5. Виртуальная реальность

По традиции теорию вычислений изучают почти исключительно абстрактно, как раздел чистой математики. Однако при этом теряется её смысл. Компьютеры являются физическими объектами, а вычисления — физическими процессами. То, что могут или не могут вычислить компьютеры, определяется только законами физики, а не чистой математикой. Одной из важнейших концепций теории вычислений является универсальность. Универсальный компьютер обычно определяют как абстрактную машину, способную имитировать вычисления любой другой абстрактной машины некоторого конкретного хорошо определённого класса. 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 интересных физических и абстрактных сущностей. Тот факт, что это возможно, — часть самоподобия физической реальности, о которой я упомянул в предыдущей главе.

Самое известное физическое проявление универсальности — это область техники, которая обсуждалась в течение многих десятилетий, но начинает развиваться только сейчас, — виртуальная реальность. Этот термин относится к любой ситуации, когда у человека искусственно создаётся ощущение пребывания в определённой среде. Например, пилотажный тренажёр — машина, которая даёт лётчику ощущение полёта на самолёте без отрыва от земли, — это один из видов генератора виртуальной реальности. Такую машину (или точнее, компьютер, который ею управляет) можно запрограммировать, введя характеристики реального или вымышленного самолёта. В программе также можно задать окружающую самолёт среду, как то: погоду и схему расположения аэропортов. По мере того, как пилот отрабатывает перелёт из одного аэропорта в другой, тренажёр выдаёт определённые изображения в окна, имитирует возникающие при полёте толчки и ускорения, соответствующие показания приборов и т. д. Он может воспроизводить такие эффекты, как турбулентность, механическое повреждение и предлагаемые модификации самолёта. Таким образом, пилотажный тренажёр знакомит пользователя с широким спектром пилотажных ситуаций, включая такие, которые невозможно воспроизвести на реальном самолёте. Имитируемый самолёт может обладать техническими характеристиками, нарушающими законы физики (например, он может лететь сквозь горы, быстрее света или без горючего).

Поскольку мы воспринимаем окружающую нас среду через наши ощущения, любой генератор виртуальной реальности должен обладать способностью манипулировать нашими чувствами, изменяя или подавляя их нормальное функционирование, чтобы мы могли почувствовать заданную окружающую среду вместо реальной. Это может напомнить фантастику в духе романа Олдоса Хаксли[14] «О дивный новый мир», но технологии искусственного управления человеческой сенсорикой, конечно, развивались тысячелетиями. Все методики предметно-изобразительного искусства и дальней связи можно считать «изменяющими нормальное функционирование чувств». Даже доисторические пещерные рисунки давали зрителю некоторое ощущение того, что он видит животных, которых на самом деле нет. 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 образов для обозначения любого приспособления, вроде планетария, аудиосистемы Hi-Fi или полочки со специями, способного по заказу формировать сенсорный ввод для пользователя: заданные картинки, звуки, запахи и т. п. — всё это будем считать «образами». Например, чтобы сгенерировать обонятельный образ (т. е. запах) ванили, нужно открыть баночку с ванилью, которая стоит на полочке со специями. Чтобы генерировать слуховой образ (т. е. звук) двадцатого концерта для фортепьяно Моцарта, нужно воспроизвести соответствующий компакт-диск на аудиосистеме Hi-Fi. Любой генератор образов — это рудиментарный вид генератора виртуальной реальности, но термин «виртуальная реальность» обычно оставляют на тот случай, когда присутствуют и широкий охват сенсорного диапазона пользователя, и существенный элемент взаимодействия («ответной реакции») между пользователем и имитируемыми сущностями.

Современные видеоигры обеспечивают взаимодействие между игроком и игровыми объектами, но, как правило, используют лишь небольшую часть сенсорного диапазона пользователя. Такая воссозданная «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, оснащённую электрически управляемыми эффекторами (устройствами, создающими давление). Имеются также сенсорные датчики, которые регистрируют движение частей тела пользователя, особенно головы. Информация о том, что делает пользователь, передаётся компьютеру, который вычисляет, что должен видеть, слышать и чувствовать пользователь, и реагирует, посылая соответствующие сигналы генераторам образов (рис. 5.1). Когда пользователь смотрит налево или направо, изображения на двух телевизионных экранах смещаются, подобно реальному полю зрения, и показывают, что находится слева и справа от него в виртуальном мире. Пользователь может протянуть руку и взять виртуальный объект, который будет на ощупь как настоящий, потому что эффекторы перчатки генерируют «тактильную обратную связь», соответствующую положению и ориентации, с которыми виден объект.

В настоящее время игры и имитация средств передвижения — основные области применения виртуальной реальности, но в скором будущем предвидится огромное количество новых её приложений. Для архитекторов станет обычным делом создавать виртуальные прототипы зданий, по которым клиенты смогут пройтись и попробовать внести изменения на той стадии, когда их можно будет реализовать 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 придётся выходить из дома. Концерты и конференции будут проводить без назначения места встречи; и выгода здесь не только в экономии на стоимости аудиторий, гостиниц и перелётов, но и в том, что все участники смогут сидеть на лучшем месте одновременно.

Если бы епископ Беркли или инквизиторы знали о виртуальной реальности, они, возможно, ухватились бы за неё как за совершенную иллюстрацию обманчивости чувств, подтверждающую их аргументы против научного рассуждения. Что произошло бы, если бы «лётчик» пилотажного тренажёра попытался использовать тест на реальность д-ра Джонсона? Несмотря на то, что виртуальный самолёт и окружающая его среда в действительности не существуют, они «дают ответную реакцию» лётчику, как если бы они существовали. Лётчик может дать газу и услышать ответный рёв двигателей, почувствовать их тягу через сиденье, увидеть в окно, как они вибрируют и выбрасывают горячий газ, несмотря на то что в действительности их не существует. Лётчик может ощутить полёт самолёта во время шторма, слышать гром и видеть дождь, бьющий по ветровому стеклу, хотя в реальности и этого тоже нет. В реальности снаружи кабины находится только компьютер, несколько гидравлических приводов, телевизионные экраны, громкоговорители и совершенно сухое неподвижное помещение.

Делает ли это опровержение солипсизма д-ром Джонсоном несостоятельным? Нет. Его разговор с Босуэллом мог произойти с тем же успехом и в пилотажном тренажёре. «Я опровергаю это вот так», — мог сказать он, давя газ и чувствуя ответную реакцию виртуального двигателя. Но там нет двигателя, а ответную реакцию даёт компьютер, отрабатывающий программу, которая вычисляет, что сделал бы двигатель, если бы на него «оказали воздействие». Но эти расчёты, внешние для разума д-ра Джонсона, реагируют на рычаг газа так же сложно и автономно, как это сделал бы 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. Не всё 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 д-ра Джонсона. Поскольку реакция была сложной и автономной, постольку Джонсон мог бы совершенно оправданно сделать вывод, что эта реакция была вызвана чем-то реальным, находящимся вне его самого, и, следовательно, реальность состоит не только из него.

Тем не менее осуществимость виртуальной реальности может показаться неудобным фактом для тех, чьё 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 он может «притворяться» чем-то иным! Он может изображать из себя совершенно другой объект, который подчиняется ложным законам физики. Более того, он может имитировать такой объект сложным и автономным образом. Когда пользователь воздействует на него, чтобы проверить реальность того, чем он притворяется, он оказывает ответную реакцию, как если бы он был 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. (Или нет? Удивительно, но всё не так просто. Я вернусь к этому вопросу в следующей главе, но прежде мы должны более подробно рассмотреть феномен виртуальной реальности.)

На первый взгляд, епископ Беркли мог бы принять ту позицию, что виртуальная реальность — это символ грубости человеческих способностей, что её возможность должна предупредить нас о присущих человеческим созданиям ограничениях в способности понимать физический мир. Может показаться, что картина, создаваемая виртуальной реальностью, относится к той же философской категории, что и иллюзии, ложные следы и совпадения, поскольку все эти явления также 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 и предполагает) существование явлений, в высшей степени вводящих в заблуждение. Это мировоззрение par excellence[15], способное принять и свойственную человеку способность ошибаться, и внешние источники ошибок. Тем не менее явления, вводящие в заблуждение, как правило, не приветствуются. Помимо того, что они любопытны, и того, что из них мы узнаём, как впадаем в заблуждение, мы стараемся избегать таких явлений и предпочли бы, чтобы их вовсе не было. Но виртуальная реальность не относится к этой категории. Мы увидим, что её существование показывает не то, что человеческая способность понимания мира по своей природе ограничена, а наоборот, что она в сущности безгранична. Это не аномалия, привнесённая случайными свойствами человеческих органов чувств, а фундаментальное свойство мультиверса в целом. И тот факт, что мультиверс обладает этим свойством, вовсе не затруднение для реализма или науки, но, напротив, необходимость для них обоих. Именно это свойство делает науку возможной. Это не что-то такое, «без чего мы предпочли бы обойтись»; это нечто, без чего мы буквально не можем обойтись.

Такие заявления могут показаться слишком претенциозными, особенно если учесть, что их делают, основываясь на пилотажных тренажёрах и видеоиграх. Но в общей схеме вещей центральное место занимает сам феномен виртуальной реальности, а не какой-то конкретный её генератор. Поэтому я хочу рассмотреть виртуальную реальность в максимально общем виде. Каковы её крайние 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 технические ограничения, но принимая во внимание все ограничения, которые могут быть наложены принципами логики и физики.

По моему определению, генератор виртуальной реальности — это машина, которая даёт пользователю ощущение какой-то реальной или вымышленной среды (например, самолёта) и которая находится (или кажется, что находится) вне разума пользователя. Я буду называть это внешним опытом. Внешние впечатления должны противопоставляться внутреннему опыту — таким впечатлениям, как нервозность при первой самостоятельной посадке или удивление при внезапном появлении грозы среди ясного голубого неба. Генератор виртуальной реальности косвенным образом вызывает у пользователя и внутренние впечатления, а не только внешние, но его невозможно запрограммировать так, чтобы он обеспечивал вполне определённый внутренний опыт. Например, лётчик, который совершает примерно один и тот же полёт на тренажёре дважды, получит в обоих случаях примерно один и тот же внешний опыт, но во второй раз он, возможно, меньше удивится появлению грозы. Конечно, во второй раз лётчик может также по-другому отреагировать на появление грозы, что, в свою очередь, изменит последующие внешние впечатления. Но дело в том, что, хотя и можно запрограммировать машину на появление грозы в поле зрения лётчика в любой желаемый момент, невозможно запрограммировать её так, чтобы вызвать желаемую ответную реакцию лётчика.

Можно представить себе технологию уже за пределами виртуальной реальности, которая вызывала бы ещё и строго определённый внутренний опыт. Некоторые внутренние впечатления, например, настроения, вызванные определёнными наркотиками, уже можно получить искусственно, и в будущем этот диапазон, несомненно, расширится. Но генератору точно задаваемых внутренних впечатлений в общем случае понадобилась бы способность перехватывать нормальное функционирование как разума, так и чувств пользователя. Другими словами, он заменял бы пользователя другой личностью. Это свойство помещает такие машины в категорию, отличную от категории генераторов виртуальной реальности. Для них потребуется совсем другая технология, они поднимут совсем другие философские вопросы, поэтому я исключил их из своего определения виртуальной реальности.

Ещё один вид опыта, который, несомненно, нельзя передать искусственно, — это логически невозможный опыт. Я говорил, что пилотажный тренажёр может создать впечатление физически неосуществимого полёта сквозь гору. Но ничто не сможет создать впечатление 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 впечатление, но оно внутреннее, а потому не входит в сферу виртуальной реальности.) Другой логически невозможный опыт — бессознательность, поскольку, когда человек находится в бессознательном состоянии, он по определению ничего не испытывает. Состояние, когда человек ничего не испытывает, отличается от состояния, когда человек испытывает полное отсутствие впечатлений, — это называется сенсорной изоляцией, которая, безусловно, является физически возможной средой.

После исключения логически невозможных и внутренних впечатлений у нас остался обширный класс логически возможных внешних впечатлений — впечатлений от внешней среды, получение которых логически возможно, но физически не всегда осуществимо (табл. 5.1). Нечто является физически возможным, если оно не запрещено законами физики. В этой книге я буду считать, что «законы физики» включают одно ещё неизвестное правило, определяющее начальное состояние или другие дополнительные данные, необходимые в принципе для того, чтобы дать полное описание мультиверса (иначе эти данные были бы набором принципиально необъяснимых фактов). В таком случае некая среда физически возможна тогда и только тогда, когда она действительно существует где-то в мультиверсе (т. е. в какой-то вселенной или нескольких вселенных). Нечто является физически невозможным, если этого не происходит нигде в мультиверсе.

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

Виртуальная реальность всегда включает создание искусственных ощущений — генерацию образов, — с них-то мы и начнём. Какие ограничения накладывают законы физики на способность генераторов образов создавать искусственные образы, передавать детали и охватывать соответствующие сенсорные диапазоны? Существуют очевидные способы улучшения передачи деталей по сравнению с современным пилотажным тренажёром, например, применение телевидения высокой чёткости. Но возможно ли, хотя бы в принципе, воспроизвести реалистичный самолёт и его среду с предельной степенью детализации, т. е. с максимальными подробностями, которые чувства лётчика могут распознать? Для слуха этот наивысший предел был почти достигнут в системах Hi-Fi, а что касается зрения, то этот предел достижим. А как с другими чувствами? Очевидно ли, что физически возможно построить универсальную химическую установку, которая сможет в одно мгновение воспроизводить по команде любую точно определённую комбинацию миллионов различных душистых химикатов? Или создать машину, которая, будучи помещена в рот гурмана, передаст вкус и консистенцию любого возможного блюда, не говоря уже о создании чувств голода и жажды, предшествующих приёму пищи, и последующего физического удовлетворения? (Голод, жажда и другие ощущения, например, чувство равновесия или 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 не всегда. Предположим, что лётчик пилотажного тренажёра направляет виртуальный самолёт вертикально вверх на высокой скорости, а затем выключает двигатели. Самолёт должен продолжать подниматься до тех пор, пока его восходящий импульс не будет исчерпан, а потом он начнёт с возрастающей скоростью падать. Всё движение в целом называется свободным падением, несмотря на то что первоначально самолёт двигается вверх, потому что движение происходит только под влиянием тяготения. Когда самолёт находится в состоянии свободного падения, его обитатели невесомы и могут плавать по кабине, как космонавты на орбите. Вес восстанавливается только тогда, когда к самолёту снова прикладывается направленная вверх сила, что вскоре должно произойти под действием аэродинамики или от встречи с не прощающей ошибок Землёй. (На практике состояния свободного падения обычно достигают при полёте самолёта под тягой, но по той же параболической траектории, по которой он летел бы при отсутствии и тяги двигателя, и сопротивления воздуха.)

Свободно падающие самолёты используют для тренировки космонавтов в условиях невесомости перед полётом в космос. Настоящий самолёт может находиться в состоянии свободного падения пару минут или даже больше, потому что он располагает несколькими километрами высоты, в пределах которых может подниматься и падать. Но наземный пилотажный тренажёр может находиться в состоянии свободного падения лишь мгновение, если его опоры сначала максимально раздвигаются, а потом позволяют ему упасть. Пилотажные тренажёры (по крайней мере, современные) не позволяют тренироваться в условиях невесомости: для этого необходим реальный самолёт.

Можно ли исправить этот недостаток пилотажных тренажёров, наделив их возможностью имитировать свободное падение на Земле (и в этом случае их можно было бы использовать и в качестве тренажёров космических полётов)? Это не так просто, поскольку на пути встают законы физики. Известная физика даже в принципе не даёт другого способа устранения веса тела, кроме свободного падения. Единственный способ поместить пилотажный тренажёр в состояние свободного падения, когда он одновременно остаётся неподвижным на поверхности Земли, — это каким-то образом подвесить над ним массивное тело, например, другую планету такой же массы или чёрную дыру. Но даже если бы это было возможно (не забывайте, что нас занимает не немедленный практический интерес, а вопрос о том, что позволяют или не позволяют законы физики), реальный самолёт также способен осуществлять частые, сложные изменения в величине и направлении веса находящихся в нём людей путём маневрирования и включения и выключения двигателей. Для имитации этих изменений наше массивное тело пришлось бы перемещать почти с такой же частотой, и, по-видимому, скорость света (если не что-то другое) наложила бы абсолютный предел на скорость этих перемещений.

Однако, чтобы имитировать свободное падение, пилотажный тренажёр не должен создавать настоящую невесомость, но лишь ощущение невесомости, и используются различные методы, не включающие свободное падение, чтобы приблизиться к этому состоянию. Например, космонавты тренируются под водой в космических скафандрах, вес которых подобран так, чтобы их плавучесть равнялась нулю. Другой метод заключается в использовании специальной подвески, в которой космонавт парит в воздушном потоке под управлением компьютера для имитации невесомости. Но всё это весьма грубые методы, и ощущения, которые они обеспечивают, вряд ли можно спутать с реальными, не говоря уже о том, чтобы не почувствовать различий. Тело человека обязательно должны поддерживать силы, воздействующие на кожу, которых он не может не чувствовать. Точно так же совсем не воспроизводится характерное ощущение падения, испытываемое через органы чувств внутреннего уха. Можно представить дальнейшие усовершенствования: использование несущих жидкостей с очень низкой вязкостью и препаратов, создающих ощущение падения. Но возможно ли вообще передать ощущение свободного падения безупречным образом в пилотажном тренажёре, который прочно стоит на земле? Если нет, то мы нашли абсолютный предел достоверности искусственной передачи впечатлений полёта. Чтобы отличить реальный самолёт от имитации, лётчику достаточно направить его по траектории свободного падения и посмотреть, появится состояние невесомости или нет.

В общей формулировке задача заключается в следующем. Для того чтобы подменить нормальное функционирование органов чувств, мы должны посылать им образы, похожие на те, которые произвела бы имитируемая среда. Мы также должны перехватывать и подавлять образы, произведённые реальной средой, окружающей пользователя. Но такие манипуляции с образами 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. Пример с невесомостью как будто 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 создать искусственно. Ведь в конечном итоге станет возможным обойти все органы чувств и оказать непосредственное воздействие на нервы, связывающие их с мозгом.

Таким образом, нам не нужны будут универсальные химические генераторы или невозможные машины искусственной гравитации. Как только мы поймём органы обоняния настолько, чтобы расшифровать код сигналов, которые они посылают в мозг при обнаружении запахов, компьютер, должным образом подсоединённый к соответствующим нервам, сможет посылать в мозг те же самые сигналы. Тогда мозг сможет ощутить запахи, хотя соответствующих химических соединений не будет существовать. Точно так же 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 ограничений на диапазон и точность генераторов образов. Не существует такого ощущения или ряда ощущений, которые могут испытывать люди, но которые в принципе невозможно было бы воспроизвести искусственно. Когда-нибудь в качестве обобщения всех фильмов появится то, что Олдос Хаксли в романе «О дивный новый мир» называл «фили» (feelie) — фильмы для всех чувств[16]. Можно будет почувствовать покачивание лодки под ногами, услышать шорох волн, ощутить запах моря, увидеть, как меняется цвет заката на горизонте, почувствовать, как ветерок перебирает ваши волосы (неважно, есть они у вас или нет), — и всё это не покидая твёрдой суши и не выходя из дома. И это ещё не всё: 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 вызвать искусственно, — это одно; а то, что когда-нибудь станет возможным раз и навсегда создать отдельную машину, способную порождать любые возможные ощущения, — это уже нечто большее: это универсальность. Фили-машина, обладающая такой возможностью, стала бы универсальным генератором образов.

Возможность существования такого генератора вынуждает нас изменить взгляды на вопрос, касающийся крайних пределов фили-технологии. В настоящее время прогресс такой технологии заключается в изобретении всё более разнообразных и точных способов стимуляции органов чувств. Но этот класс проблем 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 теми, которые послали бы наши органы чувств, в повышении точности метода не будет необходимости. К этому времени технология достигнет зрелости, и следующая задача будет состоять не в том, как создать определённые ощущения, а в том, какие ощущения создавать. В ограниченной области это происходит уже сегодня, ведь задача получения максимально возможной точности воспроизведения звука уже близка к тому, чтобы быть решённой с помощью компакт-дисков и современного поколения звуковоспроизводящего оборудования. Скоро уже не станет такого понятия, как любитель Hi-Fi. Любителей воспроизведения звука больше будет заботить не точность воспроизведения (оно и так всегда будет точным вплоть до предела человеческого распознавания), а то, какие звуки должны быть записаны.

Если генератор образов воспроизводит запись, взятую из жизни, её точность можно определить как близость создаваемых образов к тем, которые человек получил бы в реальной ситуации. В более общем случае, если генератор создаёт искусственно разработанные образы, например, мультфильм или музыку, играемую с нот, точность — это близость передаваемых образов к тем, которые предполагались. Тут мы подразумеваем близость, воспринимаемую пользователем. Если созданный образ настолько близок к задуманному, что пользователь не может отличить одно от другого, то мы можем назвать его совершенно точным. (Так что образы, точные для одного пользователя, могут содержать неточности, которые ощутит другой пользователь с более острыми или с дополнительными органами чувств.)

Универсальный генератор образов, конечно, не содержит записи всех возможных образов. Универсальным его делает следующее: при наличии записи любого возможного образа он может вызвать у пользователя соответствующие ощущения. В универсальном генераторе слуховых ощущений — системе Hi-Fi предельного уровня — запись можно представить в виде компакт-диска. Чтобы вместить слуховые ощущения, которые длятся дольше, чем это позволяет ёмкость диска, мы должны включить механизм, способный последовательно загружать в машину любое количество дисков. Это же условие остаётся в силе для всех остальных универсальных генераторов образов, так как, строго говоря, генератор образов не является универсальным, пока в нём нет механизма воспроизведения записей неограниченной продолжительности. Более того, когда машина работает в течение долгого времени, ей понадобится уход, иначе генерируемые ею образы будут становиться хуже или вовсе исчезнут. Эти и подобные им соображения связаны с тем, что взять отдельный физический объект изолированно от остальной вселенной — это всегда аппроксимация. Универсальный генератор образов универсален только в определённом внешнем контексте, в котором подразумевается, что его обеспечивают такими вещами, как подвод энергии, механизм охлаждения и периодическое обслуживание. Наличие таких внешних потребностей не запрещает считать его «отдельной универсальной машиной» при условии, что законы физики не запрещают удовлетворение этих нужд и для этого не нужно изменять конструкцию машины.

Как я уже сказал, формирование образов — всего лишь одна составляющая виртуальной реальности: существует ещё и крайне важный интерактивный элемент. Генератор виртуальной реальности можно рассматривать как генератор образов, для которого эти образы не заданы полностью в самом начале, а частично зависят от действий пользователя. Такой генератор не проигрывает пользователю заранее определённую последовательность образов, как это произошло бы при просмотре фильма или фили. Он порождает эти образы на ходу, принимая во внимание непрерывный поток информации о действиях пользователя. Современные генераторы виртуальной реальности, например, следят за положением головы пользователя, используя сенсоры движения, как показано на рис. 5.1. В конечном итоге им придётся следить за всеми действиями пользователя, которые могут повлиять на субъективный вид имитируемой среды. Эта среда может включать и собственное тело пользователя: поскольку тело является внешним по отношению к разуму, то описание среды виртуальной реальности может потребовать, чтобы тело пользователя казалось замещённым новым телом с определёнными свойствами.

Человеческий разум воздействует на тело и на внешний мир, генерируя нервные импульсы. Следовательно, генератор виртуальной реальности, в принципе, может получать всю необходимую информацию о действиях пользователя путём перехвата нервных сигналов, исходящих из мозга пользователя. Эти сигналы, вместо того чтобы попасть в тело пользователя, могут быть переданы компьютеру и расшифрованы, чтобы точно определить, как двигалось бы тело пользователя. Сигналы, которые компьютер отправляет обратно в мозг, могут быть такими же, какие послало бы тело, если бы оно находилось в указанной среде. Если задание этого требует, виртуальное тело могло бы реагировать отлично от реального, например, оно смогло бы выжить в виртуальной среде, которая убила бы реальное человеческое тело, или имитировать отказы и повреждения реального тела.

Я должен признать, 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 предполагаю, что, в принципе, эти сообщения тоже можно перехватить и подменить в некоторой точке между мозгом и остальным телом. Таким образом, пользователь будет лежать неподвижно, подсоединённый к компьютеру, но у него возникнет ощущение полного взаимодействия с виртуальным миром — по существу, реальной жизни в этом мире. На рис. 5.2 проиллюстрированы эти мои идеи. Кстати, несмотря на то, что такая технология — дело будущего, идея о ней гораздо старее самой теории вычислений. В начале XVII века Декарт уже рассматривал философские следствия манипулирования чувствами со стороны «демона», который, по сути, был генератором виртуальной реальности, подобным показанному на рис. 5.2, но только компьютер заменялся сверхъестественным разумом.

Из предшествующей дискуссии ясно, что любой генератор виртуальной реальности должен иметь по крайней мере три главные составляющие:

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

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

• управляющий компьютер.

До сих пор моё внимание концентрировалось на первых двух составляющих: сенсорах и генераторах образов. Дело в том, что исследования в области виртуальной реальности при современном примитивном состоянии технологии всё ещё главным образом сводятся к формированию образов. Но заглянув за временны?е технологические ограничения, мы увидим, что генераторы образов просто-напросто обеспечивают интерфейс — «соединительный кабель» — между пользователем и настоящим генератором виртуальной реальности, которым является компьютер. Необходимая виртуальная среда полностью создаётся внутри компьютера. Именно он обеспечивает сложную и независимую «ответную реакцию», которая и оправдывает использование слова «реальность» в выражении «виртуальная реальность». Соединительный кабель ничего не вносит в среду, воспринимаемую пользователем, — с точки зрения пользователя он «прозрачен» в той же степени, в какой мы обычно не считаем свои собственные нервы частью окружающей нас среды. Таким образом, будущие генераторы виртуальной реальности лучше всего описать как имеющие только один главный компонент — компьютер с несколькими обычными периферийными устройствами.

Я не хочу недооценивать практические проблемы, связанные с перехватом всех нервных сигналов, поступающих в человеческий мозг и исходящих из него, и расшифровкой связанных с этим кодов. Но это конечный набор проблем, которые нам придётся решить только однажды. После этого основное внимание в области технологии виртуальной реальности раз и навсегда будет перенесено на компьютер, на задачу его программирования для создания различных сред. Какие среды мы сможем создавать, будет зависеть уже не от того, какие сенсоры и генераторы образов мы сможем построить, а от того, какие среды мы сможем задать. «Задание» среды будет означать наличие программы для компьютера, являющегося сердцем генератора виртуальной реальности.

Из-за интерактивной природы виртуальной реальности понятие точности для неё не столь просто, как для формирования образов. Как я уже сказал, точность генератора образов — это мера близости созданных образов к тем, которые предполагалось создать. Но в случае виртуальной реальности обычно нет конкретных желаемых образов: нужно, чтобы пользователь испытал ощущение нахождения в определённой среде. Задание среды виртуальной реальности означает не указание того, что должен испытывать пользователь, а скорее определение того, как среда должна отреагировать на каждое возможное действие пользователя. Например, при виртуальной игре в теннис можно заранее определить внешний вид корта, погоду, поведение публики и уровень игры противника. Но ход игры не должен быть задан: он зависит от множества решений, принимаемых пользователем во время игры. Разные наборы решений приводят к разным реакциям виртуальной среды и, следовательно, к разным вариантам развития игры.

Число возможных вариантов игры в одной окружающей среде, т. е. в среде, созданной одной программой, огромно. Рассмотрим имитацию центрального корта Уимблдона с точки зрения игрока. Сделаем очень консервативное предложение о том, что в каждую секунду игры игрок может двигаться одним из двух различных (по ощущениям игрока) способов. Тогда через две секунды количество возможных вариантов игры станет равным четырём, 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 экспоненциально расти. Чтобы программа точно сгенерировала одну такую среду, она должна иметь возможность реагировать любым из несметного количества ощутимо различных способов в зависимости от того, какое поведение выберет пользователь. Если две программы одинаково реагируют на каждое возможное действие пользователя, значит, они создают одну и ту же среду; если же их реакции даже на одно возможное действие заметно отличаются друг от друга, значит, они генерируют различные среды.

Это замечание остаётся в силе, даже если пользователь никогда не произведёт то действие, которое выявит разницу. Окружающая среда, создаваемая программой (для данного вида пользователей, с данным соединительным кабелем), — это логическое свойство программы, которое не зависит от того, выполнялась ли когда-нибудь эта программа. Создаваемая среда точна настолько, насколько она способна отреагировать предписанным образом на каждое возможное действие пользователя. Таким образом, её 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 моделирования. Возможно, это звучит парадоксально, но, как я уже сказал, это прямое следствие того, что виртуальная реальность, как и сама реальность, интерактивна.

Этот факт обозначает важное различие между генерацией образов и формированием виртуальной реальности. Пользователь в принципе может почувствовать, измерить и удостоверить точность создания образов генератором, но это не так в отношении точности создания виртуальной реальности. Например, если вы любите музыку и достаточно хорошо знаете определённое музыкальное произведение, то можете послушать его исполнение и подтвердить, что образ в принципе был совершенно точным, вплоть до последней ноты, фразировки, динамики и т. п. Но если вы фанат тенниса, в совершенстве знающий центральный корт Уимблдона, вы всё равно не сможете подтвердить абсолютную точность его воспроизведения. Даже при наличии возможности исследовать виртуальный центральный корт сколь угодно долго, «воздействуя» на него всевозможными способами, и даже если есть равный доступ на реальный центральный корт для сравнения, вы никогда не сможете дать заключение, что программа действительно воссоздала реальный объект. Невозможно знать, что произошло бы, если бы вы исследовали его чуть дольше или оглянулись в подходящий момент. Возможно, если бы вы сели в виртуальное кресло судьи и крикнули «фол!», сквозь травяное покрытие всплыла бы подводная лодка и торпедировала табло.

С другой стороны, если обнаружить хоть одно различие между виртуальной и реальной средой, можно немедленно заявить о неточном воспроизведении. Конечно, если только виртуальной среде не присущи некоторые преднамеренно непредсказуемые черты. Например, рулетка по конструкции своей такова, что её поведение предсказать невозможно. Если мы снимем фильм о рулетке, в которую 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 съёмок фильма. При каждом показе фильма числа будут те же самые: это абсолютно предсказуемо. Таким образом, точный образ непредсказуемой среды должен быть предсказуемым. Но что это значит для точного воспроизведения рулетки в виртуальной реальности? Как и раньше, это означает, что пользователь не должен обнаруживать заметных отличий от оригинала. Но это предполагает, что виртуальная рулетка не должна вести себя идентично оригиналу: если бы это происходило, либо её, либо этот оригинал можно было бы использовать для предсказания поведения оставшегося, и тогда ни одна из них не была бы непредсказуемой. Кроме того, виртуальная рулетка не должна вести себя одинаково каждый раз, когда её запускают. В совершенстве воссозданная рулетка должна быть столь же применима для азартных игр, сколь и реальная. Следовательно, она должна быть столь же непредсказуемой. Кроме того, она должна быть столь же беспристрастной, т. е. все числа должны появляться абсолютно случайно, с равной степенью вероятности.

Каким образом мы опознаём непредсказуемые среды, и как мы доказываем, что как будто бы случайные числа действительно распределены честно? Мы проверяем, соответствует ли виртуальная рулетка её точному описанию, так же как проверяем на реальность какую-либо вещь: мы воздействуем на неё (вращаем колесо) и смотрим, реагирует ли она так, как обещано. Мы проводим значительное количество подобных наблюдений и осуществляем статистическую обработку результатов. Но опять, сколько бы ни проводилось проверок, нельзя заключить, что объект воспроизведён точно или хотя бы с определённой вероятностью точно. Ибо как бы беспорядочно, на первый взгляд, ни 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, если мы зададим вслух вопрос о годе битвы при Ватерлоо, то следующие два числа неизменно будут показывать 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 утверждать о том, что рулетка, вероятно, воспроизведена неточно. Например, если на нашей виртуальной рулетке десять раз подряд выпало зеро, нам следует сделать вывод, что, вероятно, мы неточно воссоздали беспристрастную рулетку.

При обсуждении генераторов образов я сказал, что точность созданного образа зависит от чёткости и других характеристик чувств пользователя. Для виртуальной реальности это наименьшая из наших проблем. Безусловно, генератор виртуальной реальности, в совершенстве создающий данную среду для человека, не сможет этого сделать для дельфинов или инопланетян. Чтобы создать определённую среду для пользователя с данным видом органов чувств, генератор виртуальной реальности должен быть физически приспособлен к этим органам, а в его компьютере должны быть запрограммированы их характеристики. Однако модификации, которые необходимо сделать для данного вида пользователей, конечны, и их нужно осуществить лишь однажды. Они эквивалентны тому, что я назвал изготовлением нового «соединительного кабеля». При рассмотрении ещё более сложных сред главным в задаче их воссоздания для данного типа пользователей становится написание программ расчёта поведения этих сред, причём часть задачи, зависящая от вида пользователя, имея конечную сложность, становится по сравнению с этими программами пренебрежимо малой. Сейчас мы говорим о конечных пределах виртуальной реальности и поэтому рассматриваем сколь угодно точные, длинные и сложные виртуализации. Вот почему имеет смысл говорить о «воссоздании определённой среды», не указывая, для кого эта среда создаётся.

Мы видели, что существует чётко определённое понятие точности передачи виртуальной реальности: точность — это близость (в пределах восприятия) создаваемой среды к задуманной. Но они должны быть близки при каждом возможном варианте поведения пользователя, поэтому, каким бы наблюдательным ни был человек, находящийся в виртуальной среде, он не сможет поручиться за то, что она точна (или — вероятно точна). Но опыт иногда показывает, что виртуализация неточна (или — вероятно неточна).

Эта дискуссия 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 её истинность. И там тоже поверхностный взгляд на науку 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, из которой только бесконечно малую часть мы когда-либо воспринимали.

Программа в генераторе виртуальной реальности воплощает общую предсказательную теорию поведения виртуальной среды. Остальные составляющие следят за поведением пользователя, зашифровывают и расшифровывают сенсорные данные; это, как я уже сказал, довольно тривиальные функции. Таким образом, если среда физически возможна, её воспроизведение, в сущности, эквивалентно нахождению правил предсказания результатов каждого эксперимента, который можно осуществить в этой среде. Из-за того способа, которым создаётся научное знание, всё более точные предсказательные правила можно открывать только посредством всё лучших объяснительных теорий. Поэтому точное воспроизведение физически возможной среды определяется пониманием её физики.

Обратное также верно: открытие физики, которая описывает среду, зависит от создания воспроизводящей её в виртуальной реальности. Обычно говорят, что научные теории только описывают и объясняют физические объекты и процессы, но не воспроизводят их. Например, объяснение солнечных затмений можно напечатать в книге. В компьютерную программу можно заложить астрономические данные и физические законы, чтобы предсказать затмение и распечатать его описание. Чтобы передать затмение в виртуальной реальности, потребуется дополнительное программное и аппаратное обеспечение. Однако всё 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 сознании читателя некое подобие предсказанных эффектов затмения, с которыми он будет сравнивать реальный вид этих эффектов. Более того, пробуждаемое «подобие» интерактивно. Затмение можно наблюдать разными способами: невооружённым глазом, с помощью фотографий или различных научных инструментов; из некоторых мест на Земле видно полное солнечное затмение, из других мест — частное, а из третьих — затмения не видно вообще. В каждом случае наблюдатель увидит различные образы, которые теория позволяет предсказать. Компьютерное описание вызывает в сознании читающего не просто отдельный образ или ряд образов, а общий метод создания множества различных образов, соответствующих множеству способов размышления читателя при осуществлении наблюдений. Другими словами, это воссоздание в виртуальной реальности. Таким образом, в достаточно широком смысле, если принять во внимание процессы, которые должны происходить внутри разума учёного, наука и воспроизведение физически возможных сред в виртуальной реальности — это два термина, обозначающие одну и ту же деятельность.

А как же быть с передачей физически невозможных сред? В принципе, есть два существенно различных типа виртуальной реальности: в меньшем числе случаев описываются физически возможные среды, а в большем — физически невозможные. Но не исчезнет ли это различие при внимательном анализе? Рассмотрим генератор виртуальной реальности в процессе воспроизведения физически невозможной среды. Например, это может быть пилотажный тренажёр, в котором программа рассчитывает вид, открывающийся из кабины самолёта, способного лететь быстрее скорости света. Пилотажный тренажёр генерирует эту среду. Но тренажёр — это ещё и 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. Поддаётся ли такая среда воспроизведению? Безусловно. В действительности её на редкость легко воссоздать: достаточно просто использовать второй тренажёр той же конструкции, работающий по идентичной программе. При таких обстоятельствах второй пилотажный тренажёр можно считать воспроизводящим либо физически невозможный самолёт, либо физически возможную среду, а именно — первый тренажёр. Аналогичным образом первый тренажёр можно рассмотреть как воспроизводящий физически возможную среду, а именно — второй тренажёр. Если мы считаем, что любой генератор виртуальной реальности, который в принципе можно построить, можно в принципе построить и ещё раз, то из этого следует, что каждый генератор виртуальной реальности, работающий по любой программе из своего репертуара, воссоздаёт некую физически возможную среду. Он может воссоздавать и другие вещи, включая физически невозможные среды, но, в частности, всегда есть некая физически возможная среда, которую он воспроизводит.

Так какие же физически невозможные среды можно создать в виртуальной реальности? В точности те, которые не отличаются ощутимым образом от физически возможных сред. Следовательно, физический мир и миры, которые можно воссоздать в виртуальной реальности, связаны между собой гораздо теснее, чем это кажется. Мы считаем одни виртуализации описывающими факт, а другие — описывающими вымысел, но вымысел — это всегда интерпретация в мозгу наблюдателя. Не существует такой виртуальной среды, которую бы пользователь вынужден был интерпретировать как физически невозможную.

Мы могли бы решить воспроизвести некоторую среду как предсказанную определёнными «законами физики», отличными от действительных. Это можно сделать ради упражнения, развлечения или в качестве аппроксимации, поскольку воспроизведение действительных законов может оказаться слишком сложным или дорогим. Если используемые нами законы близки к истинным настолько, насколько это возможно, и известны ограничения, при которых мы работаем, то такие виртуализации можно назвать «прикладной математикой» или «вычислительной техникой». Если созданные объекты значительно отличаются от физически возможных, можно назвать такую виртуализацию «чистой математикой». Если физически невозможную среду создают ради развлечения, мы называем это «видеоигрой» или «компьютерным искусством». Всё это — интерпретации. Они могут быть полезны или даже необходимы для объяснения наших мотивов при создании определённой виртуализации. Но что касается её самой, всегда существует альтернативная интерпретация, а именно: данная виртуализация точно описывает какую-то физически возможную среду.

Математику не принято считать формой виртуальной реальности. Мы обычно думаем, что математика занимается абстрактными сущностями, например, числами и множествами, не воздействующими на чувства; а потому может показаться, что вопроса об искусственном воспроизведении их воздействия на нас возникнуть не может. Однако, несмотря на то что математические сущности не воздействуют на чувства, занятия математикой являются внешним опытом в той же степени, в какой являются внешним опытом занятия физикой. Мы делаем заметки на бумаге, смотрим на них или представляем, что смотрим на них — в действительности невозможно заниматься математикой, не воображая абстрактные математические сущности. Но тем самым мы изображаем среду, «физика» которой воплощает сложные и автономные свойства этих сущностей. Например, представляя абстрактное понятие отрезка прямой, которая не имеет толщины, мы можем вообразить прямую, которая видима, но её толщина незаметна. Это уже очень близко к тому, чтобы быть представленным в качестве физической реальности. Но математически толщина этой прямой должна оставаться нулевой даже при произвольно выбранном увеличении. Это свойство не является свойством любой физической линии, 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 наш внешний опыт никогда не бывает непосредственным; мы никогда не воспринимаем непосредственно даже сигналы наших нервов — иначе мы просто не знали бы, что делать с их потоками электрических потрескиваний. То, что мы ощущаем непосредственно, — это воспроизведение в виртуальной среде, удобно созданной для нас нашим бессознательным разумом из сенсорных данных вместе со сложными теориями (т. е. программами) их интерпретации, рождёнными в нашем разуме и приобретёнными извне.

Мы, реалисты, придерживаемся мнения, что реальность существует: объективная, физическая, независимая от того, что мы о ней думаем. Но мы никогда не воспринимаем эту реальность непосредственно. Каждая отдельная крупинка наших внешних ощущений — это 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 воссоздания этих миров с помощью генератора виртуальной реальности в нашем собственном мозгу.

Таким образом, виртуальная реальность является частью не только науки, то есть суждений о физическом мире. Всякое рассуждение, любое мышление и весь внешний опыт есть формы виртуальной реальности. Всё это — физические процессы, которые до сих пор наблюдались только в одном месте Вселенной — в окрестностях планеты Земля. В главе 8 мы увидим, что все жизненные процессы также включают виртуальную реальность, но у людей с ней особые взаимоотношения. С биологической точки зрения воссоздание их окружающей среды в виртуальной реальности — это характерное для человека средство выживания. 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.