ИИ способен решать математические задачи, которые ставили в тупик ученых, однако, по мнению физика Джима Аль-Халили, для понимания времени может потребоваться то, чего современным машинам не хватает: воображение.
В своей новой книге Аль-Халили исследует, почему ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению о том, что такое время, или объяснить, почему оно движется только в одном направлении. Он утверждает, что ответы на эти вопросы могут потребовать нового понимания физики — того самого концептуального прорыва, который, по его мнению, пока недоступен современным системам ИИ, несмотря на их растущие математические возможности.
«Эти различные описания времени настолько не похожи друг на друга, что мы не знаем, как их согласовать», — отметил в интервью IBM Think Аль-Халили, заслуженный почетный профессор физики Университета Суррея в Великобритании.
Аль-Халили, физик-ядерщик и популяризатор науки на BBC, считает, что в конечном итоге ИИ может помочь разрешить эти противоречия. Тем не менее, по его словам, ответы на фундаментальные вопросы о Вселенной по-прежнему требуют человеческой интуиции, а не только вычислительной мощности.
Аль-Халили обсудит некоторые из этих вопросов 18 ноября на мероприятии в Лондоне, где он присоединится к Хуану Бернабе-Морено, директору IBM Research Europe по Великобритании и Ирландии, чтобы обсудить, сможет ли квантовые вычисления обойти ИИ в качестве следующего крупного технологического прорыва. Дискуссия «Эпоха становления» организована Intelligence Squared в партнерстве с IBM.
По словам Аль-Халили, одно из главных препятствий на пути к пониманию времени заключается в том, что у физиков до сих пор нет единого объяснения того, чем оно является на самом деле.
«Это реальная вещь. Это осязаемая часть нашей физической реальности», — сказал Аль-Халили. «Это не наше изобретение; оно существует не только в нашем сознании; это не просто то, что измеряют часы».
В книге Аль-Халили рассматриваются три описания времени, которые физики пока не смогли согласовать. Во многих уравнениях время — это не более чем число, отслеживающее изменения. Общая теория относительности Эйнштейна рассказывает другую историю, рассматривая время как четвертое измерение, вплетенное в ткань пространства. Термодинамика, изучающая тепло и энергию, добавляет еще одну сложность: у времени есть направление, стрелка, указывающая из прошлого в будущее.
Эйнштейн также показал, что время течет с разной скоростью в разных местах. Скорость часов относительно других зависит от движения и гравитации. Согласно данным Национального института стандартов и технологий, спутникам GPS необходимы релятивистские поправки, поскольку их часы идут иначе, чем на Земле.
Квантовая механика, теория относительности Эйнштейна и термодинамика помогают ученым делать точные предсказания о физическом мире. Но, как отмечает Аль-Халили, они еще не создали единого объяснения времени, которое работало бы во всей физике.
Рассмотрите, что происходит, когда стакан падает на кухонный пол. Он разбивается на осколки, но эти фрагменты никогда не собираются обратно сами собой. Загадка, как пояснил Аль-Халили, заключается в том, что многие фундаментальные уравнения физики работают независимо от того, идет ли время вперед или назад.
Физики обычно объясняют эту разницу через энтропию — величину, связанную с количеством микроскопических состояний, доступных системе. Согласно второму началу термодинамики, энтропия в изолированной системе, как правило, не убывает.
Аль-Халили считает, что физики ставят вопрос с ног на голову. Вместо того чтобы пытаться объяснить, почему время движется вперед, хотя уравнения предполагают, что оно может идти в любую сторону, он утверждает, что у времени может быть встроенное направление, а уравнения описывают лишь необычные исключения.
«У Вселенной есть стрелка; у времени есть направление», — сказал он.
Он проиллюстрировал этот аргумент на примере маятника. Поместите маятник в вакуумную камеру, чтобы устранить сопротивление воздуха и минимизировать трение. Видеозапись его колебаний будет выглядеть практически одинаково как при воспроизведении вперед, так и назад.
Однако если подвергнуть маятник воздействию воздуха, его колебания постепенно затухают. Если запустить запись в обратном порядке, покажется, что маятник получает энергию из неизвестного источника.
Аль-Халили утверждает, что уравнения, описывающие обратимое время, опираются на идеализированные системы, изолированные от окружающей среды. «Истинная природа реальности в нашей Вселенной заключается в том, что все взаимодействует со всем, и у времени есть направление», — сказал он.
По его мнению, направление времени может быть фундаментальным свойством. Математические уравнения, которые кажутся одинаково работающими как назад, так и вперед, в таком случае описывают особые случаи, а не глубинную природу реальности.
Аль-Халили признает, что это мнение меньшинства. Физики еще не установили, является ли направление времени фундаментальным или оно возникает в результате других физических процессов.
Один из возможных путей к ответу лежит через квантовую гравитацию. Попытка согласовать квантовую механику, описывающую материю и энергию на очень малых масштабах, с теорией гравитации Эйнштейна, объясняющей, как масса и энергия искривляют пространственно-временной континуум, порождает эффекты, которые мы ощущаем как гравитацию.
Такая теория должна будет учитывать различные роли времени в обеих концепциях.
«Правильная теория квантовой гравитации может подсказать нам, как согласовать эти аспекты природы времени», — отметил Аль-Халили.
Он также указал на исследования Большого взрыва и темной энергии — таинственного феномена, связанного с ускоренным расширением Вселенной. Эти исследования могли бы помочь физикам понять, имело ли время начало и что с ним может произойти в далеком будущем.
Аль-Халили считает, что успешная теория квантовой гравитации наконец-то сможет объяснить, как различные описания времени сочетаются друг с другом. Но физики безуспешно пытаются примирить квантовую механику и теорию относительности уже несколько десятилетий.
По словам Аль-Халили, способность ИИ справляться со сложными математическими задачами может сделать его ценным инструментом для физиков, однако он сомневается, что современные системы способны дать интуицию, необходимую для переосмысления фундаментальных теорий.
«Я не думаю, что у ИИ есть такая интуиция, такое воображение, чтобы по-настоящему решить некоторые из этих глобальных вопросов», — сказал он.
Он проводит различие между решением математической задачи и осознанием того, что сама задача могла быть поставлена неверно. Его собственный аргумент о направлении времени основан на сомнении в допущении, которое направляло физику более века.
Тем не менее, Аль-Халили знает физиков, которые с нетерпением ждут возможности поработать со все более мощными системами ИИ.
«Мы рассчитываем на то, что ИИ протянет нам руку помощи, а не опасаемся, что он отнимет у нас работу», — добавил он.
Аль-Халили начал исследовать эти вопросы в рамках исследовательского проекта, финансируемого Фондом Джона Темплтона, который объединил физиков, философов и математиков. Позднее написание книги сделало это исследование личным.
Перешагнув седьмой десяток лет, он признался, что размышления о времени обострили его восприятие смертности. Один вопрос особенно интересует его: почему люди так страшатся вечности после смерти, но почти никогда не беспокоятся о вечности до рождения?
Он предположил, что эта разница отчасти отражает стремление человека оставить что-то после себя, какое-то свидетельство прожитой жизни.
«Подумайте о нашем месте во времени: мы существуем в течение столь ничтожного интервала по сравнению с возрастом самой Вселенной, — сказал он. — У вас есть немного времени; извлеките из этого времени максимум пользы, потому что оно реально».
/)
