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 Brave New World[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 par excellence 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 Brave New World 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.