но и знакомиться со старыми, древними, застывшими потоками его лавы.








Вулкан уже пылает
Что может вместить голова?
Родился очередной землянин. Возникло очередное новое маленькое звено в живом конвейере планеты. Это звено получило эстафету жизни от папы и мамы и должно передать ее дальше – своим детям. Так поддерживается уже миллиарды лет наш конвейер жизни. Но пока это звено управляется только инстинктами: кричит, смотрит, трогает, хватает. Вскоре начинается процесс его самообучения, обучения, накопления данных об окружающем мире, познание этого мира и, наконец, собственное творчество.
Кстати, о творчестве. Меня удивляют людные дискуссии на тему «Все ли рождены для творчества?». А что тут спорить? Зачем сеять семена сомнения в человеке?
Окажись, например, человек, как Робинзон Крузо, на необитаемом острове, и необходимость, жестокая необходимость выжить заставит любого человека ТВОРИТЬ. Сколько массового героического творчества было проявлено на фронте и в тылу в Великую Отечественную войну!
Почему на заводах, где обучают творчеству и стимулируют его, почти каждый рабочий – изобретатель или рационализатор, а где этим не занимаются, новаторов почти нет?!
Почему в некоторых учебных институтах, где обучают творчеству (правда, их пока мало), почти все дипломные работы базируются на изобретениях дипломников?
Ответ на все эти вопросы однозначный: каждый может и должен творить. Жестокая борьба человека за существование, вероятно, не могла не внести это качество в наследственный код.
Особенно благоприятные условия созданы в соцстранах: всеобщее бесплатное образование, материальное и моральное поощрение новаторов, широкая сеть школ изобретателей и т.д.
Но в таинственный процесс творчества одни включаются) сами, а других надо «разбудить» к творчеству. Создать ситуацию, стимулирующую необходимость творчества, ситуацию веры в свои творческие силы. Поэтому упомянутые дискуссии надо направить в практическое русло: как наиболее эффективно «будить» и стимулировать человека к творчеству и как начинать это с его первых шагов.
Конечно, уровни творчества бывают разные. Один создает новый тип двигателя внутреннего сгорания или реактивного двигателя, другой изобретает пластмассовую спичку или застежку «молния». И то и другое очень нужно. Прогресс человечества базируется на интегральной сумме и малых, и больших, и крохотных творческих шагов. Накопление разных творческих шагов готовит большой революционный скачок вперед.
Но вернемся к очередному малышу. Они рождались миллион лет назад, рождаются сейчас и будут рождаться, пока, существует наша цивилизация. Процесс обучения малышей, количество накопленных каждым из них данных или. их личный банк данных зависят, несомненно, от эпохи; в которую появился на свет тот или иной ребенок.
Пока не было членораздельной речи, как это ни парадоксально, в большом ходу были наши элементарные двоичные сигналы.
Кивок головой, гримаса, шлепок или поглаживание, грозное или доброе урчание – все это те же ДА-НЕТ. Обучение напоминало дрессировку животных по принципу поощрения и наказания. При этом показ играл главную роль.
Недавно профессор. К. и я двое суток вынужденно бездельничали на леднике Алибек. Наша миссия состояла в наблюдении за восхождением двух альпинистов на вершину Эрцог и поддержании с ними радиосвязи. В первый день мы наслаждались всем: панорамой снежных и скальных вершин, синевой далей уходящих вниз ущелий, фантастическими, облаками, плывущими совсем рядом над перевалом, песнями водопадов и ручейков. К концу второго дня заскучали... Надоело топтаться на одном месте. И вдруг чудесное зрелище, разогнавшее скуку. Метрах в двухстах от нас появилась, семья туров.. Отец, мать и двое малышей. Прибыли они с конкретной целью: обучать детей двигаться по скалам. Учителем выступала мать. Она показала прыжок с одного скального уступа на другой и явно звала малышей следовать за ней. Один повторил прыжок, это вызвало одобрение родителей. Второй не решался. Отец начал легонько подталкивать малыша, и тот прыгнул, ! Приблизительно так шла учеба и малышей; в далекие времена.
С появлением членораздельной речи картина изменилась. Появились куда более разнообразные сигналы, чем ДА-НЕТ. Появилась возможность сообщать более тонкие мысли и передавать, изустно опыт и знания людей от поколения к поколению.
На земном шаре еще немало племен, которые до сих пор не имеют письменности. Любопытный рассказ об одном таком племени я слышал от уже упоминавшегося канадского антрополога профессора Ли, прожившего несколько лет на Юге Африки в племени бушменов. Кстати, у них нет даже самоназвания. Бушменами их окрестили европейцы, исходя из их образа жизни. В переводе с голландского бушмены «люди кустов, зарослей». Ли прожил несколько лет с обитателями кустов, изучил их язык и обычаи. Слушал по ночам у костров их передаваемые веками из уст в уста древние легенды и сказки. Поражался их фантазии и памяти. Пришел к твердому убеждению, что мозговая деятельность бушмена и человека технически развитой страны не имеет заметных различий. Ли пытался обучить меня красивым щелкающим звукам, характерным для речи бушменов, но потерпел фиаско. Не даются они европейцу. Звуки же европейских языков легко усваиваются бушменами. При рассказах об этих таинственных низкорослых обитателях Африки в глазах профессора появлялась грусть. Он признался, что ему очень трудно было принять решение в один бит: остаться на всю жизнь с полюбившимися бушменами или вернуться к людям современной цивилизации.
Появление письменности было следующим революционным скачком в развитии земной цивилизации. Люди получили возможность фиксировать опыт и свою историю на материальных носителях: на скалах, на каменных и глиняных плитках, бересте, пергаменте и, наконец, на бумаге. Мы так привыкли к последнему носителю информации, что сегодня не представляем себе жизни без него.
Обучение и самообучение уже стали немыслимыми без книги и учебников. Развитие науки и техники создало много других носителей информации – фотография, кино, записи на пластинках, на магнитной ленте...
Конечно, «банк данных» бушмена или сумма накопленных им знаний об окружающем мире, о себе несравненно меньше, чем у человека из технически развитой страны. Мне вспоминается фантастическая повесть, которую я прочел, будучи еще школьником. Она резко изменила мое отношение к обучению: я ликвидировал двойки по математике и физике. Название повести стерлось в памяти, а суть врезалась навсегда. Школьник, наш современник, каким-то чудом, наверно на машине времени Г. Уэллса, переносится в каменный век. Его приютило некое племя. Он начинает участвовать во всех делах племени и применять свои знания. Использование рычага Архимеда сделало его героем дня. Когда же он соорудил подобие тачки с невиданным устройством – колесом, то вызвал общее поклонение... И вот тут школьник нещадно корил себя за то, что так мало знал, плохо учился, списывал решение задач, не вникал в суть изучаемого. Как бы пригодились его знания, если бы они были, всему племени!
Книги стали памятью человечества. Весь опыт человечества, мысли и думы – все это копилось и копится в книгах. Книга стала основным источником знаний. По-видимому, никакая цивилизация, никакое сообщество не могут достичь высокого развития без такой внешней памяти. Она связует поколения и движет прогресс. Конечно, книга не может заменить живое человеческое слово, не может осуществить надежный контроль за обучением, не может приспосабливаться к каждому обучающемуся. Поэтому книга не зачеркнула учителя, а стала первым его помощником. Сегодня мы стоим на пороге третьей революции в обучении. На помощь учителю и книге уже идет ЭВМ. Конечно, ЭВМ не может полностью заменить учителя. Ведь она не может, как хороший учитель, увлеченно, с блеском в глазах, с мимикой и жестами рассказать о своем предмете. Не может дать живое общение ученика и учителя, в котором участвуют человеческие эмоции. Но ЭВМ может вести индивидуальное обучение как очень опытный репетитор: ставить задачи, контролировать их решение, вести диалог с учеником, задавать наводящие вопросы, ускорять или замедлять темп обучения в зависимости от успехов ученика... Это отнюдь не значит, что каждому ученику в будущем понадобится своя ЭВМ, что было бы слишком накладно. Одна ЭВМ сможет одновременно обучать сотни учеников. А ученик может даже не тратить времени на дорогу в учебное заведение – обучение будет идти по каналу связи. Конечно, дома будет тоже небольшой компьютер – связующее звено между каналом связи, домашними средствами звукового и визуального отображения информации и обучающимся. Этот же компьютер разгрузит обитателей дома от многих забот и дел: оплата бытовых услуг, напоминание о важных делах, управление варкой пищи, стиральной машиной, включение, а главное, выключение телевизора в установленное время...
Но пока в основном традиционные методы обучения: учитель, доска и мел, учебник, домашние задания, зачеты, экзамены...
Правда, технические средства обучения уже пришли на помощь: автоматический экзаменатор, система обратной связи «студент > преподаватель» на лекциях, кино, телевидение...
Несомненно, они повышают усвоение материала, экономят время, но того большого скачка в эффективности обучения, на который многие надеялись, пока эти средства не совершили.
Любопытно отметить, что есть ситуации, когда обучающая машина может быть предпочтительнее самых лучших учителей. Так, для обучения наследника русского престола была приглашена целая бригада образованнейших людей того времени. В течение 13 лет она в поте лица трудилась, А какой же получился эффект? Как мы знаем, очень малый. Для этого достаточно заглянуть в дневники, которые он вел в период управления государством: «Колол дрова», «Вкусно пообедал с С. », «Плохая погода»...
В чем же дело? Один из секретов заложен в... обратной связи. Обучающим профессорам строго-настрого было запрещено задавать цесаревичу вопросы, дабы будущий самодержец, божий помазанник, не выглядел дураком. Тем более что учителя могли разгласить эту величайшую тайну. А машине, если бы она тогда была, можно было бы задать алгоритм: «не смеяться над глупыми ответами, хранить тайну, не сплетничать... »
Итак, с первых своих шагов человек начинает накапливать информацию и продолжает этот процесс всю жизнь. В связи с этим встают фундаментальные вопросы: сколько информации он может накопить и сколько ее вообще может вместить человеческий мозг?
Для ответа на эти вопросы надо бы знать устройство и механизм работы нашего мозга. Ни то ни другое достаточно хорошо еще не известно. Пока есть только ряд гипотез упрощенных моделей механизма работы мозга и весьма приблизительные оценки его информационной емкости. Они. колеблются в широких пределах: от 107 до 1021 бит. Примем, для наших рассуждений среднюю величину 1014, то есть единицу с 14 нулями. Число это сверхгигант. Ведь число звезд в Млечном Пути, то есть в нашей Галактике, в тысячу раз меньшее и составляет «всего лишь» 1011.
Весь книжный фонд публичной библиотеки им. В.И. Ленина в Москве – а это самая большая наша библиотека – пересчитанный на посылки ДА-НЕТ, составляет величину порядка 1013. Значит, человек при принятой оценке мог бы носить в голове десять таких библиотек!
– А почему в предложение вкралась частица «бы»?
– Потому что на пути использования богатейших потенциальных возможностей нашего мозга есть непреодолимое препятствие – медленность ввода информации.
Опыт показывает, что скорость ввода информации в сознание составляет лишь несколько слов в секунду. Примем ее с небольшим запасом, равной 100 бит в секунду.
Предположим, что, используя приемы скорочтения и другие методы, о которых речь пойдет ниже, человек удесятерил эту скорость и достиг 1000 бит в секунду. Далее, пусть мы нашли такой феномен, который днем и ночью накапливает информацию, совсем не спит, а пища вводится в организм автоматически, без потери времени. В скобках заметим, что были зарегистрированы люди, которые совершенно не спали. Итак, наш феномен, наш факир – пожиратель информации, овладев к десяти годам грамотой, отказался от собственного творчества и приступил к эксперименту по максимальному накоплению информации. И пусть он копит эти знания ровно сто лет. Ведь такой срок активной сознательной жизни уже не за горами. Перемножив все эти цифры, легко получаем результат такого информационного стяжательства. Округленно он составит 3·1012 бит, то есть три тысячи миллиардов посылок типа ДА-НЕТ.
Результат удивителен. Даже мозг нашего феномена использует свое запоминающее устройство, свой мозг при сделанных допущениях всего лишь на 3 процента!
– Почему же Природа заложила такие сверхгигантские неиспользуемые резервы?
– При всем желании не могу удовлетворить любопытство Оппонента. Можно только строить гипотезы – может быть, на случай травматического повреждения части мозга (например, при падении наших далеких предков с дерева во время сна). Может быть, это странный «просчет» эволюции.
Если, от феномена перейти к нормальному индивидууму, который задался той же целью – максимального поглощения информации, – то получим меньший итог.
Пусть скорость ввода информации 25 бит в секунду, накопление идет в течение 50 лет, по 8 часов в сутки без выходных. Получаем скромную цифру 1,3·1010 бит.
Сравнивая результаты, мы видим, что феномен успевает в 200 раз больше, чем наш второй участник мысленного эксперимента.
Но даже феномену не справиться с теми десятками миллионов книг, которые будут изданы только при его жизни. А ведь есть еще литература и искусство прошлых поколений. Есть...
– Вы все ведете речь о каком-то «книжном черве», начетчике. Но ведь главная черта человека – способность мыслить. Можно ли учесть эти внутренние биты мозга?
– Я такой эксперимент ставил на себе. Однажды вечером решил: завтра взять две «информационные пробы» по 30 минут. Одну дома сразу после пробуждения, вторую днем на работе. В эти отрезки фиксировать всю текущую информацию в своем сознании – как поступающую извне, так и рождающуюся внутри.
Дальше в рукописи этой книги следовало несколько страниц записи всей информации (она не приводится), которая регистрировалась в процессе этих двух сеансов. Кроме информации, которая была связана с окружающим миром и моими действиями в нем, регистрировались по возможности и все возникавшие ассоциации, воспоминания и т.п.
Записанный в эти сеансы текст был пересчитан в посылки ДА-НЕТ. Делалось это просто. Как мы уже разбирали, число комбинаций, которое можно составить из пяти элементов ДА-НЕТ, равно 32, то есть числу букв в нашем алфавите. Значит, подсчитав число букв в записях и умножив это число на 5, получим эквивалентное число двоичных посылок в тексте.
В первом замере число бит в секунду получилось равным 43, а во втором – 55.
Усредняя результаты этих двух замеров, получаем ориентировочную среднюю скорость работы мозга при сделанных допущениях порядка 50 бит в секунду. Если исключить 8 часов сна, то при такой скорости в сознании человека в течение дня действует гигантская армия бит численностью 3 миллиона!
– Вы считаете, что 50 бит и есть ориентировочный предел скорости работы нашего мозга?
– Совсем нет. В острых, критических ситуациях он способен сильно форсировать скорость своей работы. Например, академик А. Колмогоров подсчитал, какую информацию приходится обрабатывать слаломисту на сложной крутой трассе. Получилось много сотен бит в секунду. Хорошо известна еще одна ситуация работы мозга с колоссальной скоростью. Если человеку угрожает реальная опасность погибнуть в ближайшие мгновения, то в его сознании кадр за кадром проносится весь прожитый кусок жизни. Я дважды таким образом просматривал свою «хронику».
– И как же это происходит? Все подряд, что накопилось в памяти с детских лет до...
– Нет, не все. Загадочный считающий импульс выхватывает наиболее яркие события, те информационные «бомбы», которые в свое время поразили сознание и оставили неизгладимый след. На просмотр полной многосерийной «хроники» просто нет времени.
– Значит, принципиально наш мозг, этот Великий Консерватор, может работать ускоренно. Нельзя ли его приучить делать это часто?
– Конечно, можно. Нужна упорная тренировка. Например, те, кто овладел скорочтением, читают в несколько раз быстрей... Если хотите, это один из путей продления своей «информационной» жизни. Впрочем, о скорочтении мы поговорим дальше.




Вулкан уже пылает
Домашний вулканчик
Завтра ответственный научный доклад. Хочется выйти к аудитории во всеоружии. Обрисовать слушателям только наружную, сверкающую на солнце часть «айсберга», а остальную, скрытую под водой, большую, подготовить и иметь в запасе. Она, «подводная», всегда придает уверенность, выручает на вопросах.
Но куда же подевались заметки прошлых лет по этой теме, вырезанные из журналов статьи, собственные расчеты? Еще и еще раз бегло перебираю свой архив, силюсь вспомнить, куда их засунул, внешний вид, когда пользовался последний раз. Но усилия тщетны. Уставший за день мозг отказывается помогать, вспомнить, искать. Хочется спать.
Что же делать? Неужели нельзя заставить себя работать?! Можно! Горячий, прохладный, ледяной душ. Сто глубоких вдохов-выдохов в лоджии по Н. Амосову. Тонус явно поднялся.
В бодром порыве стаскиваю в одну кучу все свои накопители информации. Это тетради и тетрадочки с записями, многочисленные папки с вырезками из газет и журналов, старые портфели, набитые проспектами выставок, тезисами конференций, дарственными статьями коллег, туго набитый ящичек картотеки, который давно не пополнялся, пачки разрозненных заметок на листочках из письменного стола, записные книжки с заметками на семинарах, симпозиумах, коллоквиумах...
«А был ли мальчик?» Был! Мне уже казалось, что я вспомнил, как он выглядел.
На полу посреди комнаты образовалась живописная куча. Мой домашний информационный вулканчик. Ложусь на ковер у кучи и начинаю спокойно, методически сортировать по темам, выбрасывать уже ненужное и искать материалы к докладу.
К утру большая куча трансформировалась в десяток мелких тематических, а главных материалов к докладу так и не обнаружил.
Где же они? Взяли «на денек» аспиранты? Они обычно возвращают, если вообще это делают, только после защиты. Заложены в какую-либо книгу? Но в какую? Погребены в информационной свалке на работе?
Мечта о сверкающем на солнце айсберге гибнет. Голова, через которую за ночь пропущена вся лава домашнего вулканчика, копившаяся добрый десяток лет, разбухла и вот-вот треснет. В глазах мелькают хаотические цветные полосы, как у цветного телевизора с нарушенной синхронизацией.
Надо срочно снимать доклад. Звоню ректору.
Доклад был снят, а я тут же между кучами погрузился в тяжелый сон.
Меня окружила толпа бит-гангстеров: нули и единицы, плюсы и минусы, точки и тире, ДА и НЕТ, черные и белые клетки. Я держу в руках кусок красивой кожи, а они ухватились за нее кто руками, кто зубами, пытаются ее отнять, отрывают куски. Может, отдать им ее? Нет! Да ведь это время моей жизни! Это шагреневая кожа. Надо сражаться. Ее площадь уменьшается катастрофически.
Как справиться одному с этой толпой? Но вот в толпе появились биты-доброжелатели. Они стали подбадривать меня. Оттеснять гангстеров. Вступать с ними в рукопашные схватки. Отрывать их от шагреня. Наконец с их помощью мне удалось спрятать свое кожаное время жизни за пазуху. Его перестали укорачивать гангстеры. Кто же эти мои доброжелатели? Очень они мне знакомы.
Я проснулся. Приоткрыв глаз, увидев рядом свои информационные кучки, я вспомнил сон и все понял. Я вырвался из окружения ненужной мне информации, которая укорачивает жизнь. А доброжелатели и были той необходимей информацией, которую я искал к докладу.
Но что же делать с кучками? Распихать их снова по портфелям, папкам, ящикам, полкам? Нет уж! Нужна иная система общения с информацией. И первая задача – навести порядок в своем домашнем вулканчике. Ясно, что все это должно быть сосредоточено в одном единственном месте, в одной точке пространства, четко классифицировано по тематике и быть всегда под рукой. Но ведь куча велика! Кубометр! Надо все устаревшее, неоригинальное, дублирующее уничтожить. Сдать в макулатуру.
А остальное, ценное? И как я не догадался раньше! Надо выбросить картотечку в стандартном узеньком ящичке и соорудить новую большую. Вместилище всех накапливаемых интересующих меня материалов.
Поперечное сечение хранилища можно взять равным сложенному пополам стандартному листу бумаги для печати на машинке. По площади он в 6 раз больше стандартной библиографической карточки. На нем можно записать не только название статьи или книги, но и выписать нужные данные из нее, свои комментарии, что-то изобразить графически (для экономии времени) и т.д.
Кроме того, сложенный пополам лист по размеру почти совпадает с общими и школьными тетрадями. Значит, все это можно ставить в единую картотеку!
Идешь, например, на симпозиум или лекцию, захватываешь одну тонкую школьную совсем не обременительную тетрадку. Записываешь то, что тебе потребуется, помечаешь, где и когда это было, и ставишь в нужный раздел картотеки. Как просто.
Да ведь это элементарный НОТ, и картотеки подобного формата разработаны. Беда в том, что в продаже их нет. Придется сооружать самому.
Заполнять ящик оказалось значительно сложнее, чем его сделать. Темы переплетались, нахлестывались, не разделялись четко... Пришлось начать с составления на большом листе бумаги информклассификации домашнего вулканчика.
К вечеру все материалы, исключая изрядный информхлам, заняли свои места. Я наслаждался простецким и удобным решением. Уместилось все необходимое: записки, конспекты, вырезки, тезисы докладов, статьи, черновые наброски, записные книжки... Даже для писем, которые нужно сохранить, нашелся отсек. Завершал картотеку раздел с большим знаком вопроса на перегородке. Это были всякие интересные материалы, никак не укладывающиеся в мою классификацию. По-видимому, он неизбежен. Нельзя придумать конечную, все охватывающую схему..
Но любоваться усмиренным вулканчиком мало. За ним надо следить. Удалять мертвую информацию. Как выбрасывают испорченную пищу. Пополнять новой, текущей. При появлении новых интересов вводить новые разделы.
Эксплуатация этого неуклюжего ящика дала заметную. экономию времени и сил. Надо только в конце дня уделять ему хотя бы 10 минут: заносить накопившиеся за день новинки, брать на заметку «занозы», засевшие в извилинах. После совершения этого информобряда сразу чувствуешь облегчение: толпа бит перекочевывает из головы в хранилище.
Итак, с домашним вулканчиком я как-то совладал. Но ведь мировой вулкан отнюдь не дремлет. Свалку новых материалов на работе и дома не всегда удается разгрести. Часть из них перекочевывает со стола на пол, на стулья, на подоконник. Но от этого не легче.
– А ЭВМ? Говорят, что они вот-вот бесстрашно примут всю эту лаву на себя?
– То есть вы предлагаете махнуть на эти свалки рукой и ждать, когда ЭВМ принесут «на блюдечке с голубой каемочкой» необходимую именно вам рафинированную, классифицированную, исчерпывающую информацию. Боюсь, что принявшие сегодня такую стратегию могут задохнуться от завала с ног до головы материалами и одновременно полностью дисквалифицироваться.
Известную поговорку о надежде на бога можно трансформировать для нашей ситуации: «На ЭВМ надейся, а сам не плошай». Ведь в ближайшие 5...10 лет революции в информсервисе на базе ЭВМ еще не произойдет.
– Что же делать?
– Этот же вопрос я задал себе и начал знакомиться с тактикой и стратегией, применяемыми другими.
Математик, профессор X. поделился своим опытом читать любое печатное слово «по диагонали», то есть охватывать единым взглядом сразу всю или почти всю страницу и, скользя по ней взглядом, улавливать главное.
Я начал тренироваться. Самое трудное – это «выключить» себя из всей Вселенной, как бы загнать себя на пустынный унылый необитаемый остров, где нет никакого разнообразия и ничто не отвлекает, а есть только вот этот текст, который через минуту отберут, и ты должен успеть ухватить его суть.
– И удается «превратить» себя в Робинзона Крузо?
– Его остров не подходит. Там пышная растительность, бабочки, цветы, шум волн океана... Слишком много отвлекающих факторов. Легче всего «переселить» себя на пустынный остров рано утром, когда просыпающийся мир еще не ворвался к тебе. В это время экономия времени получается большая. За один час можно разгрузить большой завал.
Оригинальному и очень эффективному методу «отбрасывания» сомнительной информации нас научил талантливый конструктор К., которого, увы, уже нет среди нас.
Он все наши расчеты, статьи, отчеты начинал смотреть с конца, с выводов и заключений. Если автор стоящий, то он должен четко формулировать в конце свой новый результат. Если этого нет, то стоит ли читать работу?
Эта читка с конца тоже дала экономию времени. Беда только с математиками. Они обычно не любят делать выводы. Стоящие в конце их работ интеграл, неравенство или уравнение они и считают сжатыми до предела выводами. Это так, но, чтобы их понять, надо читать статью.
Научный сотрудник М. из НИИ поделился своим опытом. Основным фильтром, задерживающим ненужную информацию, была его... жена. Они вместе кончали институт и вместе работали. Жена была как раз из тех энциклопедистов в своей области, которых я упоминал выше. Вектор. инерции ее не беспокоил. Она еще в институте почему-то решила, что творить новое не женское дело. И несмотря на отличные способности и знания, как про нее говорили, «сияла только отраженным светом». Могла прекрасно произвести проверку чужих идей, найти ошибку в расчетах, но от собственного творчества уходила.
Жена просматривала весь поток информационных материалов, отбрасывала ненужное и мусор, давала предельно спрессованную информацию мужу о ценных работах. Таким образом, М. был в курсе всех новых идей, успешно использовал их в своих разработках и быстро достиг высокого научного потенциала.
Профессор института связи С. применяет такой метод. Он ведет «досье» на авторов, публикующих работы в интересующей его области. И разделил их на три сорта. Первый – носители новых идей, методов, подходов. Второй – компиляторы, обзорщики, уточнители третьих и четвертых знаков после запятой в результатах других авторов. Третий – ни то ни се, топкое болото, трясина для читателя.
При сортировке авторов ему очень помогает издаваемый периодически в США Sciens Citation Index (SCI). Хорошая научная работа, как комета, оставляет после себя светящийся хвост и позволяет установить его протяженность и светимость.
– Разве это возможно?
– Оказывается, да. Как правило, чем чаще ссылки на данную работу других авторов, тем она значительнее, тем больше ее «хвост». Если у кометы он направлен назад, то у хорошей работы это послесвечение несется вперед. Ее цитируют более поздние авторы, развивающие и продолжающие эту работу. SCI и дает такую справку.
– И как же он пользуется своим научным досье?
– Очень просто. Первый сорт немногочислен, и с ним можно справиться. Второй он не читает. Трясину поручает терзать своим аспирантам.
Я стал применять в той или иной мере все эти методы и некоторые свои находки. Кучи материалов заметно уменьшились. Они уже перестали быть для меня угрожающими, непобедимыми вершинами.
Наиболее ценное вечером отправлялось в метровый ящик, в свой отсек. Теперь не надо было мучительно помнить, где сделана запись – тетрадь, записная книжка, листочек, обрывок газеты... и где эта запись хранится в пространстве – стол, полка, портфель, карман.
Еще больше удалось уменьшить информационные кучи, применив коллективный метод борьбы. Для этого были привлечены в первую очередь аспиранты, соискатели и все жадно, в поте лица ищущие яркие темы для диссертаций. Все они мечтают создать в науке комету с ослепительным хвостом. А кто об этом не мечтал? Они мигом разгрызают информорешки. К сожалению, во многих орешках вкусных зернышек не оказывается.
Далее потоки свежей лавы мы стали обрабатывать коллективно, рассортировав их по направлениям. На еженедельном семинаре мы все не только обменивались найденными в орешках зернами, но и вели по ним горячие дискуссии. Если «разгрызатель» не добрался до сути дела, то это сразу вскрывалось на вопросах. Их ставили, забывая про всякую дипломатию, и загоняли беднягу в позорный тупик. На следующем семинаре он, естественно, брал реванш.
В процессе этой индивидуальной и коллективной работы с информацией плодотворным оказалось ее разделение на ранги. Например, при разработке новых систем связи мы пользовались таким разделением:
Ранг 1. Новые способы «погрузки» информации на несущее колебание (это наиболее революционный элемент).
Ранг 2. Новые диапазоны волн для передачи информации (открывают новые неожиданные возможности).
Ранг 3. Новые способы кодирования сигналов (уменьшение вероятности ошибок).
Ранг 4. Новые методы обработки сигналов на приеме (приближение к потенциальным возможностям).
Ранг 5. Более точные математические модели систем связи (сближает теорию и практику).
Ранг б. Оценка помехоустойчивости и скорости передачи в системах связи (решающие показатели).
Ранг 7. Экспериментальные исследования систем связи (аппаратурные и на ЭВМ).
Ранг 8. Уточнение известных результатов.
Ранг 9. Получение известных результатов новыми методами.
– Что же дает такое деление, кроме траты времени на определение ранга той или иной работы?.
– Экономия времени и сил при обработке информации существенна, если уделять внимание источнику информации обратно пропорционально номеру ранга.
– Но ведь для определения ранга работы надо ее досконально изучить?
– Вовсе нет. Как мы уже говорили, достаточно прочесть введение (постановка задачи), пробежать работу «по диагонали», прочесть заключение (полученные результаты) для определения ее ранга. Если введение и заключение, мягко говоря, туманно, то это сразу указывает на низкий ранг статьи. Кроме того, часто фамилия автора, как уже отмечалось, подсказывает ранг его работы.
Но стоило нам чуть-чуть поддаться текучке, отменить пару семинаров, не успеть обработать вовремя доставшуюся тебе долю информации, как потоки лавы снова начинали угрожать.
На все явно не хватало времени. Оно становилось все более дефицитным товаром. Если даже физики придумывают способ замедлить вращение Земли и удлинить сутки, как некоторые наивно полагают, то все равно ничего не выиграешь. Ведь суток станет меньше в прожитой жизни.
А кто и что все-таки поедает эти 16 свободных от сна часов? Утром кажется, что впереди огромный день. Так много можно. сделать! Колоссальное чистое поле времени. Вечером убеждаешься, что оно было крохотным и сделать удалось сущую мелочь. Надо установить личности этих гангстеров – похитителей времени и предать их всенародному безжалостному суду.
Но, чтобы их установить, надо вести учет расхода времени каждому его владельцу, вести кропотливо, каждый день, каждый час, каждую минуту. Да ведь есть же опыт такого учета! Есть уникальная, вероятно, единственная в своем роде за всю историю человечества личность, которая вела такой учет в течение почти 60 лет жизни.
– Персонаж какого-нибудь фантастического романа под названием «Гобсек Времени»?
– Совсем нет. Личность реальная, известная – это профессор А. Любищев. Он нашел потайную дверь к этому таинственному Времени и подружился с ним.
– Почему таинственному? Тысячи лет люди его измеряют – это ведь спокойная, равномерно текущая река.
Опять ошибка. Течение этой реки загадочно меняется. Вот, например, исповедь одного счастливца: «В часы любви время исчезает – исчезает почти буквально, его не ощущаешь, оно перестает быть. И вместе с тем каждая секунда насыщена такими бездонными переживаниями, что время как бы останавливается и от одного удара пульса до другого проходит вечность».
А как часто мы пытаемся любым способом побыстрее «убить» время, а оно тащится, как дряхлая кляча, и плюет на наши окрики и удары кнутом.
У А. Любищева не было отходов времени. Не было этой кучи стружек, заваливающих станок расточительного токаря. Всякий отрезок и отрезочек его был благом и использовался для поставленной цели.
– Что же это была за цель?
– Цель благородная: служение нашей науке. Вот как он ее определил в 1918 году, когда ему было 20 лет:
«Я задался целью со временем написать математическую биологию, в которой были бы соединены все попытки приложения математики к биологии».
Задача была гигантская, и на много десятилетий обгоняла уровень биологии и даже математики тех дней. А. Любищев понимал это и для увеличения своих возможностей и победы над временем создал свою СИСТЕМУ. Знавшие его люди утверждают, что он прожил не одну, а целых две жизни.
Суть СИСТЕМЫ проста: точный, почти поминутный учет расхода времени и неразрывно с этим связанное планирование своего времени, плюс рациональные методы научной работы.
По «расходным ведомостям времени» составлялись месячные, затем годовые отчеты. И так из года в год. Вот одна из записей в годовом отчете.
«Всего в 1966 году учитывалась работа первой категории – 1906 часов, против плана 1800. По сравнению с 1965 г. превышение на 97 часов. В среднем в день 5,22 часа или 5 часов 13 мин».
Работы первой категории – это творчество, движение к намеченной цели. Эти ежедневные 5 часов 13 минут даже в среднем поражают до глубины души. Ведь по СИСТЕМЕ это не брутто, а нетто, чистая творческая работа без всяких отвлечений, без потерь золотого времени.
Изучая чужие работы, автор СИСТЕМЫ обязательно не только их конспектировал, но и тут же делал критический разбор. Так он создал огромный фонд – библиотеку своих и чужих мыслей по пути к цели. Туда же вошла его огромная переписка с нашими и зарубежными учеными. СИСТЕМА и это учитывала. Вот запись:
«1969 г. Получено 419 писем (из них 98 из-за границы). Написано 283 письма. Отправлено 69 бандеролей».
Фонд находился в образцовом порядке и «давал» любую справку. Многие статьи и доклады формировались без труда из материалов фонда.
Двигаясь в транспорте, А. Любищев изучал языки. Владел немецким, английским, французским. Гуляя на природе, он накапливал о ней данные, нужные для поставленной цели. Жил в провинции, в скромной обстановке,. чтобы не отвлекаться суетой больших городов.
Благородное дело сделал Д. Гранин, придав широкой гласности жизнь и систему А. Любищева. Нельзя только согласиться с названием его книги «Эта странная жизнь». То ли где-то опустили кавычки над словом странная, то ли это подстройка под всех нас, не умеющих ценить время. Мне кажется, А. Любищев достоен лучшего названия книги о нем. Например, «Эта удивительная жизнь».
– Ну а как с целью? СИСТЕМА позволила ее достичь?
– К сожалению, нет. Глыба была не по силам в те времена. Да и сейчас еще, несмотря на колоссальные успехи биологии, наука все еще находится на пути к решению его задачи.
Но он был пионер. Он прорубил первые, самые трудные просеки. Д. Гранин называет его предтечей. Используя его работы, последователи достигнут цели. Хотя ход развития биологии вносит коррективы и в саму цель.
– Не иссушила ли душу эта непрерывная работа – быть учетчиком своего времени?
– Отнюдь нет. А. Любищев успевал читать художественную литературу на разных языках, увлекался историей,. музыкой, спортом, философией... Скорей, обратное – он прожил вдвойне счастливую жизнь, наполненную творчеством, ясностью цели, подвижничеством во имя ее.
Знакомство с СИСТЕМОЙ А. Любищева подтолкнуло и нас начать учет времени, учет той кучи стружек, которые; мы безжалостно топчем ногами. И конечно, к размышлениям над этой проблемой.
Стало ясно, что волевые усилия беречь время может дать только четкая жизненная цель. Человек без цели, что лодка без руля и ветрил. Он во власти потока, текучки. Ему: тоже нужно время, но для решения отдельных, частных вопросов. Если он их решил, то он снова не зависит от времени, может его как угодно «убивать». И вот когда вдруг появляется цель – во что бы то ни стало решить научную задачу, стать мастером своей профессии, стать балериной! Большого театра, написать увлекательный роман, побить олимпийский рекорд... то до слез жаль напрасно потерянного времени, и начинается погоня за ним. Становишься! почти героем в борьбе за время. Обрываешь пустые разговоры. Выключаешь в золотые утренние часы телефон. Не читаешь первое попавшееся под руку, а четко фильтр уешь. Появляется увлеченность, сосредоточенность.
Вспоминаю ситуацию, когда я был «задавлен» целью. Приходилось экономить каждую минуту. Все расчеты и литературу носил с собой в небольшом дорожном чемоданчике.
Сидя на нем, я прекрасно работал и в переполненном тамбуре электрички, и в вагоне метро, абсолютно не ощущая помех.
В последние десятилетия среди похитителей нашего времени появилась заметная фигура. Это – голубой экран.



Вулкан уже пылает
Телевизор – друг или враг?
Мне давно хотелось побывать дома у нашего Оппонента. Наконец такое приглашение я получил. Взял рукопись для совместной работы и отправился. Вхожу. Перед телевизором столик, за которым хозяин пил чай до моего вторжения. Я тоже получил чашку тая. Началась беседа.
О. Пришел с работы. Дома никого. Не хочется ни есть, ни читать. Решил взбудоражить себя крепким чаем.
А. И телевизором?
О. Одному ведь скучно чаевничать. А это все-таки некий эрзац собеседника. Поток информации извне.
А. Может быть, выключим?
О. Зачем? Пусть говорит. Ведь он совсем не мешает. Может быть, что-нибудь любопытное узнаем.
А. Но ведь мы встретились для работы. Этот «третий лишний» мне мешает.
О. А я привык к нему. Без него мне чего-то не хватает. Ведь это чудо XX века. Надо, им пользоваться.
А. Но этот сгусток науки и техники не только дает, но и одновременно берет. Это похититель времени.
О. Но телевизор полностью в наших руках! Поворот ручки, и вы убиваете его наповал. По желанию можете его опять так же просто воскресить к жизни.
А. Ошибаетесь! Помните:
Привычка свыше нам дана,
Замена счастию она...
О. Вы хотите сказать, что привычка может перерасти в потребность?
А. Именно так. Скажите, сколько часов в день вы проводите у голубого экрана?
О. В рабочие дни смотрю часа полтора-два, ну а в субботу и воскресенье, конечно, больше.
А. Значит, в среднем около двух с половиной часов?
О. Да, приблизительно так.
А. Хорошо, что вы еще не достигли мировых рекордов.
Японцы в среднем сидят у телевизора три часа. В американских семьях телевизор включен более шести часов в день. Взрослые проводят у него около четырех часов. Теснит ли экран другие дела?
О. Намечаешь на вечер многое. Пройтись на лыжах или пробежаться трусцой. Обучать сына слесарному делу. Ответить на письма. Дочитать книгу. Соорудить книжную полку.
А. Как с исполнением?
О. Беда. Включишь на минуточку, для разрядки, чудо-ящик. Хочешь только узнать, что дают. Если не увлечет, то тут же выключить и заняться намеченным.
А. И что же?
О. Какая-то неведомая еще науке сила парализует руку, не хочет выключать.
А. Очень даже «ведомая» сила. Это древняя спутница человека. Имя ее всем известно – ЛЕНЬ. Говорят, что она даже появилась на свет чуть-чуть раньше человека.
О. Причем тут лень?
А. А вот причем. Она очень хитра. Небольшими шажками, невинными па-де-па пробирается через телевизор в сознание зрителя. И если он поддался ей, то завладевает им.
О. Зачем ей это? Ведь есть много простых старинных привычных видов лени: просто бездельничать, слоняться из угла в угол, дремать или спать, вести никчемные разговоры, особенно по телефону, читать что попало, не вникая.
А. Во-первых, телелень – самая совершенная. Абсолютно никаких усилий, кроме нажатия кнопки «включено», а часто и никаких мыслей. Расслабился в удобной позе и смотришь. Надоело, переходишь плавно в дремоту-лень. Устал дремать, опять глазеешь.
О. А во-вторых?
А. Тут зарыта главная тайна. Полное моральное оправдание: «обогащаюсь новой информацией», «расту интеллектуально», «все выше и выше к эверестам культуры»...
О. Но ведь после работы человек часто приходит домой уставший. Надо отключить мозги от дневных дел, узнать последние события в мире. Ищешь на экране что-то отвлекающее, увлекающее, переключающее. Вот и рыщешь по программам.
А. Значит, живете по чуть-чуть измененной формуле Юлия Цезаря: «Пришел – Включил – Увидел».
О. Бывает. При этом информация хотя бы мелкой струйкой в тебя вливается. Она и переключает, и дает отдых.
А. Согласен. Разуму нужен приток информации, как телу пища.
О. Запрячьте человека в глухую пещеру, где нет ни звуков, ни движения воздуха, и он может сойти с ума или даже погибнуть.
А. Но вернемся к телевизору. Вы очень удачно назвали его псевдособеседником. Нередко обмен мыслями и эмоциями между людьми с помощью живой речи теснит псевдособеседник. Он навязывает им свою тему, говорит и показывает все время он же, зритель еле успевает следить за всем этим и изредка комментировать.
О. Доля правды в этом есть, конечно. Но вы уж слишком сгущаете краски.
А. Мне рассказывали, что один любитель хоккея при передаче матчей отвечает на вопросы домашних только табличками.
О. Как так?
А. Не отрывая взора от экрана и не раскрывая рта, он просто поднимает одну из табличек: «Да», «Нет», «Потом», «Меня нет дома» (если зовут, по телефону), «Еду мою сюда», «Тише»...
О. Ну это уникум!
А. Конечно. Но и он меня пугает.
О. Неужели даже Олимпийские игры в Москве не привлекли вас к домашнему экрану?
А. Конечно, привлекли.
О. Что же вас взволновало больше всего?
А. Пожалуй, открытие. Грандиозность, гармоничность и истинная красота. Тысяча прекрасных юношей и девушек синхронно выполняли сложнейшие упражнения. Они просто излучали свежесть, здоровье, радость жизни. Но их затмили лихие дружины танцоров всех наших республик. Богатство каждого народа, накопленное тысячелетиями, предстало в его музыке, трогающих душу танцах, ярких сочных костюмах...
О. Неужели вы не видели по телевизору кадры из путешествия экспедиции Тура Хейердала на папирусной лодке?
А. Видел. В те минуты мне казалось, что я не развалился в удобном кресле, а качаюсь вместе с ними на волнах. Когда же на экране заполыхало пламя сжигаемого Ра, то оно почти физически обжигало, было обидно и больно.
О. Ну, вот вы и оценили чудо XX века!
А. На с оговоркой: не сотвори себе из него кумира.
О. Я понял вашу логику. Все идет от слабой воли. Она раз, другой, третий на минуточку поддается телелени. Конечно, с самым высоким моральным основанием – «самоусовершенствование». Незаметно вырабатывается привычка, поворот ручки включения становится рефлексом. Вот и дорожка, ведущая к своеобразной «теленаркомании».
А. Вы не пробовали противопоставить книгу экрану?
О. Пытался. Знаки что образы, чувства, мысли при чтении хорошей книги сальнее и глубже, чем при общении с экраном. Увиденное по телевидению как-то очень быстро выветривается... Ведь при чтении можно задержаться на тронувших строках, еще и еще раз их перечесть, подумать.
А. Согласен. И много вы книг прочли за последний год?
О. Художественных? За год? Не более двух-трех.
А. Так мало? Почему?
О. Безрукий похититель времени перед нами.
А. Я где-то видел смешной рисунок. Если человек слишком долго смотрит передачи, то из телевизора высовывается длинная рука с хорошей книгой и тычет ею в зрителя.
О. Не плохо бы такой рисунок выгравировать на каждом телевизоре.
А. Скажите, какие передачи вы смотрите с удовольствием и получаете новую полезную информацию?
О. Люблю документальные передачи. Программу «Время». Репортажи о событиях в мире. Телепутешествия по планете – люди, природа, быт. Очень меня волнует жизнь наших ближайших родственников – обезьян. Конечно же, не в ужасных клетках, а на свободе. Захватывают передачи о жизни жучков, паучков, пташек, дельфинов, слонов. Ведь это тоже сообщества живых существ, о которых мы так мало знаем.
А. Что еще вы любите?
О. Хорошие кинофильмы, театральные пьесы, балет. То есть настоящее искусство.
А. Но ведь фильмы дают обычно старые, знакомые.
О. К сожалению. Правда, есть и совсем свежие. Это телефильмы. Много и удачных.
А. Раз мы уж. вторглись в область искусств, то скажите, как вы отличаете настоящее от подделки?
О. У изобретателей есть самый старый, самый неэффективный, но самый живучий способ поиска нового. Это метод проб и ошибок или, более обидно – слепой поиск.
А. Вспоминаю. Так попробовал, не вышло. Эдак соединил, не работает. Поставил с ног на голову, опять плохо. Его смело можно назвать «бездумный», или «лотерейный».
О. Совершенно верно. Это и есть мой инструмент: посмотрел немного одну программу – не то, вторую – скука. Третью – что-то давно известное. Вернулся снова на первую – может быть, там стало интереснее. В конце концов на какой-нибудь застреваю.
А. Значит, на. пробы и ошибки уходят кусочки жизни.
О. Иногда изрядные.
А. Скажите, обучиться чему-нибудь можно по телевизору?
О. Пытался слушать лекции по математике. Не получилось. И лектор, видать, был хороший, говорил бойко без конспекта и бумажек, писал и чертил на доске четко и аккуратно.
А. Так в чем же дело?
О. Чего-то не хватает. Первые 10...15 минут следишь. Потом начинаешь терять нить, думать о чем-то другом.
А. Сказывается полное отсутствие обратной связи «ученик > учитель»?
О. Не только. Ведь сидишь один. Нет однокашников, которые тоже слушают, пишут, решают. А мы ведь привыкли к этому. Потом перед тобой лишь плоская электронная модель лектора и ты это, к сожалению, твердо знаешь.
А. Не в том ли беда, что вы слушали курс без острой необходимости, без конкретной цели?
О. Вероятно, и это имело значение.
А. Вот для изучения языка у телевидения, наверное, более богатые возможности.
О. Я пытался изучать английский.
А. Какие успехи?
О. Уроки давались малыми дозами – раз в неделю.
А. За это время знания улетучивались?
О. Значительно. И тоже нет обратной связи: говори сам с собой, сам проверяй произношение.
А. Много лекций вы прослушали?
О. Много. Несколько лет подряд начинал слушать учебный курс. Но больше двух-трех месяцев не выдерживал.
А. Что-нибудь осталось?
О. Несколько десятков ходовых фраз, чтобы не заблудиться, скажем, в Лондоне. Если, конечно, аборигены поймут мое произношение.
А. Из года в год повышается качество передач?
О. Процесс имеет место, но очень медленный.
А. Значит, можно не спешить с покупкой чудо-зеркала?
О. Пожалуй. А что бы вы хотели увидеть на экране?
А. Например, чтобы можно было почти без ожидания получить свежую, концентрированную, четкую информацию о событиях в мире.
О. Это есть.
А. Но с интервалами в несколько часов и не всегда. такую.
О. Что еще?
А. Чтобы всемогущий телевизор помог заштопать наиболее зияющие дыры, позорные «черные дыры» в нашем образовании. И каждый мог бы подобрать передачу «под свою дыру».
О. Кое-что есть.
А. Но часто сухо и скучно. Не увлекает. Для людей с железной волей. А где ее возьмешь?
О. Моей воли явно не хватило. Какие еще условия для покупки?
А. Почему, например, не создать постоянный телевизионный клуб изобретателей? Дать слово перед миллионной аудиторией изобретателям. Этим самоотверженным техническим революционерам, малым и большим. Пусть расскажут, что и как придумали.
О. Что мешает внедрению в практику?
А. И об этой проблеме. Если десятки миллионов зрителей услышат изобретателя, а еще лучше – увидят и его новинку в действии, многие заинтересуются, начнут внедрять. Отдельных передач тут явно недостаточно.
О. Наверное, такие передачи многих пробудили бы к творчеству.
А. Несомненно. Ведь каждый может творить, создавать; новое. Пищи для творчества предостаточно. Где бы ни работал человек, что бы ни делал, везде можно внести но вое. Нет мертвых изобретений, машин, устройств. Все дальше совершенствуется людьми.
О. Согласен. Поражаешься, когда сегодня совершенствуют самые простые, древнейшие устройства. Молоток, который сам хватает гвозди. Спички без деревянной палочки, спасающие миллионы деревьев от рубки. Колесо, которое может двигаться не только вперед и назад, но и вбок. Не говоря уже о более сложных устройствах.
А. Как вы думаете, почему же так мало изобретателей?!
О. Не знаю.
А. К творчеству надо разбудить, раскачать. И телевидение, в частности, могло бы решить эту благородную и очень нужную нам задачу. А разбудив, научить искать новое не слепым перебором, а современными методами. Они разработаны и у нас, и за рубежом. Но к сожалению, мало известны. Передача для молодежи «Это вы можете» – хорошее начало.
О. Можно, наверное, помочь зрителям сделать свои руки «умелыми».
А. Один хочет столярничать. Другой с удовольствием переплел бы свою библиотеку, заметки, рукописи, дневники. Третий хотел бы печатать на машинке не одним пальцем, а всеми десятью. Пятый сам стирает, но застирывает и не умеет гладить. Шестой хочет вместе с сыном делать управляемые по радио самоделки, седьмой... Многие из этих желающих и страждущих не решаются взяться за дело. Боятся оскандалиться.
О. Верно. Ведь можно выпустить в продажу стандартные наборы инструментов. Например, переплетные. Сидишь у телевизора с таким набором, а на экране таким же инструментом мастер переплетает книгу. Ты то же самое делаешь на своем столе. Ведь это настоящий урок!
А. А почему бы не давать зарядку или какую-либо встряску зрителям регулярно между передачами или даже во время их?
О. Верно. Ведь сидим часами. Без движения. Часто в духоте, забыв открыть форточку.
А. Дружище, я только сейчас заметил, когда вы сняли пиджак, что есть накопление жирка. Сколько лишнего?
О. Килограмм пять-шесть.
А. И все он, милый голубой экран?
О. Он, любимый и проклятый.
А. Что думаете с этим грузом делать? Не таскать же: его всю жизнь с собой, как второй набитый до отказа портфель. Тем более что у него всегда производная положительная, всегда тенденция к росту.
О. Единственный путь – отнять назад у экрана хотя бы часть похищенного времени и обменять его на походы, лыжи, бег трусцой.
А. Твердое слово Оппонента?
О. Железное. Не будет моим кумиром голубой экран!
А. Чудесно. Только в этом случае он будет друг, а не враг. А теперь предлагаю повернуть ручку этого «друга-врага», исключить «третьего лишнего» и заняться нашей рукописью.
О. С удовольствием!




Вулкан уже пылает
Электронный Шерлок Холмс
Заглянем на минутку в наш самый величественный храм мысли человеческой, в Государственную библиотеку СССР им. В.И. Ленина. Так как мы это делаем мысленно, то нас не задержит непрерывный поток людей, который с утра и до позднего вечера, даже в дни отдыха, стремится туда.
Мы обязательно там заметим посетителей, озаренных и поглощенных некой своей мыслью. Они абсолютно не замечают окружающих и ведут упорный «штурм» каталогов: систематических, алфавитных, генеральных, вспомогательных.
Часто, не добившись успеха, они вместе с дежурными библиографами идут на повторную атаку неприступной библиографической крепости.
Если крепость так и не взята, то мы увидим их в справочном отделе библиотеки, окруженных горой индексов, библиографических списков, справочников, указателей...
Я люблю наблюдать за этими людьми, прислушиваться к их вопросам библиографам, когда надоело читать и просто бродишь по библиотеке. Это, как правило, те, у кого появилась новая идея, новое решение, новая конструкция, новая гипотеза.
Она их будоражит, сверлит, не дает покоя. Хочется скорей узнать, известна ли она человечеству. Может быть, она уже давно валяется на великой свалке ложных идей. Ведь их было так много. Начиная с вечного двигателя и кончая разной чепухой – шляпа с вентилятором, зонт с перископом, рюмка для питья на брудершафт... А может быть, новая идея полезна, но уже давно придумана. Наконец, может быть, он первый на своей планете в своей совсем молодой, по космическим масштабам, цивилизации пришел к этому простому и полезному решению.
Больно видеть, когда один из таких посетителей уходит к концу дня из храма усталый, осунувшийся, с потухшим взором, так и не получив ответа на свой вопрос.
Из этой характерной ситуации и явствует основная наша проблема: как быстро получить исчерпывающую информацию по интересующему вопросу в мировых потока» информационной лавы?
Мы уже установили, что эти потоки стремительно нарастают по экспоненте.
Но ведь и число людей информационной службы тоже растет.
Действительно, число «солдат» этой службы, которые пытаются совладать с потоками, тоже растет и, вероятно, по тому же закону.
Среди них есть поразительно преданные своему делу и поразительно талантливые люди. Знание многих языков, безошибочная и мгновенная ориентировка в каталогах, справочниках, индексах, понимание ищущего с полуслова, доброжелательность и искренность в желании помочь. Но даже они, если бы их были не единицы, а тысячи и десятки тысяч, к сожалению, не в состоянии сегодня справиться с вулканом.
Может быть, проблему удалось бы решить традиционным способом, если разделить все население планеты на две равные части.
Первая работает, строит, выдумывает, изобретает, сочиняет, исследует, пишет, публикует. Вторая занята только информацией: классифицирует, систематизирует, концентрирует, дает справки. Но ведь это утопия! Только слаженная работа человека и умных кибернетических систем, в которых используются быстродействующие ЭВМ с огромной памятью, может решить проблему. Одним из примеров таких помощников могут служить уже действующие информационно-поисковые системы (ИПС).
Построение теории таких систем и их разработка являются одним из направлений науки, получившей название информатики. Эта наука изучает структуру и общие свойства научной информации, ее хранение, переработку, поиск и использование в различных сферах человеческой деятельности.
– Что понимается под термином «научная информация»?
– Это информация, объективно отображающая наиболее общие законы природы, общества и мышления. Это и законы, устанавливаемые в ходе развития частных наук – физики, химии, математики и т.д. Это и результаты деятельности человека по преобразованию природы и общества.
– Можно ли сюда отнести научную гипотезу?
– Несомненно. Научные гипотезы подлежат проверке на практике, в результате чего они либо превращаются в теории, либо отбрасываются как ошибочные. Так, Д. Максвелл выдвинул гипотезу о существовании радиоволн. Эксперименты Г. Герца и А. Попова блестяще подтвердили эту гипотезу.
– Не является ли теория информации, которая обсуждалась выше, одним из направлений информатики?
Эти две науки, несомненно, связаны между собой. Коренное различие между ними состоит в том, что теория информации, игнорируя содержание передаваемого сообщения, исследует возможности его передачи по системам связи с наименьшими искажениями, а информатика основное внимание уделяет содержанию информации и ее использованию. Например, при построении информационно-поисковых систем важно знать степень рассеяния публикаций той или иной науки в журналах, книгах, отчетах. Информация по возникающим новым направлениям в науке часто концентрируется в очень малом числе печатных изданий, а публикации по научным направлениям, которые теряют свое значение, начинают рассеиваться по большому числу изданий. Изучение подобных объективных законов информационных потоков, зафиксированных в книгах, периодических изданиях, патентах, отчетах, является предметом одного из направлений информатики.
– Как себе представить в целом, минуя детали, работу информационно-поисковой системы?
– Очень просто. Вообразите гипотетического человека, который знает все работы и исследования, например в области электросварки, знает авторов, названия работ, где опубликованы или где хранятся, даты выполнения и, что очень важно, даже основную их суть.
– Почему гипотетического? Разве память одного человека не может все это вместить?
– Вполне может. Как мы уже подсчитывали, человеческий мозг мог бы хранить в памяти абсолютно всю информацию фондов даже нескольких огромных библиотек. Но «входные устройства» человека работают черепашьими темпами и не в состоянии поспевать за мировым потоком информации даже в одной узкой области.
У этого человека, гиганта памяти, хранителя всей истории и всех последних новинок электросварки, в личном общении, по почте, по телефону, по телеграфу, по видеотелефону, по телевидению... все жаждущие получают краткую концентрированную информацию. Это буквально клад для разработчиков новых устройств, исследователей, изобретателей, новаторов. Не говоря уже об аспирантах и докторантах, которые часто тратят месяцы, а то и годы на обзор чужих работ, готовясь к собственному, львиному, как им кажется, прыжку в неизведанное.
– А разве нельзя эту гипотетическую личность заменить точно таким устройством, но созданным на базе самых быстродействующих современных ЭВМ?
– К сожалению, нет! Ибо для этого надо было бы «всего лишь» построить электронную модель мозга. То есть знать все его тайны: как он запоминает, сохраняя главное, отбросив второстепенное, как он формирует образы и опознает их, как мгновенно находит нужное, не перебирая все, чем «набита» голова.
Грубо говоря, нам не известен в деталях тот удивительно совершенный язык, на котором работает наше мышление, наша память, не известен алгоритм перевода нашего естественного языка на этот внутренний, не известны тончайшие устройства, практически реализующие все это в каждом человеке.
Поэтому основным вопросом при создании информационно-поисковых систем является построение упрощенного искусственного языка или выбор из уже имеющихся, который в той или иной мере позволит решить поставленную задачу.
С искусственными языками мы сталкиваемся в жизни часто, не всегда замечая это. Например, язык команд управления космическим кораблем, библиографический язык УДК, язык дорожных знаков.
Известны попытки создать единый для всех народов земли язык, который бы уничтожил языковые барьеры. Первым таким языком был воляпюк. Более совершенным и более простым оказался эсперанто. Хотя на нем сегодня издается во всем мире свыше 100 журналов и газет, ведутся радиопередачи, но и он не достиг поставленной цели.
Я как-то увлекся этим языком. Переписывался на нем с зарубежными эсперантистами. Но отсутствие прелести, свойственной естественным национальным языкам, погасило этот порыв.
Подробно разработан даже язык для беседы с... инопланетянами – «линкос».
– А они знакомы с этим языком?
– Насколько я знаю, им он абсолютно не известен.
– Но ведь они просто не поймут нас! Не говоря уже о беседе, то есть обмене информацией и мыслями.
– Автор «линкоса» – голландский математик Г. Фрейденталь решал эту, казалось бы, невозможную задачу. Язык включает курс примитивного заочного обучения при наличии только односторонней связи от учителя к ученику.
Конечно, для такого заочного обучения «линкосу» инопланетяне должны иметь образ мышления, подобный нашему, знать числа, уметь считать.
Вместе с рождением ЭВМ появились на свет искусственные «машинные» языки. Это известные многим, хотя бы по названию, КОБОЛ, АЛГОЛ, ФОРТРАН, ПЛ-1 и др. Они служат для общения человека с ЭВМ. На одном из этих языков вводится решаемая задача, а в памяти машины записываются правила, по которым надо ее решать.
Люди творят и фиксируют информацию на своих естественных национальных языках. Использование ее людьми также осуществляется на этих же естественных языках.
Сложные кибернетические системы, какими являются ИПС, пока не в состоянии работать на естественных языках. Причин много: неоднозначность значений слов и их сочетаний, сложность их грамматики, огромный словарь.
Поэтому ИПС «разговаривают» на специально созданных для них искусственных языках.
– Но ведь есть же кибернетические устройства, управляемые голосом?
– Действительно, есть такие устройства. Черепашка, которая выполняет команды «направо», «налево», «стой», «вперед». Автовахтер, который анализирует произносимую пришедшими стандартную фразу, и если Ваш голосовой «почерк» есть в его запоминающем устройстве, то он пропускает вас. Для ленивцев есть телевизоры, управляемые голосом; «включись», «выключись», «громче», «тише». Есть и более сложные: робот, выполняющий пару десятков голосовых команд, ЭВМ, способная вести простой диалог с человеком.
Информационно-справочные системы неизмеримо сложнее этих устройств. Но исследования по их переводу в будущем на естественные языки интенсивно ведутся.
– Что же представляет собой искусственный язык ИПС, на который можно перевести информацию? Ведь известно, что проблема машинного перевода с одного естественного языка на другой до сих пор не решена.
– Действительно, оптимистические надежды на машинный перевод текстов с одного языка на другой пока не оправдались.
Как ни странно, оказалось, что люди, тысячелетиями общающиеся на своих национальных языках, очень мало знают о них. Это, правда, отнюдь не мешает им писать чарующие стихи или захватывающую прозу, произносить пламенные речи или вести остроумнейшую беседу.
Но ведь языком кибернетических систем в конечном итоге является язык математики. Оказалось, что современная лингвистика пока не в состоянии перейти полностью на язык математики, то есть формализовать грамматику естественного языка, его смысловую структуру. Поэтому для ИПС приходится разрабатывать свои искусственные языки. Одна из групп их получила название дескрипторных.
Дескрипторы – это слова, отобранные по определенным правилам из естественного языка, в определенной области знаний, у которых искусственно устранено то, что мешает формализации. Составляется словарь дескрипторов, называемый тезаурусом. Это как бы расширенный двуязычный словарь для перевода с естественного языка на дескрипторный и обратно. В нем формализованное представление о совокупности знаний в данной области, перечень терминов и связей между ними.
Поступивший на вход системы для ввода документ на естественном языке подвергается обработке. Главным здесь является составление поискового образа документа, адреса его хранения и описание основного смыслового содержания. Все это выполняется уже на языке ИПС. В поисковый образ входят основные, ключевые слова, раскрывающие суть документа. Вся информация, поступившая в ИПС, хранится в памяти системы, в так называемом поисковом массиве. ИПС может иметь два контура поиска. В памяти первого контура, например, находятся только поисковые образы и адреса их хранения. В памяти второго контура хранятся сами документы на естественных языках, компактно записанные. Это могут быть микрофильмы, запись на магнитных лентах, пластинки с голографической записью и т.д.
Достигнутая в настоящее время плотность записи информации, где бьет рекорды голография, составляет поражающие воображение цифры – порядка сотен миллионов бит на 1 кв. мм. Это позволяет включать в память ИПС целые библиотеки и существенно ускорить поиск нужного документа.
Запрос абонента, поступающий на естественном языке, переводится на входе на язык системы, и формируется поисковый образ запроса. Далее первый контур ИПС начинает отыскание в поисковом массиве документов, образы которых совпадают или близки к образу запроса. Эта информация (часто в виде аннотированного библиографического списка) выдается потребителю. Последний выбирает из нее необходимое. Второй контур по этим данным извлекает нужные записи, и они или тут же снимаемые с них копии поступают к абоненту. Может быть осуществлена передача найденных документов к абоненту по каналу связи.
– Значит, ИПС полностью решают проблему поиска информации? Надо только создать побольше их. Так?
– К сожалению, не совсем так. Уже созданные ИПС охватывают очень ограниченные области информации. Обработка информации, поступающей в массив, и запроса абонента производится не автоматически, а людьми на клавишных или других аналогичных устройствах. Не решена задача автоматического считывания вводимого текста в машину, то есть не созданы надежные считывающие автоматы. Это сильно ограничивает скорость работы ИПС. Наконец, применяемые искусственные языки в силу своей неизбежной пока примитивности не всегда обеспечивают правильность поиска. Вместе с полезными документами абонент может получить кучу почти или совсем бесполезных.
В связи с этим оценка эффективности ИПС делается по ее релевантности и пертинентности.
Релевантность оценивает смысловую близость между содержанием документа, найденного системой, и информационным запросом. Введен даже термин «поисковый (информационный) шум», количественно оценивающий релевантность. В некоторых реализованных ИПС этот шум достигает 25...30%.
Пертинентность оценивают по соответствию найденного документа информационной потребности абонента: Ясно, что для потребителя в конечном счете важна пертинентность системы.
Оба показателя, зависящие от совершенства языка системы, стратегии поиска информации в массиве и от ряда других факторов, еще не достигли нужного уровня.
Вместе с тем и у нас, и за рубежом создан целый ряд информационно-поисковых систем, которые успешно решают отдельные частные задачи быстрого отыскания нужных документов в некотором информационном массиве.
Есть уже экспериментальные библиотеки, оснащенные таким электронным Шерлоком Холмсом. На рабочем столе читателя пульт с клавиатурой, телефон, телеэкран. Минуя бесконечные каталоги, которые поглощают много времени и сил, можно заказать интересующую литературу непосредственно с рабочего стола. Более того, не успеет читатель, например, полюбоваться через окно чарующей гармонией архитектуры Московского Кремля, как это делают многие читатели в Ленинской библиотеке, ожидая заказ, как на телеэкране появляется четкое изображение разыскиваемой статьи, краткой справки и т.д. Но и это еще не весь информкомфорт, так нужный сегодня людям. Нажатием кнопки на пульте можно мгновенно снять копию с изображения на экране и взять ее домой для дальнейшей работы. Конечно, сегодня искусственные языки еще несовершенны, что создает сильный информационный шум, недостаточна память, что ограничивает поисковый массив, не преодолены трудности быстрого автоматического наполнения массива текущей информацией и т.д.
Но принципиально задача имеет решение. Уже создаются электронные помощники человека, которые примут на себя нарастающие потоки информации и не допустят хаоса, потери информации, информстресса.
Высокий темп нарастания информации будет подхлестывать и без того быстрые темпы совершенствования ЭВМ и ИПС. Начало третьего тысячелетия ознаменуется, вероятно, широким внедрением информационно-справочных систем. При этом наряду с совершенными ИПС потребуется оснастить планету информационными «нервами» – каналами связи. Ведь информация творится, печатается, накапливается на разных континентах, в разных странах, в разных городах, научных центрах, библиотеках, хранилищах. А ее потребители также расселены по всей планете и хотели бы получать нужную информацию без большой потери времени. Лучше всего непосредственно на своем рабочем столе на работе или даже дома.
И чаще потребитель запрашивает не ту информацию, которая накапливается в его городе, соседних городах, его стране, а ту, которая получена в других странах, на других континентах.
Следовательно, создание полноценной информационно-справочной службы планеты или хотя бы в части стран потребует большого числа быстродействующих надежных каналов связи.
Как мы уже разбирали, использование спутниковой связи позволяет создать такую глобальную систему связи между любыми странами, городами, отдельными пунктами, с необходимым быстродействием и надежностью.
– Но как информацию доставить на рабочий стол потребителя?
– Тут тоже открылись новые возможности. Наряду с традиционными способами передачи по телефонным проводам, радио, телевидению появился новый многообещающий путь – это передача информации по стеклянным проводам. Или, говоря более точно, использование лазерных линий связи с передачей сигналов не в открытом пространстве, а по световодам или стеклянным волокнам.
– Эти волокна делают из обычного стекла? Они очень хрупкие?
– Стекло это необычное. Волокно должно быть сверхпрозрачным, чтобы сигнал слабо затухал. Поэтому его изготовляют из стекла, полученного в результате реакции между сверхчистым хлоридом кремния и кислородом. Из этого стекла вытягивают тонкие длинные волокна. Им можно придавать любую форму, не боясь сломать.
Световод состоит из сердечника и оболочки. Толщина сердечника измеряется микронами и имеет больший коэффициент преломления, чем оболочка.. Оболочка делается из такого же волокна, но с меньшим коэффициентом преломления. Ее диаметр больше, измеряется миллиметрами. Благодаря полному внутреннему отражению лучей от поверхности раздела сердечника и оболочки свет движется по световоду, не выходя наружу.
Один из выпускаемых одноволоконных световодов с сердцевиной толщиной в человеческий волос способен одновременно передавать 33 тысячи телефонных разговоров. Обычно оптические кабели содержат ряд волокон-световодов. Так, уже выпускаемый промышленностью кабель из шести световодов внешне очень напоминает шнур для электропроводки.
Пока велики затухания сигнала в световоде. Это требует установки промежуточных усилителей на протяженных трассах. Но несомненно, эти трудности будут преодолены Так, разрабатываемый в Англии трансатлантический световодный кабель ТАТ-8 должен вступить в строй в 1988 году. Его промежуточные усилители будут расположены на расстоянии 50 километров друг от друга. ТАТ-8 будет передавать 557 миллионов бит цифровой двоичной информации в секунду по своим четырем световодным нитям.

стр. 1
(всего 2)

СОДЕРЖАНИЕ

>>