Что естественного в природе? Возможно ли, что природа неестественна? Являются ли главные проблемы современной науки лишь пробелами (или огромными ямами) в знаниях, превращающими природу в чудо, или они указывают на необходимость смены парадигмы и нового типа научного объяснения, основанного не на законах системы (природы), а на обучении системы? О различии между сетевой описательной научной картиной мира (нам нужно устранить все объяснения!), изобилующей случайными и потому невероятными деталями - и объяснением через обучение
Что самое худшее может случиться с нейронауками в ближайшем столетии? Открытие того, что в мозге нет "эволюции". Что в отличие от биологии, все великие достижения которой происходят из одного алгоритма, являющегося самым простым, успешным и всеобъемлющим объяснением в любой научной области (гораздо более, чем в физике!), мы обнаружим, что в мозге нет никакого общего или центрального алгоритма, из которого можно сделать обобщение. Что мозг зависит от бесчисленных балансов, возможно даже генетически запрограммированных, которые очень трудно воспроизвести, улучшить или даже понять. Короче говоря: открытие того, что мозг не просто сложен, а запутан и даже переплетен, то есть является неразрешимым клубком. Как биология выглядела до Дарвина: как множество связанных случаев, то есть как сеть - а не как алгоритм. Как система языка, каталогизации и характеристик - а не как система обучения.
А в чем заключается большая надежда нейронаук? Что появится Эйнштейн мозга, который расшифрует фундаментальные научные принципы, хорошо объясняющие его работу. То есть что мозг движим мощным алгоритмом, а не только большими данными и чудовищной процедурной операционной системой. Что он не зависит от тонкой настройки на уровне материнской платы. Иначе, даже если мы сумеем создать искусственный интеллект, нам будет очень трудно создать для него необходимые точные балансы, являющиеся плодом безумно медленной и долгой эволюции, и путь отсюда до катастрофы короток. То есть, если мы не обнаружим, что там существует новый алгоритм обучения помимо старой эволюции - наше положение плохо. И кто гарантирует нам, что "глубокое обучение" сможет продвинуть нас дальше самых поверхностных уровней системы обучения мозга?
Эта проблема тонкой настройки, в противовес эффективному обучающемуся и адаптирующемуся алгоритму, возможно является самой фундаментальной проблемой в современной науке, во всех областях точных наук, включая математику. Вопрос в том, как вообще возникает богатая сложность? Если мы верим в существование создателя или проектировщика, как в средние века, то очень сложные и богатые объяснения нашего мира не проблематичны. Но с момента, как мы в области современной науки, нам трудно принять ситуацию, где вселенная спроектирована для сложности с исключительной степенью точности, из бесконечности возможностей, и без какой-либо видимой причины. Наука ищет случай, который произойдет не случайно. Поэтому три самых значительных вопроса в современной науке это по сути один вопрос:
- В физике: почему вселенная выглядит как будто она спроектирована? Почему она построена для сложности (и жизни!) и любое крошечное изменение в условиях или константах создало бы тривиальную и неинтересную вселенную? Сможем ли мы, как в эволюции, найти базовый эволюционный алгоритм, создавший сложность во вселенной, или нам придется в конце предположить существование бога, проектировщика, или такого везения, по сравнению с которым лотерея выглядит как надежная ставка? Как и почему, ради бога, возникли законы природы с такими точными системами балансов, столько цифр после запятой? Как может быть, что там существует именно нужное количество темной материи и темной энергии? Что-то здесь очень подозрительно - если мы светские. Антропный принцип не может быть ответом на все. На самом деле, он вероятно не ответ ни на что. Сегодня вселенная все больше и больше похожа на искусственные часы из телеологического аргумента часовщика о существовании бога. А константа тонкой структуры - страх божий.
- В биологии: парадокс Ферми. Если эволюция это общий алгоритм во вселенной - почему она преуспела только у нас, насколько видно (где свидетельства продвинутых цивилизаций, которые уже могут влиять на уровне звезд и больше? Или на сигналы во вселенной? Вселенная выглядит полностью естественной). Как может быть, что только здесь возникла последовательность обстоятельств, которые вероятно очень-очень маловероятны, то есть невероятны в астрономических масштабах. Что-то здесь очень-очень подозрительно. Не может быть, чтобы не было разумных инопланетян. Это снова вопрос создания сложности в условиях, которые кажутся настроенными рукой часовщика.
- В математике: какого черта существует математика, если мы не верим в платоновский мир идей (и что пугает, так это то, что большинство математиков верят, потому что как иначе может быть то, что происходит)? Откуда взялась эта безумно прекрасная сложность, совершенно нелогичная, и еще обнаруживается снова и снова, в самых эзотерических ее областях, как полезная для понимания любого явления во вселенной. Что происходит? Как это вообще может быть? Если вселенная настроена швейцарским часовщиком с точностью выше атомных часов, математика кажется созданной гениальным художником с божественными, совершенно нелогичными способностями. Откуда в мире взялось такое явление? Откуда возникают всевозможные совершенно неожиданные и бесконечно сложные порядки внутри таких простых явлений как простые числа? Это просто так, случайно, что они организовались таким образом? Как возможно, что можно находить снова и снова и снова такую богатую сложность, от которой отвисает челюсть, возникающую из действительно простых и абстрактных структур во всех ветвях математики? Это подозрительно до луны.
Эти три большие аномалии намекают на глубокие порядки, существующие во вселенной, и возможно на глубокие алгоритмы обучения, адаптации и создания сложности, которых мы не понимаем. Как мы не понимали эволюцию - и биологический мир казался нам и случайным и ужасно сложным, но также удивительным в своей приспособленности, и как созданный проектировщиком - так можно надеяться, что открытие других алгоритмов обучения решит проблемы вселенских часов. Да, возможно у математики, нейронаук и физики есть свои собственные механизмы эволюции и обучения. Или есть глубокая причина обучения для создания сложности - и для существования условий для нее. Возможно мы сможем, например, обосновать физическую сложность математической, или наоборот, и создать хотя бы редукцию проблемы (была бы в другой физической вселенной другая математика?). Или возможно мы сможем обобщить эволюционное обучение, которое каким-то образом сумело создать условия, позволяющие продолжать его развитие каждый раз заново (когда-то не было кислородной атмосферы на Земле - жизнь создала ее!). Существует какой-то важный компонент в пазле сложности, который нам непонятен, и который не "естественен". Любой ответ, начинающийся с выигрыша в лотерею, не является научным ответом - а теологическим. И гораздо более вероятно заменить его с помощью проектировщика или оператора симуляции.
Но если мы действительно придем к такому проектному ответу (и это возможно! любое проектирование оставляет следы) - это будет настоящая философская революция, и мы поймем, что мы здесь не случайно. В текущем состоянии знаний, в другой интеллектуальной среде, эти аномалии считались бы сильными доказательствами существования такого бога-проектировщика. Только наша вера в появление эволюционных и "естественных" объяснений в будущем, в соответствии с развитием до сих пор в истории науки, предотвращает такую напрашивающуюся интерпретацию и сегодня. Но если мы обнаружим, что эти аномалии очень глубоки, и возможно даже шире, чем мы предполагали, и не найдутся для них естественные объяснения в течение очень долгого времени - наука сможет повлиять на веру способом, которого она совсем не предвидит, и мы вернемся к средневековой картине мира. Вселенная может казаться нам безмерно огромной, а не лабораторным экспериментом на чьем-то столе, но относительно чего мы определяем, что это большая вселенная? Есть ли у нас какой-то объективный масштаб? Единственное объективно большое во вселенной это число порядков величины, но на самом деле речь идет всего о нескольких десятках таковых. Может быть есть тысячи порядков величины в большей вселенной? Может быть есть бесконечность порядков величины? Может быть вся наша вселенная - ничтожная по размеру система?
Наша вселенная как раз не содержит огромных количеств материи, как мы склонны думать. Ведь вселенная почти пуста. Почти все во вселенной пусто. Звезды крошечны по отношению к межзвездному пространству в отношениях со многими нулями, и таким же образом частицы крошечны по отношению к расстояниям между ними, и так далее. Единственное, что приводит вселенную в действие - это не сама материя, а силы, заряды и поля, которые заполняют эти пространства, и они настоящая вселенная. Материя в конечном счете иллюзия. Мы полностью пусты, и единственная причина, по которой мой палец не проходит сквозь клавиши клавиатуры, не в том, что место там заполнено материей, ведь оно на самом деле совершенно пусто - а в том, что есть силы отталкивания, действующие на огромных расстояниях относительно размера электронов в моем пальце и клавише шин, и поэтому они отталкивают друг друга с непостижимой силой относительно их размера. Если бы не было таких сил, я бы немедленно упала со стула в землю к ядру Земли. А как черная дыра, то есть как концентрированная материя, Земля как раз очень маленькая... То есть - тот, кто создал вселенную, был очень скуп на количество пластилина в ней относительно ее размера, но очень щедр относительно влияния крошечных кусочков пластилина издалека друг на друга. Если так, после того как мы видим такое крайнее несоответствие во вселенной между количеством материи и пространством, трудно вообще говорить о большом и малом относительно всей вселенной: возможно, что наша вселенная вся крошечна относительно других вселенных - или огромна. Маленький эксперимент - или непостижимое чудовище.
Тот же вопрос, касающийся пространства, касается и времени. Если объективный масштаб для пространства и времени это сама вселенная, то мы, как вид и как индивиды, занимаем из нее количество времени намного большее на много порядков величины, чем пространства. Как эволюция, например, мы здесь более трети жизни вселенной, а как кусок материи Земля меньше нано-нано-чего-то от вселенной, и также отношение нас как людей к размеру вселенной похоже. Мы не просто похожи на тех гигантов во времени, из потрясающего заключительного абзаца Пруста к "В поисках утраченного времени", но мы буквально лапша во времени. Крошечные создания в пространстве, занимающие огромное время относительно своего размера. Но кто сказал, что даже сама вселенная может быть объективным масштабом? Может ли вообще быть объективный масштаб для вселенной?
Единственные расстояния и единственные количества, которые объективны во вселенной с точки зрения их размера - это сами порядки величины. Именно они определяют, что вселенная на самом деле пуста, потому что есть много порядков величины между размером ее частей и расстояниями их влияния и пространствами в ней. Являются ли настоящие границы нашей вселенной, далеко за пределами каких-либо границ во времени и пространстве, на самом деле границами порядков величины, доступных нам? Ведь возможно, что ответ на богатую сложность к сожалению кроется именно в порядках величины, которые нам недоступны, будь то большие (великий проектировщик? сверх-вселенная? другая структура?), или намного меньшие (какая-то основа, создающая сложность во всех порядках величины над ней, и возможно даже создающая саму математику и законы природы). Но может быть сложность это иллюзия? Ведь есть много порядков величины во вселенной, где нет сложности, и много простых частей в математике, скучных и неинтересных. Может быть сложность создается именно из существования множества порядков величины, позволяющих постепенное создание сложности?
Ведь если мы объединим эволюционный алгоритм и алгоритм нейронных сетей, два известных нам природных алгоритма обучения, мы обнаружим, что создающее сложность - это много поколений одно за другим или много слоев один за другим (глубокое обучение), когда в каждом поколении и слое есть размножение и огромная избыточность агентов (организмов или нейронов). То есть, существует сложность, создаваемая из наслоения времени, проходящего через систему, и существует также сложность, создаваемая из пространственного наслоения в системе. Наслоение - отец сложности и поэтому развития и обучения. Разве не логично, что будет также сложность, происходящая из наслоения порядков величины в системе? То есть, где каждый порядок величины отражает большую сложность, возникающую из того, что под ним? Может ли вселенский механизм обучения не быть механизмом обучения, построенным на порядках величины, обобщающим механизмы обучения во времени и пространстве?
Математическая сложность тоже создается из бесчисленных этапов, наложенных друг на друга, в соответствии с развивающимися определениями и математическим логическим языком. Создается ли сложность мира просто из повторяющегося вычисления, или может быть именно из механизма еще более базового, чем вычисление? Почему такие далекие ветви в математике связаны такими удивительными и глубокими связями (центральная история, повторяющаяся снова и снова во всех частях современной математики)? Возможно ли, что вся математика построена не только как сеть с глубокими связями из моря, но что есть одно базовое явление в ее основе, что существует море? Или существует какой-то глубокий генеративный процесс, создающий сложность по всей математике, например простых чисел, и можно добраться до его глубины? Есть ли эволюция у математики? Математическая логика это хотя и генеративный процесс, но он не "глубокий", и нет в нем понимания создаваемого порядка, а только внешнее языковое описание (и действительно она относительно отделена от остальных частей математики, несмотря на теорию моделей и последние продвижения в связи между теорией типов и теорией категорий). Обнаружим ли мы обучение в основе оснований математики?
Эти вопросы на краю границы нашего восприятия. Но возможно, что именно если мы объединим различные алгоритмы обучения, которые мы знаем, из эволюционных, мозговых, математических и физических миров, мы придем к какой-то единой и базовой теории обучения и его сущности, и базовой общей основы различных алгоритмов обучения в нашем мире, и поэтому также свойств и ограничений обучения. Возможно ли, что мы откроем в 21 веке, что теория всего в физике (TOE), объединяющая две великие физические теории 20 века - квантовую и относительности - в одну структуру, основывается именно на идеях эволюционного обучения, как биология основывается на эволюции? Такая теория может быть даже более общей, чем физическая "теория всего" - потому что возможно мы обнаружим, что она включает все точные науки, включая математику и биологию и компьютерные науки и нейронауки - под одной обучающей структурой. Например, когда различные алгоритмы обучения являются частными случаями одного базового алгоритма.
А если мы выберем более скромную цель, то как теория сетей сегодня начинает предоставлять понимание о сетях во всех областях науки и технологии, возможно в будущем у нас будет междисциплинарная и фундаментальная теория обучения, которая даже окажется более базовой, чем идея сети. Точно так же, как обучение фундаментальнее для мозга, чем сеть нейронов, или фундаментальнее для эволюции, чем сети генов. Мы вполне можем представить своего рода Эйнштейна обучения 21 века, который обоснует его как супер-теорию, и который откроет в нем также множество количественных предсказаний (как быстро можно учиться? при каких пороговых условиях? сколько информации нужно и сколько создается? как измерять "богатую сложность" через обучение? и т.д.).
Тогда, возможно, такая теория найдет общее и всеобъемлющее объяснение сложности во вселенной, и базовый механизм обучения, который ее движет. И тогда мы перестанем понимать вселенную как вычисление (без глубины и понимания), или как сеть (случайную), или как вероятность (невероятную), и начнем думать о ней как об обучении. Мы не знаем другого естественного процесса, создающего богатую сложность, будь то в культуре, в человеке, или в эволюции, который не является обучением. Может быть мы обнаружим, что это верно также для физики и математики? И может быть природа этого алгоритма раскроет нам, почему мы единственная эволюция, сошедшаяся к состоянию интеллекта, и что возможно вероятно слишком много типов развития сложности, произошедших в других эволюциях, и приведших к другим направлениям, которые мы сегодня не понимаем. Ведь возможно, что эволюция склонна как раз сходиться к другим алгоритмам обучения, чем наши (разве естественно вырастает из нее именно цифровые вычисления, например из генома, а не мозг? Почему собственно это не более вероятно? Почему должен создаваться дополнительный и аналоговый механизм обучения, отделенный от цифрового генетического механизма обучения, который уже существует и готов?). И если создастся общая и всеобъемлющая научная теория обучения, возможно мы сможем даже измерить сложность, которую "вероятно" создаст эволюция, и понять, действительно ли мы экстремальный случай, или идентифицировать какую-то редкую поворотную точку на пути к нам, которая привела относительно легко к сложности после нее. И может быть, если мы расшифруем базовый алгоритм обучения природы, мы поймем также, как должен естественно (!) развиваться искусственный интеллект, и какой самый е-с-т-е-с-т-в-е-н-н-ы-й алгоритм обучения для интеллекта во вселенной. А что естественно - вероятно безопаснее и правильнее и более приспособлено к миру. И к природе. И к природе мира.