Глава 5

Виртуальная реальность

Теорию вычислений традиционно изучали абстрактно, как раздел, относящийся только к математике. Однако при этом теряется ее смысл. Компьютеры – физические объекты, а вычисления – физические процессы. То, что могут или не могут вычислить компьютеры, определяется законами физики, а не законами чистой математики. Универсальность — одна из важнейших концепций теории вычислений. Универсальный компьютер обычно определяют как абстрактную машину, способную имитировать вычисления любой другой абстрактной машины в конкретном четко определенном классе. Однако важность универсальности заключается в том, что универсальные компьютеры, или, по крайней мере, хорошие приближения к ним, можно на самом деле построить и использовать для вычисления поведения не только друг друга, но и интересующих физических и абстрактных категорий. Эта возможность – часть самоподобности физической реальности, о которой я упомянул в предыдущей главе.

Самое известное физическое проявление универсальности – область технологии, которая обсуждалась в течение многих десятилетий, но начинает развиваться только сейчас, – виртуальная реальность. Этот термин относится к любой ситуации, когда искусственно создается ощущение пребывания человека в определенной среде. Например, пилотажный тренажер – машина, которая дает летчику ощущение полета на самолете без отрыва от земли, – это один из видов генератора виртуальной реальности. В такую машину (или точнее, компьютер, который ею управляет) можно ввести характеристики реального или вымышленного самолета. В программе также можно определить окружающую самолет среду, как-то: погоду и схему аэропортов. По мере того, как пилот практикует перелеты из одного аэропорта в другой, тренажер вызывает определенные изображения в окнах, ощущения возникающих при полете толчков и ускорений, соответствующие показания приборов и т.д. Он может включать эффекты, например, турбулентности, механического повреждения и предложенных модификаций самолета. Таким образом, пилотажный тренажер может дать пользователю широкий диапазон ощущений от полета, включая такие ощущения, которые невозможно получить в реальном самолете: имитационный самолет может обладать техническими характеристиками, нарушающими законы физики, например, он может лететь сквозь горы, быстрее света или без горючего.

Поскольку мы ощущаем окружающую нас среду через наши чувства, любой генератор виртуальной реальности должен обладать способностью манипулировать нашими чувствами, доминируя над их нормальным функционированием, чтобы мы могли почувствовать определенную окружающую среду. Возможно, это звучит как выкладка из книги Олдоса Хаксли BraveNewWorld[7], но технологии искусственного управления сенсорным ощущением человека безусловно развивались в течение тысячелетий. Все методики предметно-изобразительного искусства и связи на длинные расстояния можно считать «доминирующими над нормальным функционированием чувств». Даже доисторические пещерные рисунки давали зрителю некоторое ощущение того, что он видит животных, которых на самом деле там не было. Сегодня мы можем осуществить это более точно, используя фильмы и звукозапись, хотя и не настолько точно, чтобы имитацию можно было перепутать с оригиналом.

Я буду использовать термин генератор изображений для обозначения любого прибора, как-то: планетарий, система класса Hi-Fi или полочка для специй, – который может формировать точно определенный сенсорный ввод для пользователя: заданные картинки, звуки, запахи и т. п., которые считают «изображениями». Например, чтобы генерировать обонятельное изображение (т.е. запах) ванили, нужно открыть баночку с ванилью, которая стоит на полочке для специй. Чтобы генерировать слуховое изображение (т.е. звук) двадцатого концерта для фортепьяно Моцарта, нужно поставить соответствующий компакт-диск на систему класса Hi-Fi. Любой генератор изображений – это рудиментарный вид генератора виртуальной реальности, но термин «виртуальная реальность» обычно оставляют на тот случай, когда присутствуют и широкий охват сенсорного диапазона пользователя, и ощутимый элемент взаимодействия («ответная реакция») между пользователем и имитируемой категорией.

Рис. 5.1. Виртуальная реальность в современном исполнении

Современные видеоигры позволяют осуществить взаимодействие между игроком и объектом игры, но они, как правило, используют только небольшую часть сенсорного диапазона пользователя. Такая «окружающая среда» состоит из изображений на небольшом экране и частично звуков, которые слышит пользователь. Однако уже существуют виртуальные видеоигры, более достойные этого названия. Обычно пользователь надевает шлем со встроенными наушниками и двумя телевизионными экранами (по одному для каждого глаза), иногда – специальные перчатки и другую одежду, изнутри обшитую электрически управляемыми эффекторами (приборами, создающими давление). Там также присутствуют сенсорные датчики, которые фиксируют движение частей тела пользователя, особенно головы. Информация о том, что делает пользователь, передается компьютеру, который вычисляет, что должен видеть, слышать и чувствовать пользователь, и реагирует, посылая соответствующие сигналы генераторам изображения (рисунок 5.1). Когда пользователь смотрит налево или направо, изображения на двух телевизионных экранах следуют за его взглядом, как и реальное поле зрения, чтобы показать, что находится слева и справа от него в виртуальном мире. Пользователь может протянуть руку и поднять виртуальный объект, он будет как настоящий на ощупь, потому что эффекторы перчатки генерируют «тактильную обратную связь», соответствующую тому положению и ориентации, в которой виден объект.

В настоящее время игры и имитация средств передвижения – основные области применения виртуальной реальности, но в ближайшем будущем предвидится огромное количество новых областей ее применения. Для архитекторов скоро станет обычным делом создавать виртуальные прототипы зданий, по которым клиенты смогут пройтись и проверить модификации на той стадии, когда их можно будет внедрить без особых усилий. Покупатели смогут пройти (или даже пролететь) по виртуальным супермаркетам, не выходя из дома, даже не встречаясь с толпой других покупателей и не слушая музыку, которая им не нравится. Но совсем не обязательно, что они останутся в виртуальном супермаркете в одиночестве: в виртуальной реальности за покупками могут пойти вместе сколько угодно человек, у каждого будут как изображения остальных, так и изображение супермаркета, но никому из них не придется выходить из дома. Концерты и конференции будут проводить, не назначая места встречи; и выгода здесь не только в экономии на стоимости аудиторий, гостиниц и перелетов, но и в том что все участники смогут сидеть на самом лучшем месте одновременно.

Если бы епископ Беркли или инквизиторы знали о виртуальной реальности, они, возможно, ухватились бы за нее, как за совершенную иллюстрацию обманчивости чувств, подтверждающую их аргументы против научного рассуждения. Что произошло бы, если бы летчик пилотажного тренажера попытался использовать проверку на реальность доктора Джонсона? Несмотря на то, что виртуальный самолет и окружающая его среда в действительности не существуют, они «дают ответную реакцию» летчику, как если бы они существовали. Летчик может открыть дроссель и услышать ответный рев двигателей, почувствовать их давление через сиденье, увидеть в окно, как они вибрируют и выбрасывают горячий газ, несмотря на то, что их не существует. Летчик может ощутить полет самолета во время шторма, слышать гром и видеть дождь, бьющий по ветровому стеклу, хотя в реальности ничего этого нет. В реальности снаружи кабины находится только компьютер, несколько гидравлических домкратов, телевизионные экраны, громкоговорители и совершенно сухое неподвижное помещение.

Делает ли это опровержение солипсизма доктором Джонсоном недействительным? Нет. Его разговор с Босуэллом мог также произойти и в пилотажном тренажере. «Я опровергаю это вот так», — мог сказать он, открывая дроссель и чувствуя ответную реакцию виртуального двигателя. Там нет двигателя. А ответную реакцию дает компьютер, обрабатывающий программу, которая вычисляет, что сделал бы двигатель, если бы на него «оказали воздействие». Но эти расчеты, внешние для разума доктора Джонсона, реагируют на управление дросселем также сложно и автономно, как и двигатель. Следовательно, они выдерживают проверку на реальность, и это справедливо, потому что в действительности эти вычисления – физические процессы внутри компьютера, а компьютер – обычный физический объект (не менее физический, чем двигатель), и объект совершенно реальный. Тот факт, что это не реальный двигатель, не имеет никакого отношения к аргументу против солипсизма. Как-никак, не все реальное должно легко поддаваться распознаванию. Даже если бы то, что показалось камнем, впоследствии оказалось бы животным, замаскировавшимся под камень, или голографической проекцией, скрывающей садового гномика, это не имело бы особого значения в первоначальной демонстрации доктора Джонсона. Поскольку его реакция была сложной и автономной, доктор Джонсон мог бы совершенно оправданно сделать вывод, что эта реакция была вызвана чем-то реальным, находящимся вне него, и, следовательно, реальность состоит не только из него.

Тем не менее, существование виртуальной реальности может показаться неудобным для тех, чье мировоззрение основано на науке. Только подумайте, что такое генератор виртуальной реальности с точки зрения физики. Конечно, это физический объект, который подчиняется тем же законам физики, что и все остальные объекты. Но, кроме того, он может «притворяться». Он может притвориться совершенно другим объектом, который подчиняется ложным законам физики. Более того, этот процесс может протекать сложно и автономно. Когда пользователь воздействует на него, чтобы проверить реальность того, чем он притворяется, он оказывает ответную реакцию, как если бы он был тем другим, несуществующим объектом, и как если бы ложные законы были истинными. Если бы мы изучали физику только на основе таких объектов, мы вывели бы ошибочные законы. (В самом деле? Удивительно, но дело обстоит не совсем так. Я вернусь к этому вопросу в следующей главе, но, прежде всего, мы должны рассмотреть явление виртуальной реальности поподробнее).

Если принять это во внимание, может показаться, что епископ Беркли имел в виду, что виртуальная реальность – это символ грубости человеческих способностей, что ее существование должно предупредить нас о внутренних ограничениях способности людей понимать физический мир. Может показаться, что ссылка на виртуальную реальность относится к той же философской категории, что и иллюзии, ложные следы и совпадения, поскольку все это явления, которые вроде бы показывают нам нечто реальное, но на самом деле вводят нас в заблуждение. Мы уже видели, что научное мировоззрение может принять (а в действительности, ожидает) существование явлений, в высшей степени вводящих в заблуждение. Это parexcellence мировоззрение, способное согласовать ошибочность, свойственную человеку, и внешние источники ошибок. Тем не менее, явления, вводящие в заблуждение, приветствуются в своей основе. Помимо того, что они любопытны, или того, что мы узнаем из них, почему они вводят в заблуждение, мы пытаемся избежать этих явлений и предпочитаем обходиться без них. Но виртуальная реальность не относится к этой категории. Мы увидим, что существование виртуальной реальности показывает не то, что человеческая способность понимания мира изначально ограничена, а напротив, то, что изначально она безгранична. Это не аномалия, привнесенная случайными свойствами человеческих органов чувств, а фундаментальное свойство мультиверса в целом. И тот факт, что мультиверс обладает этим свойством, нисколько не смущающим реализм или науку, необходим для обоих: это именно то свойство, которое делает науку возможной. Это не нечто, «без чего мы предпочли бы обойтись»; это нечто, без чего мы буквально не можем обойтись.

Такие заявления могут показаться достаточно претенциозными, если учесть, что их делают, основываясь на пилотажных тренажерах и видеоиграх. Но в общей схеме центральное место занимает виртуальная реальность в целом, а не частный генератор виртуальной реальности. Поэтому я хочу рассмотреть виртуальную реальность в максимально обобщенном виде. Каковы ее наивысшие пределы, если таковые имеются? Какую окружающую среду, в принципе, можно искусственно получить и с какой точностью? Говоря «в принципе», я имею в виду, игнорируя преходящие ограничения технологии, но принимая во внимание все ограничения, которые могут наложить принципы логики и физики.

По моему определению генератор виртуальной реальности – это машина, которая дает пользователю ощущение какой-то реальной или вымышленной окружающей среды (например, самолета), которая находится, или кажется, что находится, вне разума пользователя. Я буду называть это внешними ощущениями. Внешние ощущения должны противопоставляться внутренним ощущениям, как-то: нервозность при первой самостоятельной посадке или удивление при внезапном появлении грозы на ясном голубом небе. Генератор виртуальной реальности становится косвенной причиной появления у пользователя как внутренних, так и внешних ощущений, но его невозможно запрограммировать так, чтобы он обеспечивал точно определенные внутренние ощущения. Например, летчик, который совершает почти один и тот же полет на тренажере дважды, получит в обоих случаях примерно одни и те же внешние ощущения, но во второй раз он, возможно, меньше удивится появлению грозы. Возможно, во второй раз летчик также по-другому отреагирует на появление грозы, что, в свою очередь, изменит последующие внешние ощущения. Но дело в том, что хотя и можно запрограммировать машину на появление грозы в поле зрения летчика, когда это желательно, невозможно запрограммировать желаемую ответную реакцию летчика.

Можно представить технологию за пределами виртуальной реальности, которая могла бы вызывать точно определенные внутренние ощущения. Некоторые внутренние ощущения, например, настроения, вызванные определенными наркотиками, уже можно получить искусственно, и в будущем этот диапазон несомненно расширится. Но генератору точно определенных внутренних ощущений в общем пришлось бы иметь способность доминировать над нормальным функционированием как разума, так и чувств пользователя. Другими словами, он замещал бы пользователя другим человеком. Это свойство помещает такие машины в категорию, отличную от категории генераторов виртуальной реальности. Для них потребуется совсем другая технология, они поднимут совсем другие философские проблемы, поэтому я исключил их из своего определения виртуальной реальности.

Еще один вид ощущений, которые несомненно нельзя передать искусственно, – это логически невозможные ощущения. Я сказал, что пилотажный тренажер может создать ощущение физически неосуществимого полета сквозь гору. Но ничто не сможет создать ощущение разложения на множители числа 181. потому что это логически невозможно:

181 – это простое число. (Поверить, что кто-то разложил число 181 на множители, – логически возможное ощущение, но оно внутреннее, а потому не входит в сферу виртуальной реальности). Другое логически невозможное ощущение – бессознательность, поскольку, когда человек находится в бессознательном состоянии, он по определению ни чего не испытывает. Состояние, когда человек ничего не испытывает, отличается от состояния, когда человек испытывает полное отсутствие ощущений, – сенсорная изоляция, – которая, безусловно, является физически осуществимой средой.

После исключения ощущений, логически невозможных, и ощущений внутренних у нас остался обширный класс логически возможных, внешних ощущений — ощущений сред, получение которых логически возможно, но физически не всегда осуществимо (таблица 5.1). Что-либо является физически возможным, если оно не запрещено законами физики. В этой книге я сделаю допущение, что «законы физики» включают одно, еще неизвестное, правило, определяющее начальное состояние или другие дополнительные данные, необходимые, в принципе, для полного описания мультиверса (иначе эти данные стали бы набором внутренне необъяснимых фактов). В таком случае получение среды физически возможно тогда и только тогда, когда она действительно существует где-то в мультиверсе (т. е. в какой-то вселенной или нескольких вселенных). Что-либо является физически невозможным, если это не происходит нигде в мультиверсе.

Таблица 5.1. Классификация ощущений с примерами. Виртуальная реальность связана с получением логически возможных, внешних ощущений (верхняя левая часть таблицы)

Я определяю репертуар генератора виртуальной реальности как набор реальных или вымышленных сред, ощущение нахождения в которых пользователя можно запрограммировать в генератор. Мой вопрос о наивысших пределах виртуальной реальности можно сформулировать следующим образом: какие ограничения, если таковые имеются, законы физики накладывают на репертуар генераторов виртуальной реальности?

Виртуальная реальность всегда включает создание искусственных ощущений – формирование изображений, – поэтому с него мы и начнем. Какие ограничения законы физики накладывают на способность генераторов изображений создавать искусственные изображения, передавать подробности и охватывать соответствующие сенсорные диапазоны? Существуют очевидные способы улучшения передачи каких-то подробностей с помощью современного пилотажного тренажера, например, применение телевизоров с более высокой резкостью. Но возможно ли, хотя бы в принципе, передать реальный самолет и его среду в высшей степени подробно, т.е. с максимальными подробностями, которые могут воспринять чувства летчика? Для слуха этот наивысший предел был почти достигнут в системах Hi-Fi. что касается зрения, этот предел достижим. А что касается других чувств? Возможно ли физически построить универсальный химический завод, который сможет производить любую точно определенную комбинацию миллионов различных душистых химикатов в одно мгновение? Или создать машину, которая, будучи помещена в рот гурмана, может передать вкус и состав любого возможного блюда, не говоря уже о создании чувств голода и жажды, предшествующих приему пищи, и последующего физического удовлетворения? (Голод, жажда и другие ощущения, например, равновесие и напряжение мускулов, воспринимаются как внутренние по отношению к телу, но они являются наружными по отношению к разуму и потому потенциально относятся к сфере виртуальной реальности).

Сложность при создании таких машин может заключаться просто в технологии, но что вы думаете о следующем: предположим, что летчик пилотажного тренажера направляет виртуальный самолет вертикально вверх на высокой скорости, а затем отключает двигатели. Самолет должен продолжать подниматься до тех пор, пока его восходящий момент не будет исчерпан, а потом он начнет падать с возрастающей скоростью. Все движение в целом называется свободным падением, несмотря на то, что первоначально самолет двигался вверх, потому что движение происходит только под влиянием тяготения. Когда самолет находится в состоянии свободного падения, его экипаж находится в состоянии невесомости и может плавать по кабине как космонавты на орбите. Вес восстанавливается только тогда, когда к самолету снова прикладывается направленная вверх сила, что вскоре должно произойти под действием аэродинамики или неумолимой земли. (В практике состояния свободного падения обычно достигают при полете самолета под давлением по той же параболической траектории, по которой он летел бы при отсутствии силы двигателя и сопротивления воздуха.)

Свободно падающие самолеты используют для тренировки космонавтов в условиях невесомости перед отправкой в космос. Настоящий самолет может находиться в состоянии свободного падения пару или больше минут, потому что он может подниматься вверх и падать вниз в пределах нескольких километров. Но пилотажный тренажер, находящийся на земле, может находиться в состоянии свободного падения всего одно мгновение, пока он может подняться на своих опорах до их максимального растяжения, а потом упасть. Пилотажные тренажеры (по крайней мере, современные) нельзя использовать для тренировок в условиях невесомости: для этого необходим реальный самолет.

Можно ли исправить этот недостаток пилотажных тренажеров, предоставив им возможность имитировать свободное падение на земле (в этом случае их можно было бы использовать и в качестве тренажеров космических полетов)? Это не так просто, поскольку на пути встают законы физики. Известная физика даже в принципе не дает другого способа устранения веса тела, кроме свободного падения. Единственный способ поместить пилотажный тренажер в состояние свободного падения, чтобы он оставался неподвижным на поверхности Земли, – это каким-то образом подвесить над ним массивное тело, например, другую планету такой же массы или черную дыру. Даже если бы это было возможно (не забывайте, что нас занимает не немедленный практический интерес, а то, что позволяют или не позволяют законы физики), реальный самолет также мог бы осуществлять частые, сложные изменения в величине и направлении веса экипажа путем маневрирования и включения и выключения двигателей. Для имитации этих изменений массивное тело пришлось бы вращать почти с такой же частотой, и, по-видимому, скорость света (если не что-то другое) наложила бы абсолютный предел на частоту этого вращения.

Однако для имитации свободного падения пилотажный тренажер должен создавать не настоящую невесомость, а ощущение невесомости, поэтому, чтобы приблизиться к состоянию невесомости, используются различные методы, не включающие свободное падение. Например, космонавты тренируются под водой в космических скафандрах, настолько тяжелых, что их плавучесть равна нулю. Другой метод заключается в использовании специальных ремней, которые поднимают космонавта в воздух под управлением компьютера для имитации невесомости. Но все это весьма грубые методы, и ощущения, которые они обеспечивают, вряд ли можно спутать с реальными. Человека неизбежно поддерживают силы, которые он не может не чувствовать. Точно также совсем не передается характерное ощущение падения, испытываемое через органы чувств внутреннего уха. Можно представить дальнейшие усовершенствования: использование несущих жидкостей с очень низкой вязкостью: транквилизаторов, создающих ощущение падения. Но возможно ли вообще передать ощущение свободного падения совершенным образом в пилотажном тренажере, который прочно стоит на земле? Если нет, то, должно быть, существует абсолютный предел достоверности искусственной передачи впечатления полета. Чтобы отличить реальный самолет от имитации, летчику достаточно пролететь по траектории свободного падения и посмотреть, появится состояние невесомости или нет.

В общей формулировке задача заключается в следующем. Для доминирования над нормальным функционированием органов чувств мы должны посылать им изображения, похожие на те, которые произвела бы имитируемая среда. Мы также должны перехватывать и подавлять изображения, произведенные действительной средой, окружающей пользователя. Но такие манипуляции с изображениями представляют собой физические операции, которые можно осуществить только при помощи процессов, имеющихся в реальном физическом мире. Свет и звук можно довольно просто физически поглотить и заместить. Но как я уже сказал, это не относится к тяготению: законы физики этого не позволяют. Похоже, что пример с невесомостью наводит на мысль о том, что точная имитация невесомости с помощью машины, которая в действительности неподвижна, может нарушить законы физики.

Но это не так. Невесомость и все другие ощущения, в принципе, можно передать искусственно. В конце концов, станет возможным обойти все органы чувств и оказать непосредственное воздействие на нервы, связывающие их с мозгом.

Таким образом, нам не нужны универсальные химические заводы или невероятные машины искусственной гравитации. Как только мы поймем органы обоняния настолько, чтобы расшифровать код сигналов, которые они посылают в мозг при обнаружении запахов, компьютер, должным образом подсоединенный к соответствующим нервам, сможет посылать в мозг те же самые сигналы. Тогда мозг сможет ощутить запахи без присутствия соответствующих химических веществ, такие вещества могли даже никогда не существовать. Точно также мозг сможет испытать настоящее ощущение невесомости даже при нормальном тяготении. И, конечно, не нужны будут ни телевизоры, ни наушники.

Таким образом, законы физики не накладывают ни малейшего ограничения на диапазон и точность генераторов изображений. Не существует возможного ощущения или ряда ощущений, присущих людям, которые в принципе невозможно было бы передать искусственно. Когда-нибудь в качестве обобщения всех фильмов появится то, что Олдос Хаксли в книге BraveNewWorld назвал «фили» (feelie)[8] – фильмы для всех чувств. Можно будет почувствовать покачивание лодки под ногами, услышать шорох волн, ощутить запах моря, увидеть, как изменяется цвет заката на горизонте, почувствовать как ветерок перебирает ваши волосы (неважно есть они у вас или нет) – и все это, оставаясь на суше или дома. И это еще не все: фили также легко смогут изобразить сцены, которые никогда не существовали и не могли существовать. Или они смогут сыграть нечто, подобное музыке: прекрасные абстрактные сочетания ощущений, предназначенные для услады чувств.

То, что каждое возможное ощущение можно передать искусственно – это одно; а то, что когда-нибудь станет возможным однажды и навсегда создать отдельную машину, способную передавать любые возможные ощущения, – это уже нечто большее: это универсальность. Машина фили, обладающая такой возможностью, стала бы универсальным генератором изображений.

Возможность существования универсального генератора изображений вынуждает нас изменить наши взгляды на вопрос, касающийся наивысших пределов технологии фили. В настоящее время прогресс такой технологии заключается в изобретении более разнообразных и более точных способов стимуляции органов чувств. Но этот класс задач исчезнет, как только мы расшифруем коды, используемые нашими органами чувств, и разработаем достаточно тонкий метод стимуляции нервов. Как только мы научимся искусственно генерировать сигналы нервов настолько точно, чтобы мозг не мог уловить разницу между искусственными сигналами и сигналами, посылаемыми нашими органами чувств, в повышении точности этого метода не будет необходимости. К этому времени технология станет более совершенной, и следующая задача будет состоять не в том, как передать данные ощущения, а в том, какие ощущения передавать. В ограниченной области это происходит уже сегодня, когда задача получения максимально возможной точности воспроизведения звука уже близка к тому, чтобы быть решенной с помощью компакт-дисков и современного поколения звуковоспроизводящего оборудования. Скоро уже не станет такого понятия как любитель Hi-Fi. Любителей воспроизведения звука скоро будет заботить не точность воспроизведения (воспроизведение будет обыденно точным до предела человеческого распознавания), а то, какие звуки должны быть записаны в первую очередь.

Если в генератор изображений поставить запись, взятую из жизни, ее точность можно определить как близость передаваемых изображений к тем изображениям, которые человек получил бы в реальной ситуации. В более общем случае, если генератор передает искусственно созданные изображения, например, мультфильм или музыку с записи, точность – это близость передаваемых образов к тем, которые нужно передать. Под «близостью» мы подразумеваем близость, воспринимаемую пользователем. Если передача настолько близка к оригиналу, что пользователь не может отличить одно от другого, то мы можем назвать эту передачу совершенно точной. (Таким образом, передача, точная для одного пользователя, может содержать неточности, которые может ощутить другой пользователь с более острым слухом или другими обостренными чувствами).

Универсальный генератор изображений, конечно, не содержит записи всех возможных изображений. Универсальным его делает следующее: при наличии записи любого возможного изображения он может вызвать у пользователя соответствующие ощущения. В универсальном генераторе слуховых ощущений – совершенной системе Hi-Fi – запись можно представить в виде компакт-диска. Для удобства слуховых ощущений, которые длятся дольше, чем это позволяет объем памяти диска, мы должны включить механизм, способный последовательно загружать в машину любое количество дисков. Это же условие остается в силе для всех остальных универсальных генераторов изображений, т. к., строго говоря, генератор изображений не является универсальным, пока в нем нет механизма бесконечно долгого воспроизведения записей. Более того, когда машина будет работать в течение долгого времени, ей понадобится уход, иначе воспроизводимые ею изображения будут ухудшаться или вовсе исчезнут. Эти и подобные им соображения связаны с тем, что, если мы рассматриваем отдельный физический объект изолированно от остальной вселенной, то мы всегда получаем аппроксимацию. Универсальный генератор изображений универсален только в определенном внешнем контексте, в котором допускается, что его обеспечивают, например, энергией, механизмом охлаждения, и периодически обслуживают. Такие внешние нужды машины не запрещают считать ее «отдельной универсальной машиной» при условии, что законы физики не препятствуют удовлетворению этих нужд и для удовлетворения этих нужд не нужно изменять конструкцию машины.

Как я уже сказал, формирование изображений – всего лишь одна составляющая виртуальной реальности: существует еще и крайне важный интерактивный элемент. Генератор виртуальной реальности можно посчитать генератором изображений, изображения которого определяются не полностью в самом начале, а частично зависят от действий пользователя. Такой генератор не проигрывает для пользователя заранее определенную последовательность изображений, как это произошло бы при просмотре фильма или фили. Он придумывает эти изображения по пути, учитывая непрерывный поток информации о действиях пользователя. Современные генераторы виртуальной реальности, например следят за положением головы пользователя, используя сенсоры движения, как показано на рисунке 5.1. В конечном счете, им приходится следить за всеми действиями пользователя, которые могут повлиять на субъективный внешний вид имитируемой среды. Эта среда может состоять из собственного тела пользователя: поскольку тело находится вне разума, описание среды виртуальной реальности вполне может включать требование, что тело пользователя должно казаться замещенным новым телом с определенными свойствами.

Человеческий разум воздействует на тело и на внешний мир, испуская нервные импульсы. Следовательно, генератор виртуальной реальности, в принципе, может получить всю необходимую информацию о действиях пользователя, воспринимая нервные сигналы, выходящие из мозга пользователя. Эти сигналы, вместо того, чтобы попасть в тело пользователя, могут быть переданы компьютеру и расшифрованы с целью точного определения следующего движения тела пользователя. Сигналы, которые компьютер отправляет обратно в мозг, могут быть подобны сигналам, которые послало бы тело, если бы находилось в этой точно определенной среде. Виртуальное тело могло бы реагировать отлично от реального, если бы этого потребовало определение, например оно смогло бы выжить в виртуальной среде, которая убила бы реальное человеческое тело, или имитировать неправильное функционирование тела.

Я признаю, что говорить о взаимодействии человеческого разума с внешним миром только через испускание и получение нервных импульсов, было бы, пожалуй, слишком большой идеализацией. В обоих направлениях проходят и химические сообщения. Я допускаю, что, в принципе, эти сообщения тоже можно перехватить и заместить в некоторой точке между мозгом и остальным телом. Таким образом, пользователь останется неподвижным, подсоединенным к компьютеру, но у него возникнет ощущение полного взаимодействия с виртуальным миром – реальной жизни в этом мире. Рисунок 5.2 иллюстрирует представляемое мной. Кстати, несмотря на то, что такая технология – дело будущего, идея о ней гораздо старее самой теории вычисления. В начале семнадцатого века Декарт уже рассматривал философские следствия манипулирующего чувствами «демона», который по сути был генератором виртуальной реальности, подобным показанному на рисунке 5.2, со сверхъестественным разумом, заменявшим компьютер.

Из предшествующего рассказа ясно, что любой генератор виртуальной реальности должен иметь, по крайней мере, три главных составляющих:

набор сенсоров (которыми могут быть детекторы нервных импульсов), чтобы узнать о действиях пользователя:

набор генераторов изображений (в роли которых могут выступить приборы стимуляции нервов);

управляющий компьютер.

Рис. 5.2. Вариант возможного будущего исполнения виртуальной реальности

До настоящего времени мое внимание концентрировалось на первых двух составляющих: сенсорах и генераторах изображений. Дело в том, что при современном примитивном состоянии технологии исследование виртуальной реальности все еще заключается в формировании изображений. Но заглянув за преходящие технологические ограничения, мы увидим, что генераторы изображений просто напросто обеспечивают интерфейс – «соединительный кабель» – между пользователем и настоящим генератором виртуальной реальности, которым является компьютер. Виртуальная среда полностью создается внутри компьютера. Именно компьютер обеспечивает сложную и независимую «ответную реакцию», которая оправдывает использование слова «реальность» в сочетании «виртуальная реальность». Соединительный кабель ничего не вносит в среду, воспринимаемую пользователем, с точки зрения пользователя он «прозрачен» в той же степени, в какой пользователь не считает свои собственные нервы частью окружающей его среды. Таким образом, будущие генераторы виртуальной реальности лучше всего описать как генераторы с одной главной составляющей, компьютером с несколькими обычными периферийными устройствами.

Я не хочу недооценивать практические задачи, связанные с перехватом всех нервных сигналов, поступающих в человеческий мозг и выходящих из него, и расшифровкой различных кодов таких процессов. Но это конечный набор задач, которые нам придется решить только один раз. Кроме того, основное внимание технологии виртуальной реальности сдвинется раз и навсегда к компьютеру, к задаче его программирования для передачи различных сред. Какие среды мы сможем передавать, уже будет зависеть не от того, какие сенсоры и генераторы изображений мы сможем построить, а от того, какие среды мы сможем точно определить. «Точное определение» среды будет означать наличие программы для компьютера, являющегося сердцем генератора виртуальной реальности.

Из-за интерактивной природы виртуальной реальности понятие точной передачи для нее не столь просто, как для формирования изображений. Как я уже сказал, точность генератора изображений – это мера близости переданных изображений к тем, которые следовало передать. Но в виртуальной реальности обычно не существует изображений, которые нужно передать: нужно передать пользователю ощущение нахождения в определенной среде. Точное определение среды виртуальной реальности означает не определение того, что должен ощущать пользователь, а скорее определение того, как среда должна отреагировать на каждое возможное действие пользователя. Например, при виртуальной игре в теннис заранее можно определить внешний вид корта, погоду, поведение публики и уровень игры противника. Но ход игры не определяют: он зависит от множества решений, принимаемых пользователем во время игры. Каждый набор решений приведет к различным реакциям виртуальной среды и, следовательно, к различным вариантам игры.

Количество возможных вариантов игры в одной окружающей среде, т.е. переданное одной программой, огромно. Рассмотрим передачу Центрального Корта Уимблдона с точки зрения игрока. Предположим, что в каждую секунду игры игрок может двигаться одним из двух заметных способов (заметных для игрока). Затем через две секунды количество возможных вариантов игры станет равным четырем, через три секунды – восьми и т. д. Примерно через четыре минуты количество возможных вариантов игры, заметно отличающихся друг от друга, превысит количество атомов во вселенной и продолжит расти в экспоненциальной зависимости. Чтобы программа точно передала одну такую среду, она должна иметь возможность реагировать на любой из несметного количества заметно отличающихся вариантов в зависимости от поведения пользователя. Если две программы одинаково реагируют на каждое возможное действие пользователя, значит, они передают одну и ту же среду: если же их реакции даже на одно возможное действие заметно отличаются друг от друга, значит, они передают различные среды.

Это свойство остается неизменным, даже если пользователь никогда не произведет то действие, которое выявит разницу. Окружающая среда, передаваемая программой (для данного вида пользователей, с данным соединительным кабелем), – это логическое свойство программы, которое не зависит от того, выполнялась ли когда-нибудь эта программа. Передаваемая среда точна настолько, насколько она способна отреагировать предполагаемым образом на каждое возможное действие пользователя. Таким образом, ее точность зависит не только от ощущений, действительно возникающих у пользователей, но и от ощущений, которые у них не возникают, но возникли бы, поведи они себя иначе во время передачи. Возможно, это звучит парадоксально, но, как я уже сказал, это прямое следствие того, что виртуальная реальность, как и сама реальность, интерактивна.

Этот факт порождает важное отличие между формированием изображений и формированием виртуальной реальности. Пользователь в принципе может почувствовать, измерить и констатировать точность передачи изображения генератором изображений, но не точность передачи виртуальной реальности. Например, если вы любите музыку и достаточно хорошо знаете определенное музыкальное произведение, вы можете послушать его исполнение и подтвердить совершенно точную его передачу, в принципе, вплоть до последней ноты, выражения, динамики и т. п. Но если вы фанат тенниса, в совершенстве знающий Центральный Корт Уимблдона, вы все равно не сможете подтвердить абсолютную точность вышеназванной передачи. Даже если вы сможете исследовать виртуальный Центральный Корт сколь угодно долго и «воздействовать» на него всевозможными способами и даже если вы получите равный доступ на реальный Центральный Корт для сравнения, вы не сможете даже констатировать, что программа действительно передала его реальное расположение. Дело в том, что вы не можете знать, что произошло бы, если бы вы исследовали его чуточку дольше или вовремя оглянулись. Возможно, если бы вы сели в кресло судьи и закричали «фолт!», ядерная подводная лодка всплыла бы на поверхность травы и торпедировала бы табло.

С другой стороны, если вы обнаружите хотя бы одно отличие между виртуальной и реальной средой, вы можете немедленно заявить о неточной передаче. Если только виртуальной среде не присущи некоторые умственно непредсказуемые черты. Например, рулетка сконструирована так, что ее поведение предсказать невозможно. Если мы снимем фильм о рулетке, на которой играют в казино, этот фильм можно назвать точным, если числа, которые выпадают на рулетке в фильме, совпадают с числами, которые действительно выпадали на рулетке во время съемок фильма. При каждом показе фильма числа будут те же самые: это абсолютно предсказуемо. Таким образом, точное изображение непредсказуемой среды должно быть предсказуемым. Но какое это имеет значение для точной передачи рулетки в виртуальной реальности? Как и раньше, это означает, что пользователь не должен обнаруживать заметные отличия от оригинала. Но это предполагает, что передача не должна вести себя идентично оригиналу: если бы это происходило, либо ее, либо этот оригинал можно было бы использовать для предсказания поведения оставшегося, и не осталось бы ничего непредсказуемого. Кроме того, передача не должна вести себя одинаково каждый раз, когда ее осуществляют. Совершенно переданная рулетка должна быть столь же применима для азартных игр, сколь и реальная. Следовательно, она должна быть столь же непредсказуема. А также она должна быть столь же беспристрастна, т.е. все числа должны появляться абсолютно беспорядочно, с равной степенью вероятности.

Каким образом мы узнаем непредсказуемые среды, и как мы доказываем беспристрастное распределение случайных чисел? Мы проверяем, соответствует ли передача рулетки ее точному определению. Эта проверка осуществляется точно так же, как проверка на реальность какой-либо вещи: мы воздействуем на нее и смотрим, реагирует ли она так, как сказано. Мы проводим значительное количество подобных наблюдений и осуществляем статистические проверки результатов. И опять, сколько бы проверок мы не провели, мы не сможем констатировать точность передачи или даже вероятность точности передачи. Ибо как бы беспорядочно, на первый взгляд, не выпадали числа, они, тем не менее, могут выпадать по какой-то тайной схеме, которая позволила бы пользователю, знакомому с ней, предсказывать эти числа. Или, возможно, спроси мы вслух дату битвы при Ватерлоо, следующие два числа неизменно показали бы эту дату: 18, 15. С другой стороны, если появляющаяся последовательность кажется небеспристрастной, мы не можем быть уверены в том, что она таковой и является, но мы можем говорить о вероятности неточности передачи. Например, если на нашей виртуальной рулетке десять раз подряд выпадает ноль, нам следует сделать вывод, что вероятно, мы неточно передали беспристрастную рулетку.

При обсуждении генераторов изображений я сказал, что точность переданного изображения зависит от остроты и других характеристик чувств пользователя. Для виртуальной реальности это простейшая задача. Безусловно, генератор виртуальной реальности, в совершенстве передающий данную среду для человека, не сможет этого сделать для дельфинов или инопланетных существ. Чтобы передать данную среду для пользователя с данным видом органов чувств, генератор виртуальной реальности должен быть физически приспособлен к таким органам чувств, а в его компьютере должны быть запрограммированы их характеристики. Однако модификации, которые необходимо осуществить для данного вида пользователей, конечны, и их нужно осуществить лишь однажды. Они эквивалентны тому, что я назвал сооружением нового «соединительного кабеля». При рассмотрении даже более сложных сред задача их передачи для данного типа пользователей становится решаемой с помощью написания программ вычисления поведения этих сред; причем зависящая от вида часть задачи, в которой и состоит сложность, становится по сравнению с этими программами пренебрежимо малой. Сейчас мы говорим о наивысших пределах виртуальной реальности, поэтому мы рассматриваем сколь угодно точные, длинные и сложные передачи. Именно поэтому имеет смысл говорить о «передаче данной среды», не определяя, для кого эта среда передается.

Мы видели, что существует четко определенное понятие точности передачи виртуальной реальности: точность – это близость (в пределах восприятия) передаваемой среды к той, которую необходимо передать. Но эта точность должна быть близка при каждом возможном варианте поведения пользователя, поэтому, каким бы наблюдательным ни был человек, находящийся в виртуальной среде, он не сможет констатировать ее точность (или вероятную точность). Но ощущение иногда может показать неточность (или вероятную неточность) передачи.

Этот разговор о точности в виртуальной реальности отражает отношение между теорией и экспериментом в науке. Там тоже можно экспериментально доказать ложность общей теории, но никогда нельзя доказать ее истинность. Кроме того, поверхностный взгляд на науку также заключается в том, что она состоит только из предсказаний наших чувств-впечатлений. Правильный же взгляд следующий: несмотря на то, что чувства-впечатления играют свою роль, наука состоит в понимании всей реальности, только бесконечно малая часть, которой нам знакома.

Программа в генераторе виртуальной реальности воплощает общую предсказательную теорию поведения виртуальной среды. Остальные составляющие следят за поведением пользователя, зашифровывают и расшифровывают сенсорные данные; выполняют, как я уже сказал, довольно тривиальные функции. Таким образом, если среда физически возможна, ее передача, в сущности, эквивалентна нахождению правил предсказания результатов каждого эксперимента, который можно осуществить в этой среде. Из-за определенного способа создания научного знания даже более точные правила предсказания можно обнаружить только через лучшие объяснительные теории. Такая точная передача физически возможной среды зависит от понимания ее физики.

Обратное также верно: открытие физики среды зависит от осуществления ее передачи в виртуальной реальности. Обычно говорят, что научные теории только описывают и объясняют физические объекты и процессы, но не передают их. Например, объяснение солнечных затмений можно напечатать в книге. В компьютерную программу можно заложить астрономические данные и физические законы предсказания затмения и распечатать описание этого затмения. Но чтобы передать затмение в виртуальной реальности, потребуется дальнейшее программное и аппаратное обеспечение. Однако все это уже есть в нашем мозге! Слова и числа, напечатанные компьютером, эквивалентны «описаниям» затмения только потому, что кто-то знает значение этих символов. То есть символы пробуждают в разуме читателя некое подобие какого-то предсказанного эффекта затмения, по отношению к которому и проверяют настоящий эффект затмения. Более того, пробуждаемое «подобие» интерактивно. Затмение можно наблюдать разными способами: невооруженным глазом, с помощью фотографий или различных научных инструментов; из некоторых мест на Земле видно полное затмение, из других мест – частичное, а из третьих – затмение не видно вообще. В каждом случае наблюдатель будет видеть различные изображения, каждое из которых можно предсказать с помощью теории. Компьютерное описание вызывает в разуме читающего не просто отдельное изображение или ряд изображений, а общий метод создания множества различных изображений, соответствующих множеству способов размышления пользователя при осуществлении наблюдений. Другими словами, это передача в виртуальной реальности. Таким образом, в достаточно широком смысле, если принять во внимание процессы, которые должны происходить внутри разума ученого, наука и передача физически возможных сред в виртуальной реальности – это два термина, обозначающие одно и то же.

А как же быть с передачей физически невозможных сред? В принципе, существует два различных вида передачи в виртуальной реальности: меньшинство, описывающее физически возможные среды, и большинство, описывающее физически невозможные среды. Но не исчезнет ли это различие при ближайшем рассмотрении? Рассмотрим генератор виртуальной реальности в процессе передачи физически невозможной среды. Это может быть пилотажный тренажер, обрабатывающий программу вычисления вида, который открывается из кабины самолета, когда его скорость превышает скорость света. Пилотажный тренажер – это передача той среды. Но пилотажный тренажер – это физический объект, окружающий пользователя, и в этом смысле он сам является средой, которую ощущает пользователь. Давайте рассмотрим эту среду. Ясно, что эта среда физически возможна. Поддается ли такая среда передаче? Безусловно. В действительности, ее на редкость легко передать: достаточно просто использовать второй тренажер той же конструкции, работающий по идентичной программе. При таких обстоятельствах второй пилотажный тренажер можно считать передающим либо физически невозможный самолет, либо физически возможную среду, то есть первый пилотажный тренажер. Подобным образом первый пилотажный тренажер можно рассмотреть как передающий физически возможную среду, то есть второй пилотажный тренажер. Если допустить, что любой генератор виртуальной реальности, который в принципе, можно построить, можно, в принципе, построить и еще раз; то из этого следует, что каждый генератор виртуальной реальности, работающий по любой программе из своего репертуара, передает какую-то физически возможную среду. Он может передавать и другие вещи, включая физически невозможные среды, но, в частности, всегда есть некая физически возможная среда, которую он передает.

Так какие же физически невозможные среды можно передать в виртуальной реальности? В точности те, которые заметно не отличаются от физически возможных сред. Следовательно, физический мир и миры, которые можно передать в виртуальной реальности, связаны между собой гораздо более тесно, чем кажется. Мы считаем одни передачи в виртуальной реальности описывающими факт, а другие – описывающими вымысел, но вымысел – это всегда интерпретация в разуме наблюдателя. В виртуальной реальности не существует такой среды, которую пользователь вынужден был бы интерпретировать как физически невозможную.

По своему выбору мы могли бы передавать некоторую среду как предсказанную какими-то «законами физики», отличными от истинных. Мы можем сделать это ради тренировки, развлечения или аппроксимации, потому что осуществить истинную передачу слишком сложно или слишком дорого. Если используемые нами законы близки к истинными настолько, насколько это возможно, и известны ограничения наших действий, мы можем назвать такие передачи «прикладной математикой» или «вычислительной техникой». Если переданные объекты значительно отличаются от физически возможных, мы можем назвать такую передачу «чистой математикой». Если физически невозможную среду передают ради развлечения, мы называем это «видео игрой» или «компьютерным искусством». Все это интерпретации. Они могут быть полезны или даже необходимы для объяснения наших мотивов при осуществлении определенной передачи. Но что касается самой передачи, всегда существует альтернативная интерпретация: эта передача точно описывает какую-то физически возможную среду.

Математиков не принято считать формой виртуальной реальности. Мы обычно думаем, что математики занимаются абстрактными категориями, например, числами и множествами, не воздействующими на чувства; а потому, может показаться, что проблемы об искусственной передаче их воздействия на нас возникнуть не может. Однако, несмотря на то, что математические категории не воздействуют на чувства, ощущение занятий математикой является внешним в той же степени, в какой является внешним ощущение занятий физикой. Мы делаем заметки на бумаге, смотрим на них или представляем, что смотрим на них: на самом деле мы не можем заниматься математикой, не представляя абстрактных математических категорий. Но тем самым мы представляем среду, «физика» которой воплощает сложные и автономные свойства этих категорий. Например, представляя абстрактное понятие отрезка прямой нулевой толщины, мы можем представить прямую, которая видима, но ее ширина незаметна. Это уже можно вместить в физическую реальность. Но математически толщина этой прямой должна оставаться нулевой даже при произвольно выбранном увеличении. Это свойство не является свойством любой физической прямой, но его можно достичь в виртуальной реальности нашего воображения.

Воображение – это непосредственная форма виртуальной реальности. Может быть это не так очевидно, но наше «непосредственное» восприятие мира через наши чувства – тоже виртуальная реальность. Дело в том, что наше внешнее ощущение никогда не бывает непосредственным; мы никогда не воспринимаем непосредственно даже сигналы наших нервов – иначе мы просто не знали бы, что делать с потоками электрических потрескиваний, создаваемых ими. Непосредственно мы ощущаем только передачу в виртуальной среде, удобно созданную для нас нашим бессознательным разумом из совокупности сенсорных данных и сложных теорий их интерпретации, рожденных в разуме и приобретенных извне (т.е. программ).

Мы, реалисты, придерживаемся мнения, что реальность где-то там: объективная, физическая, независимая от того, что мы о ней думаем. Но мы никогда не ощущаем эту реальность непосредственно. Каждая отдельная частичка нашего внешнего ощущения – часть виртуальной реальности. И каждая отдельная крупинка нашего знания – включая знание нефизических миров логики, математики, философии, воображения, вымысла, искусства и фантазии – закодирована в виде программ для передачи этих миров с помощью генератора виртуальной реальности нашего собственного мозга.

Таким образом, виртуальная реальность является частью не только науки – рассуждения о физическом мире. Все рассуждение, все мышление и все внешние ощущения – формы виртуальной реальности. Все это физические процессы, которые до сих пор наблюдались только в одном месте вселенной, вблизи планеты Земля. В главе 8 мы увидим, что все жизненные процессы тоже связаны с виртуальной реальностью, но у людей с ней особые взаимоотношения. С биологической точки зрения передача их окружающей среды в виртуальной реальности – это характеристическое средство выживания людей. Другими словами, это причина существования людей. Экологическая ниша, занимаемая людьми, зависит от виртуальной реальности так же непосредственно и абсолютно, как экологическая ниша, занимаемая коалами, зависит от эвкалиптовых листьев.

Генератор изображений – прибор, способный создавать у пользователя точно определенные ощущения.

Универсальный генератор изображений – генератор изображений, который можно запрограммировать на создание любого ощущения, которое способен испытать пользователь.

Внешнее ощущение – ощущение чего-либо, что находится за пределами собственного разума.

Внутреннее ощущение – ощущение чего-либо, что находится в собственном разуме.

Физически возможный – не запрещенный законами физики. Среда физически возможна тогда и только тогда, когда она существует где-либо в мультиверсе (допуская, что начальное состояние и другие дополнительные данные мультиверса определяются какими-то, еще неизвестными законами физики).

Логически возможный – самосогласованный. Виртуальная реальность – любая ситуация, в которой пользователь ощущает нахождение в точно определенной среде.

Репертуар – репертуар генератора виртуальной реальности – это набор сред, ощущение нахождения пользователя в которых может создать генератор.

Изображение – что-либо, рождающее ощущения. Точность – изображение является точным настолько, насколько создаваемые им ощущения близки к тем, которые нужно было создать. Виртуальная среда является точной настолько, насколько она способна отреагировать должным образом на каждое возможное действие пользователя.

Совершенная точность – точность настолько высокая, что пользователь не может отличить изображение или виртуальную среду от реальной.

Виртуальная реальность – это не просто технология моделирования поведения физических сред с помощью компьютеров. Возможность существования виртуальной реальности – важная черта структуры реальности. Это основа не только вычислений, но и человеческого воображения, внешних ощущений, науки и математики, искусства и вымысла.

Каковы же наивысшие пределы – полный масштаб – виртуальной реальности (а следовательно, вычисления, науки, воображения и всего остального)? В следующей главе мы увидим, что в одном отношении масштаб виртуальной реальности безграничен, а в другом – чрезмерно ограничен.