В чрезвычайно популярной ТВ-передаче Карла Сагана о космических исследованиях, многим запомнились такие вдохновенные слова: «Какая-то наша часть знает: это то, откуда мы пришли… Мы мечтаем о возвращении. И мы можем это сделать. Потому что космос также и внутри нас. Мы все сделаны из звездного материала. Мы — это способ для космоса познать себя…».
С подачи астронома Сагана термин «звездный материал» (star stuff) прочно вошел в оборот как краткий и очень поэтичный способ напомнить человеку о его космическом происхождении.
Ныне же, однако, с подачи нашего соотечественника, физика и компьютерщика Дмитрия Крюкова, появилась новая идея примерно в том же ключе, быть может, не столь поэтичная, но, в каком-то смысле, даже более сильная.
То, чем стал человек в результате миллионов лет эволюции, — это все же несколько больше, чем просто химические элементы, из которых сделаны все планеты, звезды и галактики. Появляются свидетельства, что структура нашего мозга, а также нетривиальные вещи, которые мы с помощью этого мозга создаем: структуры вроде Интернета, социальных сетей и так далее — по сути своей аналогичны той структуре, что лежит в основе самой Вселенной…
Мозг и космос
Крюков и его коллеги в работе под названием «Сетевая космология» продемонстрировали удивительно глубокие аналогии в структуре сложных сетей — от мозга и Интернета до устройства Вселенной.
Комментируя этот интересный результат, Крюков первым делом предупреждает: «Мы ни в коем случае не утверждаем, будто Вселенная — это гигантский космический разум или компьютер». Тем не менее, в статье ученые демонстрируют отчетливые параллели между свойствами мозга и Вселенной: «Обнаруженная нами эквивалентность между ростом Вселенной и сложными сетями дает сильные основания полагать, что динамикой этих очень разных сложных систем управляют схожие законы».
Крюков и его коллеги занимаются изучением, в основном, информационно-технологических сетей, в рамках network science – междисциплинарной науки, изучающей разного рода связи: компьютерные сети, биологические, когнитивные и т.д.. Давно известно, что при работе со сложными сетями особенно трудной задачей оказывается предсказание их поведения и управление развитием этих связей. Иначе говоря, четкое понимание, в какое состояние и как переходит динамическая система в течение заданного промежутка времени.
При этом очень похожая, по сути, задача решается в области фундаментальной космологии, где теоретики пытаются определить, куда и как развивается Вселенная. Попутно, вместе с развитием теории квантовой гравитации, все более общепринятой становится модель Вселенной как каузальной сети. То есть гигантской системы объектов, находящихся в дискретном пространстве-времени и связанных между собой причинно-следственными связями на основе метрики особого вида. (Из-за конечной скорости света два события могут иметь каузальную связь лишь в том случае, если свет и прочие взаимодействия успевают дойти от одного до другого.)
И в какой-то момент, коль скоро Дмитрий Крюков по своему базовому образованию физик-теоретик, пришла идея, как следует сравнить динамику развития этих сложных сетей друг с другом. На первый взгляд, вроде бы очевидно, что развитием Интернета и космоса управляют совершенно разные законы. Однако интуиция подсказывала ученым, что здесь могут быть и сюрпризы.
Короче говоря, команда исследователей решила заняться задачей крупномасштабной компьютерной симуляции процесса роста Вселенной на базе известного Суперкомпьютерного центра в Сан-Диего (SDSC – San Diego Supercomputer Center). Создавая свою математическую модель, ученые отталкивались от гигантского числа, 10250, предполагаемого в качестве нижнего предела для количества дискретных «атомов» пространства-времени. Это абсолютно неподъемное для обсчетов число пришлось, конечно, существенно уменьшить, прежде чем был запущен симулятор каузальной сети Вселенной.
Под задачу была выделена одна из новейших систем SDSC, суперкомпьютер под названием Trestles. Этот внушительный вычислительный комплекс имеет 10368 процессорных ядер, пиковую производительность 100 терафлопс (триллионов операций с плавающей точкой в секунду), 20 терабайт оперативной памяти и 39 терабайт флеш-памяти внешней.
Но даже для такого мощного вычислителя на решение сложной космологической задачи могло потребоваться, по первоначальным прикидкам, от трех до четырех лет работы. Однако при правильном подходе специалистов к задаче произошло маленькое или же великое, как посмотреть, чудо. Скорость обработки удалось кардинально увеличить, грамотно распараллелив и оптимизировав базовые процедуры вычислений. Так что, в конечном итоге, всю модель удалось обсчитать в течение одного дня работы машины.
Причем полученный ответ, к удивлению исследователей, продемонстрировал, что представление пространства-времени расширяющейся Вселенной как каузальной сети в своей динамике оказалось неожиданно похожим на структуру сложных сетей типа Интернета, социальных сетей и биологических сетей вроде нейронной структуры нашего мозга.
Как полагают ученые, последствия их открытия и для сетевой науки, и для космологии представляются значительными: «Мы обнаружили, что динамика крупномасштабного роста у сложных сетей и у каузальных сетей асимптотически та же самая. Этим объясняется и структурная схожесть между этими весьма разными, вообще говоря, сетями».
Но не может ли выявленная аналогия быть просто случайным совпадением? Крюков не отрицает подобную возможность, однако вероятность такой случайности крайне мала. Совпадения в физике бывают чрезвычайно редко. А если что-то подобное и случается, то, в конечном итоге, для этого всегда находится рациональное объяснение. Однако далеко не всегда установить удается сразу причину совпадения.
Если открывшаяся эквивалентность структур — это вовсе не случайное совпадение, то тогда результат может означать вот что: со временем может быть выявлен некий универсальный механизм для объяснения того, как работают сложные сетевые системы, что-то типа общего знаменателя для Интернета, нашего мозга и самой Вселенной.
Или как формулируют это сами первооткрыватели: «Структурные и динамические аналогии в различных реальных сетях предполагают, что динамику этих сетей могут описывать какие-то универсальные законы». Проблема заключается в том, что природу и происхождение этих законов еще только предстоит выяснить…
Источник: 3D News
статьи об интегральном мире