Благодарности
Мы обсуждали написание этой книги более десяти лет. Некоторые мысли на этих страницах еще старше: они основаны на двух наших предыдущих совместных работах, The Arrow of Time и Frontiers of Complexity, которые, в свою очередь, возникли из обсуждений в семидесятых и восьмидесятых годах, когда мы оба работали в Оксфордском университете. Мы прошли долгий путь с тех первых дискуссий о природе времени, исчисления и сложных систем.
Мы в неоплатном долгу перед множеством людей, которые помогали нам на этом пути. И, как мы надеемся, в этой книге мы ясно дали понять, что усилия по созданию и развитию виртуального человека предпринимаются разнообразной, огромной и международной группой ученых. Мы сделали все возможное, чтобы включить как можно больше людей и дать представление об огромных масштабах международных проектов, но обо всех мы написать не смогли. Приносим им наши искренние извинения.
За создание этой книги мы выражаем огромную благодарность нашему агенту Питеру Таллаку, Луизе Притчард из Louia Pritchard Associates и редактору издательства Принстонского университета Ингрид Гнерлих, которая включила неоценимые советы Эрика Сталберга из Национальной лаборатории изучения рака имени Фредерика, Мэриленд. Ассистент Ингрид, Уитни Рауенхорст, также помогала в подготовке окончательной версии рукописи. Благодарим также нашего редактора Дженнифер Макклейн, производственного редактора Натали Баан, копирайтера Дэвида Кэмпбелла, дизайнера Криса Ферранте, менеджера по иллюстрациям Дмитрия Каретникова, индексатора Джули Шовэн, публициста Кейт Фаркуар-Томсон и маркетолога Джулию Холл. Нам помогали на каждом шагу: от форматирования файлов до включения ссылок и получения разрешений, за что спасибо ассистенту Питера Нику Лэйверу из UCL. Пол Франклин и Соня Д’Орси предоставили нам своевременные и бесценные советы по дизайну. Когда мы готовили эту книгу несколько лет назад, мы также прислушивались к словам лорда Алли.
Многие люди нас критиковали. В частности, мы хотели бы поблагодарить следующих людей за конструктивную и подробную критику различных черновиков:
Джулия Брукс, Джонатан Дэгли, Джейн Денайер, Кэти Даулер, Росс Фрейзер, Мэтью Фриман, Хизер Гетинг, Крис Гринвелл, Сара Харрис, Филип Лютерт, Имонн Мэтьюз, Кармен Нассе, Питер Слот, Эрик Штальберг и Андреа Таунсенд-Николсон.
Многие люди читали и комментировали отдельные части книги, помогая нам отточить ясность и изложение: Брюс Богосян, Коллин Клэнси, Кристофер Ковени, Маркус Коверт, Омер Душек, Тимоти Эллиот, Надер Энгета, Ричард Эванс, Стив Фербер, Дэвид Гудселл, Джонатан Горард, Гуннар фон Хейне, Питер Хантер, Шантену Джа, Виктор Йирса, Дитер Кранцльмюллер, Лесли Лоу, Питер Лав, Чаоянг Лу, Пол Маклин, Джо Маршан, Альберто Марцо, Эндрю Нарракотт, Стивен Нидерер, Денис Нобл, Пол Нерс, Тим Палмер, Джон Пендри, Гернот Планк, Венкатраман Рамакришнан, Бланка Родригес, Йоханнес Шеммель, Коичи Такахаси, Инес Тиле, Кэтрин Туньясувунакул, Мариано Васкес, Шуньчжоу Ван, Стэн Уильямс, Мартин Уинн и Пол Уоркман.
При создании фильма IMAX «Виртуальные люди» мы сотрудничали с большой командой, в которую входили Фернандо Куккетти и Гильермо Марин из Суперкомпьютерного центра Барселоны, срежиссировавшие его. Эта работа также была бы невозможна без помощи Бена Лукаса Бойсена, Сола Букало, Эди Кальдерона, Елены Ковени, Рогели Грима, Альфонса Хукстры, Михаэля Касдорфа, Дитера Кранцльмюллера, Ираклия Кублашвили, Элизабет Майер, Пола Мелиса, Томаса Одакера, Карлоса Трипианы, Каспера Ван Леувена, Марко Вердиккио, Давида Висенте, Маркуса Видеманна и Габора Заводски. В фильме демонстрируется работа целого ряда учреждений: Амстердамского университета, Университета ИТМО, UCL, Суперкомпьютерного центра Лейбница, Копенгагенского университета, Университета Лидса, Шеффилдского университета, Оксфордского университета, Суперкомпьютерного центра Барселоны и Катарского роботизированного хирургического центра. Мы также в долгу перед Trigital, Medtronic, Алистером Бейтсом, Хорхе Базако, Феликсом Буэно, Денисом Дурли, Дэном Эйнштейном, Хорди Торранделлом и Дианой Велес. Проект поддержан программой ЕС Horizon 2020.
Мы также хотели бы поблагодарить следующих лиц за согласие на интервью или предоставление информации: Магдалини Анастасиу, Людовик Отин, Михаил Блинов, Брюс Богосян, Маркус Коверт, Омер Душек, Надер Энгета, Стив Фурбер, Дэвид Гудселл, Джонатан Горард, Альфонс Хукстра, Лерой Худ, Питер Хантер, Шантену Джа, Джон Джампер, Сухас Кумар, Сет Ллойд, Лесли Лоу, Чаоянг Лу, Джо Мерчант, Мартина Маритан, Карен Мига, Стив Нидерер, Денис Нобл, Пол Нерс, Симона Олми, Грейс Пэн, Роджер Пенроуз, Том Ричи, Бланка Родригес, Йоханнес Шеммель, Рик Стивенс, Мариано Васкес, Крейг Вентер, Марко Вицеконти, Стэн Уильямс и Пол Уоркман. Джон Дэгли проделал отличную работу по проверке информации.
С разрешениями нам любезно помогали разные люди: Фред Алкобер, Карен Барнс, Даниэль Брин, Джон Бриггс, Клинт Дэвис-Тейлор, Джон Филдс, Джессика Хилл, Бьорн Киндлер, Брин Ллойд, Йорго Модис, Сильвия Маллиган, Лиз Прайк, Кристобаль Родеро, Даниэль Роммель, Дункан Смит и Арвен Таппинг.
Написание такой обширной междисциплинарной книги было бы невозможно без поддержки наших учреждений и финансирования исследований. В число поддержавших входят UCL (особенно многочисленные коллеги Питера из Центра вычислительных наук, Центра перспективных исследований и многих других), Амстердам (Лаборатория вычислительных наук), Йельский университет, Оксфордский университет, Совет медицинских исследований UKRI и группа Музея науки (в частности, спасибо помощнице Роджера Кэти Даулер, ее преемнице Лоре Эмброуз и директору сэру Яну Блэчфорду), а также многим коллегам и сотрудникам, в том числе из Центра передового опыта CompBioMed, VECMA и различных других крупных международных проектов, финансируемых в основном ЕС и Научным советом по инженерным и физическим наукам (Великобритания). Роджер также хотел бы поблагодарить Джайпурский литературный фестиваль, особенно тот, который состоялся в Soneva Fushi.
Во время написания этой книги мы оба стали более продуктивными в результате пандемии, разразившейся в начале 2020 г. Несмотря на это, путь к публикации был долгим и пугающим, и мы невероятно благодарны за любовь, поощрение и поддержку наших семей: Джулии, Холли и Рори, а также Самии, Елены и Кристофера.
ПриложениеНавстречу виртуальному космосу
Способность компьютеров моделировать работу человеческого тела в различных масштабах, от атома до клетки, от органа до тела, поднимает более широкий вопрос. Как далеко мы можем зайти в симуляциях?
Среди наиболее требовательных тестов современных суперкомпьютеров – космологическое моделирование, от динамики темной материи до формирования крупномасштабных структур, когда гравитация создает нити и галактики. Таким образом можно создать тысячи вселенных[607]. Однако некоторые хотят пойти еще дальше, воодушевленные достижениями в моделировании потока крови «снизу вверх», который мы описали в седьмой главе. Они верят, что возможно воссоздать фундаментальную физику космоса с нуля.
В Frontiers of Complexity мы рассказали историю способа моделирования Вселенной с использованием так называемых клеточных автоматов, восходящих к работам Джона фон Неймана и Станислава Улама, с которыми мы столкнулись ранее. Клеточные автоматы состоят из набора «цветных» ячеек в сетке, которая развивается через несколько дискретных временных шагов в соответствии с набором правил, основанных на состояниях соседних ячеек, отсюда и название.
Используя этот подход, британский математик Джон Конвей (1937–2020) придумал простой рецепт сложности, основанный на клеточном автомате, который он назвал игра «Жизнь»[608]. Представьте себе огромную шахматную доску – игрушечную вселенную, если хотите, – в которой каждый квадрат либо черный, либо белый. Последовательность квадратов в одном горизонтальном ряду определяет последовательность квадратов в ряду под ним в соответствии с простым набором правил. С помощью этих симуляций вы можете создавать удивительно сложные, даже реалистичные модели на основе совсем не сложных законов. Это привело к идее, что клеточные автоматы могут моделировать любой реальный процесс.
Рисунок 53. «Планерное ружье», паттерн игры «Жизнь» с неограниченным ростом. Адаптировано из Gosper glider gun (Wikimedia Commons)
Поддержка этой точки зрения возникла благодаря пониманию глубокой проблемы турбулентного потока. Например, при моделировании перекачки крови через артерию «истинный» непрерывный поток жидкости описывается уравнениями Навье – Стокса, но, как всегда, чтобы решить эти уравнения на компьютере, поток необходимо разбить на дискретные (то есть конечные) фрагменты пространства (как детали конструктора Lego) и систематизировать их по часам.
Однако более трех десятилетий назад группа бесстрашных физиков-теоретиков осознала, что они могут перевернуть этот подход с ног на голову. Определив жидкость как клеточный автомат – регулярную решетку с точечными частицами фиксированной массы, – они смогли показать, что уравнения Навье – Стокса дают новое описание коллективной динамики всех частиц, движущихся по решетке, когда свойства жидкости измеряются на гораздо большей длине и в более длительных временных масштабах по сравнению с размером решетки и временными интервалами.
Среди тех, кто первым обнаружил это, был британский ученый-компьютерщик Стивен Вольфрам, который оставил успешную академическую карьеру, чтобы разработать программное обеспечение Mathematica. Он десятилетиями работал над клеточными автоматами. Визуализация мира с точки зрения клеточных автоматов оказалась успешным методом решения уравнений гидродинамики на суперкомпьютерах, не в последнюю очередь благодаря программному обеспечению HemeLB, которое команда Питера использует для прогнозирования кровотока в виртуальном теле на новых экзафлопсных машинах.