Hoewel informatica voor het vierde decennium op rij op scholen wordt onderwezen, besteden we weinig aandacht aan het belang ervan. Het lijkt ons dat het alleen maar helpt om beter te begrijpen hoe computers werken. In feite groeit een theorie uit de informatica, die op de lange termijn in staat is om onze fundamentele ideeën over de wereld en de plaats van de mens daarin te veranderen.
HET TIJDPERK VAN BEREKENING
Informatica, als een tak van de wetenschap die zich bezighoudt met de studie van de wetten van vorming, transformatie en distributie van informatie in de natuur, is ontstaan in een tijd dat het binaire calculussysteem verscheen: een dergelijk systeem, dat alleen met nullen en enen werkte, werd beschreven door de Duitse wiskundige Gottfried Leibniz in 1703. Hij vond ook een prototype van een ponskaart uit en stelde een project voor voor een rekenmachine die in binaire getallen werkt. Het blijkt dat informatica vanaf het prille begin een praktische wetenschap was, wanneer abstracte ideeën onmiddellijk toepassing vinden in de vorm van concrete uitvindingen.
Het duurde echter nog eens anderhalve eeuw om tot het inzicht te komen dat het met behulp van een binair systeem niet alleen mogelijk is om rekenkundige, maar ook logische problemen op te lossen. Ponskaarten begonnen te worden gebruikt bij het weven, waardoor complexe patronen op stoffen ontstonden. En het was precies deze technologie die de Engelse wetenschapper uit de 19e eeuw Charles Babbage moest gebruiken in zijn "differentiële machine" - tegenwoordig wordt hij de "vader" van de eerste computer genoemd. Vervolgens werden ponskaarten gebruikt voor statistische berekeningen, waarop het beroemde IBM-bedrijf, opgericht in 1911, opgroeide. Zijn experts hebben ook de eerste programmeerbare rekenmachines uitgevonden. In 1937 verdedigde de Amerikaanse ingenieur Claude Shannon zijn proefschrift, waarin hij aantoonde dat logische problemen kunnen worden opgelost met behulp van de organisatie van elektromechanische relais:in dit historische werk werd de basis gelegd voor de informatietheorie en de constructie van analoge computers. Tien jaar later publiceerde Shannon een nog uitgebreider monografie, waarin geen individuele schema's werden onderzocht, maar de aard van de informatie als geheel. Sinds dat moment heeft de informatica de betekenis gekregen van een universele theorie, met behulp waarvan men globale fysische processen kan beschrijven.
KWANTUMSPRONG
De opkomst van de kwantummechanica dwong wetenschappers om de grondslagen van de informatica te herzien. Als Claude Shannon en zijn volgelingen geloofden dat alle objecten en interacties tussen hen kunnen worden uitgedrukt door reeksen van nullen en enen, dan moet men, volgens de wetten van de kwantumwereld, rekening houden met de onzekerheid van de toestand van de informatiecel. Hierdoor kan een kwantumcomputer veel sneller berekeningen uitvoeren dan een traditionele computer, omdat, zoals wetenschappers zeggen, het vermogen om parallel berekeningen te maken er inherent aan is op het niveau van een fysiek apparaat. Het grootste probleem is het ophalen van het resultaat, maar ze proberen het op te lossen door speciale algoritmen te ontwikkelen voor het decoderen van de ontvangen gegevens.
Promotie video:
Omdat de eerste kwantumcomputer zeer recent werd gebouwd, staat de theorie van kwantuminformatie nog in de kinderschoenen. Maar zelfs in dit eerste stadium wordt het duidelijk dat het met de juiste ontwikkeling blijkbaar in staat is om de tegenstrijdige vragen van de moderne fysica te beantwoorden, en zelfs de belangrijkste: hoe wordt de werkelijkheid gevormd?
Veel experts spreken over het aanzienlijke wetenschappelijke potentieel van de theorie van kwantuminformatie. Seth Lloyd van de Massachusetts University of Technology gelooft bijvoorbeeld dat het universum zelf een enorme kwantumcomputer is en dat we, door de juiste technologie te ontwikkelen, op een dag zullen leren om fundamentele processen te reproduceren en zelfs te modelleren, en ze naar eigen goeddunken te sturen. De Zwitserse natuurkundige Nicolas Gisan, de auteur van een baanbrekend experiment over kwantumteleportatie, is er zeker van dat we na de ontdekking van 'willekeurige niet-lokaliteit', die dezelfde fundamentele natuurwet bleek te zijn als de wet van universele zwaartekracht, het hele wereldbeeld zullen moeten herzien. Enzovoort.
Het lijkt erop dat er behoefte is aan een nieuwe theorie om de wereld te verklaren in het licht van nieuwe ontdekkingen. En zo'n theorie werd voorgesteld door de beroemde Britse natuurkundige van Israëlische afkomst David Deutsch.
ONZICHTBARE CONSTRUCTEUR
David Deutsch, die in Oxford werkt, werd beroemd met zijn boek The Structure of Reality (1997), waarin hij de multiversum-hypothese onderbouwde, een vergeten interpretatie van de kwantummechanica die het bestaan van een oneindig aantal parallelle werelden mogelijk maakt. Later voegde hij aan deze hypothese toe Karl Popper's concept van de toepasbaarheid van ideeën die de test van mentale weerlegging doorstaan, de theorie van kwantuminformatie en de ontwikkeling van de evolutietheorie in relatie tot de sfeer van de rede, voorgesteld door Richard Dawkins. Daardoor slaagde Deutsch erin een weg te vinden naar een originele kijk op de structuur van het heelal, die hij 'de theorie van de constructor' noemde.
In zijn meest vereenvoudigde vorm zegt zijn theorie dat de wereld om ons heen zich ontwikkelt onder invloed van bepaalde systemen die in het weefsel van de werkelijkheid zijn ingebouwd, en daarom, als de wetenschap het universum wil leren kennen, zou het zich niet zozeer moeten bezighouden met de studie van de wetten waarmee individuele objecten met elkaar in wisselwerking staan, maar met de studie van deze systemen ("Constructors"), waarvan we sommige zelfs hebben leren reproduceren. David Deutsch legt zijn idee als volgt uit:
“Het dominante concept in de moderne wetenschap beschouwt alles rondom als de ontwikkeling van consequenties van onbekende beginvoorwaarden … Als we bijvoorbeeld de bewegingswetten kennen en waar de planeet zich een jaar geleden bevond, kunnen we voorspellen waar het over een jaar zal zijn. Maar als we ons afvragen of we een hele planeet daar en daar kunnen verplaatsen, zal de traditionele aanpak mislukken. Een ander voorbeeld is het probleem van de vrije wil. Laten we zeggen dat ik twee keuzes heb. Nu ik de eerste heb gekozen, kan ik alleen maar raden wat er zou zijn gebeurd als ik de tweede had gekozen. Wat er gebeurt, gebeurt. En dat is alles … Het blijkt dat mijn keuze vooraf was bepaald sinds de tijd van de oerknal? Het onderliggende probleem is dat het dominante concept alleen datgene verklaart wat materieel is; vrije wil past er niet in … In de theorie van de constructeur kan men zeggen dat iets mogelijk is,zonder te zeggen dat het zal gebeuren."
De wetenschapper vergelijkt de werking van "constructeurs" met de werking van katalysatoren - stoffen die de snelheid van chemische reacties veranderen, maar zichzelf niet veranderen. De studie van "constructeurs", aldus Deutsch, zal ons een idee geven om te begrijpen waar de wetten van de fysica vandaan komen en waarom ze werken zoals ze werken. Tegelijkertijd zal duidelijk worden wat er in het algemeen mogelijk is binnen ons universum en wat fantastisch blijft.
OP DE DREMPEL VAN Almacht
De mensheid is lang in staat geweest om de eenvoudigste modellen van "constructeurs" te maken. Dit zijn bijvoorbeeld warmtemotoren die in een kringloop draaien. Of een desktopcomputer die allerlei soorten bewerkingen uitvoert om informatie te transformeren, terwijl deze fysiek onveranderd blijft.
Natuurlijk kunnen globale "constructeurs" niet met onze handen worden aangeraakt of op tafel worden gelegd, maar we komen hun manifestaties bijna elke seconde tegen. Feit is dat kennis zelf een van de wereldwijde "constructeurs" is, en het maakt niet uit waar het vandaan komt: uit het hoofd, uit een boek of uit een computer. Maar de mogelijkheid van nieuwe transformaties hangt af van de hoeveelheid kennis. Als de mens vroeger alleen natuurlijke verbindingen en processen kon gebruiken, heeft hij tegenwoordig geleerd om de natuur op een 'onnatuurlijke' manier te laten werken, nieuwe elementen van het periodiek systeem te creëren of een kettingreactie van het verval van atoomkernen te starten.
Welke praktische toepassing kan 'constructortheorie' hebben anders dan kennisvergroting? David Deutsch gelooft dat zij het is die de constructie van kunstmatige intelligentie zal toestaan die de kwaliteit van het werken met informatie zal veranderen. En aangezien informatie de kern van alles vormt, zullen de mogelijkheden van deze intelligentie waarschijnlijk onbeperkt zijn. Hij zal bijvoorbeeld het probleem van fysieke onsterfelijkheid of kolonisatie van naburige planeten kunnen oplossen. Hoe de wereld in dit geval zal veranderen, kun je proberen je voor te stellen. Je maakt immers ook deel uit van de globale "constructor" …
Anton Pervushin