В конце июня, когда мировая общественность пребывала в тревожном ожидании ядерной эскалации в зоне СВО, российские ученые вместе со своими зарубежными коллегами спокойно и неспешно – как в нормальное мирное время – обсуждали грядущий революционный прорыв в сфере фундаментальных наук и технологий.
Напомним, что этим летом – 26-30 июня – на площадке Российской академии наук состоялся Всемирный конгресс «Теория систем, алгебраическая биология, искусственный интеллект: математические основы и приложения». В Новосибирске, на площадке ФИЦ ИЦиГ СО РАН, в рамках данного мероприятия была организована отдельная секция: «Системная биология, логика и искусственный интеллект». Среди участников отметились ведущие ученые из дружественных ныне стран – представители Китайской академии науки, Индийской национальной академии наук, а также представители национальных академий наук некоторых бывших союзных республик. Момент этот весьма показательный, красноречиво отражающий нынешнюю геополитическую обстановку: Россия в содружестве с новыми союзниками претендует на лидерство в прорывных научных темах, бросая тем самым вызов так называемому «коллективному Западу». Другим показательным моментом стал ярко выраженный междисциплинарный характер мероприятия. Фактически, на одной площадке сошлись биологи, математики, физики, химики, программисты и даже философы.
Ввиду «зубодробильного» характера обсуждаемых тем, общее содержание Всемирного конгресса не привлекло к себе внимания со стороны широкой публики, поскольку разобраться в подобных вещах под силу только специалисту. Поэтому мероприятие не вызвало сенсации в наших масс-медиа, и мы бы обошли его стороной, если бы не одно важное обстоятельство: знаковый характер указанных «зубодробильных» тем. Их обсуждают уже не первый год, а теперь это обсуждение вывели на очень высокий уровень, придав ему глобальное значение, да еще в контексте напряженной геополитической ситуации. К чему бы это, и насколько здесь всё серьезно?
В самом деле: какая связь между фундаментальной математикой и биологией, почему именно биология «рулит» в этом процессе, а не физика (как мы уже привыкли)? Наконец, каким боком здесь технологии искусственного интеллекта?
Искусственный интеллект: способен ли инструмент стать личностью и чем это грозит? «Континент Сибирь» предложил ответить известным новосибирцам, занимающимся проблемой ИИ
Так вот, как раз распутывая этот клубок, мы придем к очень нетривиальным выводам. В свое время – накануне индустриализации – широкая общественность даже не подозревала о том, что живет в эпоху начавшейся научной революции. Возможно, об этом даже не подозревали сами ученые, обсуждавшие свои «зубодробильные» темы, неведомые простым обывателям. Сегодня в мировой науке происходят события, по значимости сопоставимые с тем, что было во времена Галилея и Ньютона. Мы стоим на пороге качественного перехода, который, вполне возможно, потребует радикальной перестройки самой организации получения знаний о мире. И биология выходит здесь на первый план совсем не случайно.
«Цифровая» трансформация в науке
«Книга Природы написана Богом на языке математики» – это изречение Декарта стало, по сути, базовым принципом современной физики. Эпоха модерна, прощаясь со средневековьем, забрасывало физику Аристотеля, а вместе с ней – всё средневековое мировоззрение. То, что сейчас нам кажется совершенно нормальным, когда-то было неслыханной дерзостью. Такой дерзостью казалась попытка соединить физику с математикой. Это было совсем не «по Аристотелю» – непререкаемому авторитету Средневековья. Так называемое «дело Галилея» растет именно отсюда. Консервативно настроенная университетская профессура не могла принять видение природы сквозь призму математики. Галилею приходилось спорить и доказывать. Но Декарт уже не спорил – он просто махнул на физику Аристотеля рукой, и стал создавать принципиально новую модель мира. К счастью, в то время он уже был не одинок в своем стремлении познавать мир по-новому. Чуть позже появились знаменитые «Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона. Стало ясно, что авторитет Аристотеля, не дружившего с математикой, повержен окончательно.
Ближе к XVIII столетию успехи английских естествоиспытателей произвели сильное впечатление на образованную публику. Причем, не только в Англии, но и в соседних странах. Темпераментные французы настолько вдохновились новой наукой, что решились на полное «переформатирование» мировоззрения своих соотечественников. Именно так во Франции началась эпоха Просвещения. Что такое окружающий нас мир? Это гигантский механизм, работу которого можно описать с помощью математических формул. «Гламурные» французские аристократы того времени щеголяли своим механицизмом так, будто для них это был некий шарм, показатель образованности. Кругом – сплошная механика. В это верили даже жеманные аристократичные барышни.
Какие технологии на основе искусственного интеллекта создаются в новосибирском Академгородке?
Тем временем пытливые умы, идя в тренде, решили двинуться еще дальше и покуситься на самое святое – на описание жизни с помощью всё той же математики. Ведь что такое живой организм с точки зрения «просвещенного» сознания? Следуя умозаключениям Декарта, это не более чем сложно устроенные механизмы. Да, сложные, но все же – механизмы. А раз так, то и к ним вполне применимы математические формулы. Ведь для эпохи Просвещения никаких тайн уже не было. Точнее, не было никаких тайн, которые нельзя было бы постичь рационально. Потому и живая материя не казалась таким уж твердым орешком, чьи законы выходили бы за рамки механистического описания мира.
И все же орешек оказался не по зубам. Попытки загнать жизнь в прокрустово ложе математики совсем не приводили к тому прорывному научному результату, как это было в случае с работами Галилея, Ньютона или Кеплера. Получалось одно из двух: либо жизнь в принципе неподвластна математическим формулам, либо применяемый математический аппарат слишком прост для того, чтобы описывать живую материю. Но в любом случае интуитивно угадывалось, что прорывной научный результат на этом пути будет означать переход на еще более высокий качественный уровень познания мира, когда все предыдущие представления окажутся мелочью. Что-то такое «большое» предвосхищалось не одно столетие. Наука упорно пробивала дорогу в этом направлении, и вот теперь мы стоим на пороге чего-то действительно грандиозного. Настолько грандиозного, что это просто перевернет наше привычное мировоззрение. Как было сказано, в XVIII веке так уже было – радикальная смена представлений о мире, появление носителей нового мировоззрения, ставших зачинателями тех самых процессов, с которыми мы связываем не только научно-технический прогресс, но и радикальные социальные трансформации. Теперь мы выходим на новый виток, где свою ключевую роль сыграет биология в союзе с математикой.
Бездна больших данных
Когда-то Блез Паскаль откровенно признался в том, какой ужас испытывает разум мыслителя, осознавая безграничность мира. С одной стороны, глядя в телескоп, вы видите мириады звезд, неподдающихся счету. С другой стороны, проникая внутрь вещества, вы также находите там огромную вселенную. С определенных пор астрофизика и физика элементарных частиц открыли перед нами эти бездны – и бездну вселенных вокруг нас, и такую же бездну микромира.
Однако не только физика открывала свои вселенные. Тем же путем двигалась и наука о жизни. Биологи, пытаясь выявить основы живой материи, открыли свою микро-вселенную – настолько сложную и настолько обширную, что ее оказалось невозможно постичь обычными средствами. Это были открытия, о которых не подозревал Декарт и его последователи. Живые существа – не просто сложноорганизованные механизмы. Куда сложнее было то, что лежало в их основе. Клетка и клеточные структуры – вот та микро-вселенная, для постижения которой требуются особые инструменты, поскольку человеческий рассудок здесь уже не справляется в одиночку. В таких вопросах невозможно обойтись не только без математики, но и без суперсовременных вычислительных систем. Так, собственно, фундаментальная наука подошла к решению сложнейшей задачи по раскалыванию упомянутого «орешка», что в конечном итоге предвещает ей выход на новый качественный уровень. А параллельно с этим переходом осуществляется и технологический рывок в области цифровых устройств. Без них современный биолог, постигающий тайны живой материи, уже не в состоянии обойтись.
Данную ситуацию доходчиво разъяснил научный руководитель ИЦиГ СО РАН академик Николай Колчанов, выступая с докладом в рамках упомянутого Всемирного конгресса. По словам ученого, за последние пятнадцать лет произошел реальный информационный взрыв в области генетических исследований. Именно генетика, проникая вглубь клеточных структур, стала одним из важнейших источников больших данных в мировой науке, обогнав в этом плане все остальные научные дисциплины и технологии по темпам накопления информации.
Будет ли работать указ президента о поддержке традиционных ценностей? Между соборностью и сошпротностью
Отметим, что к настоящему времени уже сложился целый комплекс экспериментальных дисциплин, относящихся к так называемым «омиксным» технологиям. Это – геномика, протеомика, транскриптомика, метаболомика и так далее. Таковых в наше время насчитывается почти два десятка. Фактически, пятнадцать лет назад в науке началась эпоха «больших генетических данных», в результате чего сформировалась принципиально новая парадигма исследований. В рамках этой парадигмы, отметил Николай Колчанов, объектами исследований выступают не отдельные гены, а целые ГЕННЫЕ СЕТИ. Они представляют собой группы координированно функционирующих генов, взаимодействующих друг с другом через свои продукты – такие, как РНК, метаболиты и другие молекулы. К числу основных компонентов генных сетей относятся также пути передачи сигналов.
В этой связи серьезной проблемой для нынешних ученых становится реконструкция генных сетей. По признанию Николая Колчанова, это очень сложная задача, требующая кропотливого поиска и извлечения информации, рассеянной среди десятков миллионов научных статей, тысяч фотографических баз данных и миллионов патентов, содержащих биологические, медицинские, фармакологические, химические и другие знания. Как раз решение этой задачи потребовало разработки компьютерных программных систем, использующих комбинацию методов традиционного анализа текстов и методов машинного обучения – в целях автоматического извлечения генетических знаний из упомянутых источников.
Как раз такие системы создают сейчас в ФИЦ ИЦиГ СО РАН — в чем мы как раз воочию и наблюдаем творческий союз биологов, математиков и «айтишников». Именно здесь лежит ответ на вопрос о том, какое отношение имеет современная биология к технологиям искусственного интеллекта. Возьмем ту же генетику. Сегодня в ее распоряжении оказываются новейшие версии компьютерных систем, сочетающие традиционные методы анализа текстов с методами глубокого машинного обучения, куда включается особый класс систем искусственного интеллекта, основанного на архитектуре нейронных сетей. В этом смысле дальнейшие исследования в области генетики автоматически влекут за собой широкое внедрение технологий искусственного интеллекта в сферу познания. Во времена Паскаля о таких помощниках ученые не могли и мечтать.
Всюду жизнь!
Таким образом, становится понятно, почему именно биология – в союзе с математикой и высокими технологиями – начинает играть роль локомотива научно-технического прогресса на текущем историческом этапе. Как мы сказали выше, описание жизни с помощью языка математики являлось той задачей, на пути решения которой наука переходила на более высокий качественный уровень. И если первые попытки были не особо впечатляющими, то теперь мы подошли к тому рубежу, когда «цифра» дошла до такого уровня сложности, что не может в принципе упростить описание реальности. Если уж человеческий разум не справляется с упорядочением потока больших данных и прибегает к силе суперсовременных вычислительных систем, то математика перестает играть роль прокрустова ложа для выражения сути живой материи. Механицизм времен Декарта и Ньютона преодолен, но математика – как своего рода «язык Творца» — не только не утратила, но еще больше укрепила свои позиции, распространяясь на те области знаний, где долгое время не особо утруждали себя формулами. Прежде всего, как мы поняли, это касается науки о жизни.
В этом плане ученые нисколько не лукавят, когда объявляют новое столетие веком биологии. Но вот вопрос: как все это скажется на нашем мировоззрении? Казалось бы, математические формулы рассчитаны исключительно на специалистов, и потому они так далеки от выстраивания доступной обыденному пониманию картины мира. Однако это не совсем так. Приведем такой пример. Система Коперника, созданная исключительно для профессиональных астрономов, знавших математику, в конечном итоге совершила радикальный переворот как раз в области мировоззрения. Недаром систему Коперника принято связывать с первой научной революцией, поскольку она дала возможность по-новому трактовать физические процессы, не делая качественных различий между «земным» и «небесным». Универсальность фундаментальных физических законов – вот что вытекало из этой модели мира, и о чем, возможно, не подозревал и сам Коперник.
С тех пор наука уже перешла те рамки, что были выстроены корифеями классической эпохи. С появлением неклассической физики образ мира выстраивается уже не по шаблонам евклидовой геометрии, хотя многие из нас по инерции продолжают следовать устоявшимся мировоззренческим стереотипам. Однако рано или поздно эта инерция будет преодолена – как уже однажды произошло в эпоху Просвещения, когда образованная публика убеждала себя и других в том, будто вокруг нас царит сплошная механика.
Наш гид во время. Где был Моцарт, когда убивали Командора, и что делал Вивальди 24 февраля? (Часть третья)
Сегодня подобные упрощенные взгляды на мир – явный анахронизм, и мы стоим на пороге их радикального пересмотра. Очевидно, недалек тот день, когда образованная публика будет видеть вокруг себя сплошную… жизнь. Правда, не в том понимании, как принято сейчас, когда жизнь трактуется как совокупное существование одушевленных органических объектов. Само понятие жизни выйдет на другой уровень. «Жизнь» будет трактоваться как сложная информационная модель, если хотите – как идеальная форма, воплощающаяся наглядно в одушевленных органических объектах. Именно к такой мысли нас подталкивают исследования на стыке фундаментальной математики и биологии. Как ни странно, но попытки «цифровизации» знаний о живой материи ведут ученых именно к такому результату — выявлению ИДЕАЛЬНЫХ (в платоновском смысле) первооснов бытия. Возможно, это есть те самые «мысли Творца о мире», которые пытались постичь Декарт, Ньютон и Кеплер, и которые сегодняшние ученые постигают при помощи суперсовременных вычислительных систем, включая искусственный интеллект.
Может показаться, что мы сильно сгущаем краски, выявляя мировоззренческие аспекты «цифровизации» биологических наук. Однако вот какие мысли прозвучали на упомянутом выше Всемирном конгрессе: «существует скрытый от непосредственного восприятия мир семейств вероятностей, структурированных на основе бинарных оппозиций (типа Инь-Ян). Именно по образу и подобию бинарно организованных семейств вероятностей этого многомерного мира строятся генетически наследуемые биологические тела. Наши тела являются как бы одеждой, надетой на эти бинарно структурированные семейства вероятностей, выступающие прототипами биологических тел (это напоминает ситуацию с человеком-невидимкой, невидимая фигура которого проявляется только при ношении им одежды)».
Мы сейчас привели отрывок из доклада Сергея Петухова – всемирно известного специалиста в области теоретической и алгебраической биологии и биомеханики (в том числе – генетической биомеханики). Среди научных трудов уважаемого ученого есть, например, статья с таким вот красноречивым названием: «Музыка и генетика: пифагорейские строи и универсалии геномных ДНК». В этой статье автор прямо говорит о скрытом мире идей, ссылаясь на философию Платона. А далее он заявляет о том, что, наслаждаясь хорошей музыкой, мы «соприкасаемся с пленительной гармонией этого скрытого мира, отраженной в устроении генетической системы с ее вечными правилами дихотомической бинарно-стохастической организации».
Сергей Петухов публиковал свои научные труды еще в советские годы и даже имел государственные награды за научную деятельность. Понято, что в те времена открыто апеллировать к пифагорейству и платонизму было весьма рискованно по идеологическим причинам. Однако совершенно нельзя исключать того, что среди советских ученых, работающих на стыке фундаментальной математики и биологии, были скрытые пифагорейцы. Например, подобные слухи ходили об Алексее Ляпунове и Александре Любищеве. Алексей Ляпунов (кстати, внесший вклад в развитие отечественной кибернетики) открыто поддерживал генетику еще в те годы, когда ее третировали как «продажную девку империализма». Скорее всего, генетика не пришлась ко двору как раз из-за опасений, что биологи – в попытках слишком глубоко «копнуть», — рискуют сильно отклониться от основополагающих принципов материалистического мировоззрения. Лысенковщина в этом плане являлась барьером для особо пытливых. И математика в этом случае рассматривалась не как страховка от идеализма, а наоборот — как связующая ниточка с этим самым идеализмом.
Напомним, что для последователей Пифагора и Платона математика была важнейшим инструментом познания скрытого мира идей. В числе таких последователей был и Николай Коперник, с чьим именем, напомним, связывают первую научную революцию. Зарождение современной физики, происходившее через «цифровизацию» методов познания природы, строилась на том же идейном фундаменте. Оттуда же вытекает высказывание Декарта о том, что «книга Природы» написана на языке математики. Следуя логике Декарта, математика отражает мысли Творца. Тем самым, углубляясь в «цифру» в процессе познания природы, исследователь неизбежно проникает в некий математически зашифрованный код Творения – идеальный прообраз видимого мира.
Разумеется, ученому совсем необязательно апеллировать к высшим силам. Тем не менее, в процессе распутывания клубка больших данных вы неизбежно расставляете акценты таким образом, что именно эта, скрытая от глаз первооснова бытия, играет ключевую роль в формировании жизни. Как утверждал Сергей Петухов: «Вещественные структуры живых тел возникают не на пустом месте, а имеют структурные информационные прототипы». Вот эти самые «информационные прототипы» в конечном итоге выйдут в нашем сознании на первый план, совершив там мировоззренческий переворот. Это станет знаковым событием. И подобно тому, как индустриальная эпоха разворачивалась под флагом механицизма, новая, постиндустриальная эпоха будет разворачиваться под флагом биоинформатики.
Редакция «КС» открыта для ваших новостей. Присылайте свои сообщения в любое время на почту news@ksonline.ru или через нашу группу в социальной сети «ВКонтакте». Подписывайтесь на канал «Континент Сибирь» в Telegram, чтобы первыми узнавать о ключевых событиях в деловых и властных кругах региона.
Материалы по теме:
