Методические материалы, статьи

Осциллограмма времени

…Экельс видел нечто причудливое и неопределенное, извивающееся и гудящее, переплетение стальных проводов и стальных кожухов, переливающийся яркий ореол — то оранжевый, то серебристый, то голубой. Гул был такой, словно само Время горело на могучем костре, словно все годы, все даты летописей, все дни свалили в одну кучу и подожгли.
Р. Бредбери

Днем и ночью с бесчисленных башен Западной Европы звучащий бой, этот жуткий символ уходящего времени… Ничего подобного мы не найдем в равнодушных ко времени античных странах и городах.
О. Шпенглер

Знаете, почему вредны для глаз компьютерные мониторы? По той же причине, что и люминесцентные лампы: они мигают. Конечно, незаметно для глаза, и частота 80 Гц, которая считается порогом безопасного восприятия, давно превзойдена производителями. Но все же экраны и компьютеров, и телевизоров, и в «устаревших» кинотеатрах отличаются тем, что на них изображение дискретное. Оно состоит из отдельных картинок или точек, которые просто сменяют друг друга настолько быстро, что нам кажется, что это одно движущееся изображение. Братья Люмьеры были, среди прочих, провозвестниками цифрового века.

Между тем в природе нет ничего цифрового. Изображения, к которым приучен наш глаз, являются истинно аналоговыми: это значит, что они не делятся на отдельные картинки или точки в принципе. Если, конечно, не докопаться до атомно-молекулярной структуры вещества, но она не может прямо наблюдаться нашими органами чувств — как минимум, для этого был нужен микроскоп и открытие броуновского движения. (Впрочем, и на атомно-молекулярном уровне дискретность весьма относительная — если учитывать квантово-механическую двойственность природы частиц. Волна — аналоговая, непрерывная сущность, частица — цифровая, дискретная.) Поэтому наши глаза и устают от низкокачественных мониторов: глаз пытается распознать в калейдоскопе мелькающих кадров отдельные сцены, никак не желая «понять», что перед ним одно изображение.

Перевод изображений (как теперь модно говорить, «видеоинформации») в цифровую форму необычайно выгоден — цифровая копия «не гнется, не ломается» и к тому же никак не ухудшается при копировании. Про хранение «оригиналов» можно забыть, распространители «пиратских» копий празднуют победу. Но такой процесс требует чудовищной емкости носителей: на диске, на который влезает один среднего качества фильм (не в смысле художественных достоинств, естественно, а в смысле качества картинки на экране), можно разместить тысячи томов сочинений среднего объема. И при этом еще приходится использовать специальные алгоритмы сжатия. (Это, между прочим, показывает, насколько совершенным средством сжатия информации является обычная письменная человеческая речь! Но, в свою очередь, именно из этого факта родилась литература — неоднозначность, потеря информации при переносе на бумагу заставляет придумывать разные приемы, чтобы донести свою мысль.) А это, в свою очередь, требует невиданных доселе скоростей работы процессоров. Представляете, что означает частота последних моделей «Пентиумов» более чем в 1 ГГц (миллиард операций в секунду)? Это означает, что пока такой процессор выполняет одну-единственную операцию (а иногда и не одну), световой импульс не успеет выйти за пределы корпуса компьютера, так как проходит всего 30 сантиметров.

Результаты, достигнутые на скоростных компьютерах, все могли наблюдать во время бомбардировок Белграда: изображение на ТВ-экранах, якобы заснятое из кабины бомбардировщика, на самом деле есть результат компьютерного синтеза по данным, поступавшим с места боя в реальном времени. Интересней, впрочем, что наиболее быстрый из проектирующихся сейчас компьютеров предназначен для высшей степени мирных применений, что отражено даже в его названии: «Blue Gene» означает «Голубой ген». Фирма IBM предназначает его для решения задач фолдинга белков — так называют проблему расчета наиболее вероятных конфигураций молекул белков, которая при ее успешном разрешении могла бы перевернуть всю мировую фармацевтическую промышленность. Задача фолдинаг имеет сумасшедшие размерности — молекула гемоглобина, к примеру, может иметь порядка 10150 состояний, что превышает количество элементарных частиц во Вселенной. Производительность «Голубого гена» будет составлять 1 Пфлопс — то есть миллион миллиардов операций с плавающей точкой в секунду. Представить такую производительность невозможно — гигант будет состоять из миллиона процессоров (занимая при этом площадь менее 2 соток) и суммарная пропускная способность каналов связи между этими процессорами будет такова, что все содержание всех Интернет-сайтов в мире может быть пропущено через них всего за одну секунду!

Электроника умеет делать такие быстрые процессы видимыми. На экране любого осциллографа вы видите кривую, которая есть след давно прошедших событий — «давно» в человеческих масштабах — от одной точки такой кривой до другой всего несколько микро- или даже наносекунд. Если вернуться к сравнению с самой быстрой субстанцией на свете, то световой сигнал за это время не уйдет за пределы квартала или дома, в котором вы живете. И мы все же можем видеть след такого события, даже если оно одно-единственное, и даже изучить его структуру и разложить его на спектральные составляющие. Вот и ответ на высказывания Уайтхеда, сделанное более полувека назад: «В конечном итоге, мы убеждаем себя в том, что с прошлым или будущим нас связывает лишь абстрактное воображение, оторванное от наблюдения конкретных фактов». Насчет будущего — это да, но вот если осциллограмма не есть конкретный факт прошлого, то что тогда факт? Когда Уайтхед писал эти строки, осциллографы находились как раз «в стадии изобретения», но ведь уже существовала камера Вильсона?!

Между тем промежутками времени в микросекунды оперирует сейчас любой инженер. Мало того, такие времена часто оказываются критичными совсем не только задачах синтеза изображений в реальном времени. В компьютерах, предназначенных для применения в промышленном производстве, в военной технике или даже в автомобилях, задержка всего в 1 миллисекунду может оказаться роковой: за миллисекунду автомобиль на скорости 100 км/ч успевает передвинуться на целых 2,5 сантиметра. Надо ли объяснять, что в критической ситуации этих двух сантиметров как раз могло бы и не хватить? Не так давно открытый (нашими физиками из Дубны) 116-й элемент «живет» всего 50 мс — но насколько же это промежуток времени огромен для современной, даже «ширпотребовской» электроники: за это время обычный офисный «Пентиум» успеет обработать пару миллионов чисел с плавающей точкой и прорисовать на экране трехмерное изображение какого-нибудь «Конкорда» несколько раз.

Наше сознание не воспринимает времени. Находящийся в изоляции человек неспособен определить, сколько времени прошло, день на улице или ночь, зима или лето. Мы с некоторым трудом можем оперировать промежутками времени порядка секунд или минут, но для более точного определения нам надо хотя бы считать про себя. Течение времени субъективно и меняется в зависимости от настроения и состояния: для влюбленного минуты тянутся, как часы, для пожилых людей годы бегут, как минуты. Часы — изобретение недавнее, и, как следует из эмоционального высказывания Шпенглера, есть принадлежность сугубо западной цивилизации. До того никому и не приходило в голову измерять время точнее, чем сутками или часами, да и то это было прерогативой астрологов и жрецов. Для обычного человека часы — дьявольское изобретение, недаром вряд ли существует кто-то, кто бы признался в любви к будильнику. Традиционные общества не принимают временных рамок: «…здесь мерилом работы считают усталость» («Наутилус Помпилиус»). Поэтому вдвойне любопытен тот факт, что как раз время мы научились измерять с наибольшей точностью из всех физических величин. Все точные электронные цифровые измерители чего угодно — от температуры до концентрации СО2 — измеряют, на самом деле, время протекания какого-нибудь процесса, связанного с измеряемой величиной. Обычные бытовые часы могут иметь точность порядка секунды в сутки, в то время как точность хорошего профессионального штангенциркуля в идеальном случае раз в десять хуже. А ведь дисциплина измерения расстояний возникла на несколько тысячелетий раньше первых точных измерений времени!

Не воспринимая даже обычных промежутков времени чувственно, тем более мы не можем проникнуть в суть понятия «микросекунда». Даже в тысячу раз большие промежутки для нас недоступны: 0,01 — 0,10 секунд есть предел человеческой реакции, потому и частота развертки мониторов выше 80 Гц безопасна для глаз. Для того чтобы развернуть изображение на экране, нужно выводить точку, меняя ее цвет, каждый раз в новое положение слева направо, затем сдвинуть вниз на одну строку и продолжить вывод. И такие циклы повторить: для каждой точки 48 миллионов раз, для каждой строки 60 тысяч раз, для каждого кадра 100 раз в секунду: в результате получите изображение 800х600 точек, которое кажется непрерывным, аналоговым, как в природе. Ключевое слово в предыдущей фразе «циклы»: вся современная технология основана на повторяющихся процессах. Важно, чтобы эти процессы могли повторяться очень точно — на каждом кадре, в каждой строке, для каждой точки мы обязаны попадать точно туда же, куда и в прошлый раз, иначе ничего не выйдет, вместо изображения получится каша, подобная той, которую могли наблюдать пользователи старых мониторов, если пытались задать режим, который данный монитор не поддерживал. К тому же меняющиеся параметры (цвет) мы должны уметь задавать сами, когда понадобится, а не когда «захочется» аппаратуре. Именно на это направлены усилия технологов во всем мире — сделать процесс максимально воспроизводимым. Невоспроизводимость нещадно карается отправлением в контейнер с надписью «брак».

Но в природе не бывает воспроизводимых процессов! Ни один природный цикл никогда не повторяется в точности. Даже эталон эталонов — атомные часы — уходят, хотя и немного, для нас несущественно. А циклы обычного пространственно-временного масштаба не воспроизводятся: все предметные науки нашего времени именно тем и занимаются, что пытаются построить воспроизводимые модели невоспроизводимого мира. Возможно, первым, кто попытался не идеализировать мир, загоняя жизненные факты в прокрустово ложе «научной воспроизводимости», а построить нечто вроде науки, исходя именно из свойств уникальности и неповторимости каждого объекта, был Н. Винер. Его «Кибернетика» начинается с главы «Ньютоновское и бергсоновское время», в которой делается попытка определить предмет кибернетики как науки о необратимых процессах. Кибернетическая система ведет себя каждый раз по-другому, в зависимости от поведения объекта. И никакое состояние сложной системы со множеством обратных связей скорее всего не повторится больше никогда!

А компьютер, вопреки наименованию, которое к нему приклеилось изначально, «кибернетической машиной» не является. Это строго воспроизводимая, обратимая во времени штука, теоретически даже вся Всемирная паутина является простой системой, которая имеет хотя и невообразимо огромное, но конечное число состояний, подобно тому, как шахматы являются игрой с конечной суммой и имеют при оптимальной стратегии обоих партнеров строго определенный результат — только пока его никто не сумел вычислить. (Правда, Интернет немедленно перестает быть детерминированной системой, как только мы включаем в его состав и сидящих за клавишами людей.) Что отличает любую цифровую систему от любой природной: даже простой биоценоз в домашнем аквариуме имеет теоретически бесконечное число состояний и является системой аналоговой — во времени непрерывной и необратимой. Если можно так выразиться, у природы в принципе не существует никакой кнопочки «Undo», в то время как у каждой уважающей себя программы она обязательно имеется, и вы в вашем компьютере с любого понедельника можете начать жизнь с чистого листа. Если очень захотите, то даже с давно прошедшего понедельника или другого дня: скажем, с ночи воскресного дня 26 апреля 1986 года. Но в жизни чернобыльскую катастрофу уже не отменить…

Компьютеры являются законченным воплощением чаяний эпохи детерминизма. Именно потому ученые восприняли их с таким неподдельным восторгом: что может быть удобнее вещи, состояние которой действительно абсолютно точно можно предсказать (если, конечно, не брать в расчет неисправности)? Но мало того, они «живут» по дискретным временным законам, и потому время в них имеет произвольный масштаб: ничего не изменится, если вы снизите скорость процессора хоть до 1 Гц. Для нас компьютер станет работать недопустимо медленно, но с высоты его «процессорной» точки зрения, все будет то же самое.

Компьютер живет в обратимом «ньютоновском» времени, как бы не старались его если и не «очеловечить», то пусть хотя бы немного «оживить». Тамагочи, хоть и прелестное изобретение, но никто не задумается после пары минут наблюдения за его поведением, к какой категории его отнести: животных или машин. Может быть, именно из-за такого «равнодушия» кибернетических устройств к человеческому времени никак не оправдываются чаяния Тьюринга, которые он высказал еще в 1955 году в прогремевшей тогда на весь мир брошюре «Может ли машина мыслить?»: «Мы можем надеяться, что машины в конце концов будут соперничать с людьми во всех чисто интеллектуальных областях»?

Юрий Ревич | yurarevich@mtu-net



См. также:
Популярность онлайн-казино в России
Сравнение онлайн и офлайн-казино
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
Бланк счет-фактуры образец: бланк счет фактуры скачать бесплатно.
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное
СТЕКЛЯННЫЕ ДВЕРИ Полную безопасность и элегантный внешний вид обеспечит шлифовка кромки вашей двери. Кроме светопрозрачных дверных конструкций компания "Офисные перегородки" устанавливает недорогие ламинированные, раздвижные и противопожарные двери, как в Москве, так и других городах России. Полезная информация:

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005