Професор Григорій Кабатянскій: "Науково-технічна революція нам не загрожує"

Професор Григорій Кабатянскій: “Науково-технічна революція нам не загрожує”

Інтерв'ю Ольги Волкової з Григорієм Кабатянскім
"Наука і життя" №8 2017

Минуло сторіччя з дня народження "батька цифрової ери" американського вченого Клода Шеннона, який створив теорію інформації, без якої не було б сучасних систем зв'язку, в тому числі і мобільних. Математична теорія криптографії – наука про методи забезпечення конфіденційності інформації та цілісності даних – це теж його заслуга. Про досягнення останнього універсального генія XX століття і про перспективи технологій століття XXI розповідає доктор фізико-математичних наук Григорій Кабатянскій, Радник ректора з науки Сколковского інституту науки і технологій (Сколтех), професор факультету комп'ютерних наук НДУ ВШЕ. розмову веде Ольга Волкова.

Доктор фізико-математичних наук Григорій Анатолійович Кабатянскій. Фото Віталія Шустикова

– Григорій Анатолійович, історія криптографії налічує чотири тисячі років. У чому ж геніальність і новизна розробок Клода Шеннона?

– Шеннон перетворив криптографію з мистецтва, яким вона була чотири тисячі років, в науку, поставивши її на міцний математичний фундамент. При цьому, як мені здається, займатися наукою заради науки він не хотів і завжди мав на увазі якийсь кінцевий результат.Рідкісне поєднання інженерного і математичного розуму! Підлітком він зробив "бездротової телеграф", щоб спілкуватися з одним, який жив в кілометрі від нього. Уже створивши теорію інформації, він винайшов електромеханічну миша, яка шукала вихід з лабіринту. І це був один з перших експериментів в так популярному сьогодні штучному інтелекті (хоча я вважаю за краще говорити "штучний розум"). У 1961 році, разом з професором математики Едом Торпом, Клод Шеннон створив перший в світі ноутбук. Це не був ноутбук в сьогоднішньому розумінні слова, але це була спеціалізована машина для оцінки ймовірності при грі в карти. Вони з Торпом їздили в Лас-Вегас, розраховували за допомогою своєї машинки ймовірність виграшу в рулетку і карти, грали і вигравали! Цікава історія, але Торп на цьому не зупинився, створив команду, яка їздила по казино, а багато пізніше це вилилося в сценарій досить популярного американського фільму "Двадцять одне" (2008 рік).

миша Шеннона

Після створення епохальних робіт з теорії інформації звичайна людина витратив би залишок життя на обробіток відкритого їм поля. Але Шеннон закинув теорію інформації, переключився на обчислювальні машини і в певній мірі на людський розум.Зокрема, в 1950 році він написав одну з перших статей з програмування комп'ютера для гри в шахи. У тому ж 1950-му році він створив, мабуть, найвідоміший свій робот – механічну миша, яка могла знаходити і запам'ятовувати шлях в лабіринті. Шеннон назвав її Тесеем, в честь давньогрецького героя, який переміг Мінотавра в лабіринті, звідки потім зумів вибратися. Це було перше в світі самонавчального штучний пристрій.

Клод Шеннон встановлює "Тесея" в лабіринт. 1952 рік. Фото: Bells Labs

Миша Шеннона представляла собою постійний магніт в дерев'яному корпусі з провідними вусиками, поставленому на коліщатка. Переміщалася вона по лабіринту з 25 квадратів, розділених довільним чином рухливими алюмінієвими перегородками. Під підлогою лабіринту була схема з декількох десятків електромеханічних реле, яка керувала мишею за допомогою електромагнітів. Коли миша натикалася на стінки, вона замикала вусиками їх контакти. За заданим алгоритмом миша знаходила вихід з лабіринту, а схема запам'ятовувала її шлях. Наступного разу миша вже не блукала. Її можна було розмістити в будь-якому місці, де вона вже була, і вона йшла безпосередньо до мети.Коли миша поміщали на незнайомій території, механізм починав пошук вже відомого розташування.

Про Тесея зняли короткометражний фільм, і Шеннон знайшов зоряну славу. А аналогічні пристрої до сих пір розглядають як частину програм створення самообучающихся машин.

– А чим він займався під час Другої світової війни?

– Під час війни Шеннон працював на війну: займався математичної криптографією. Я впевнений, що саме тоді він і зрозумів, що таке інформація і як її вимірювати. У 1940 році Шеннон захистив дисертацію формально з математики, але, як сказали б сьогодні – дисертацію на стику наук, мультидисциплінарної. Вона називалася "Алгебра для теоретичної генетики". Так що він уже мав досвід "впровадження" математики в інші області знання. Але коли в кінці 1940-х його основні роботи вийшли у відкритій пресі, то американські математики його досягнення не визнали, вважаючи, що там немає строгих доказів. Зате визнали радянські. Особливо Андрій Миколайович Колмогоров, один з основоположників сучасної теорії ймовірності та, зокрема, теорії інформації. Деякі видатні результати Колмогорова 1950-1960-х років натхненні роботами Клода Шеннона.

У 1948 році Шеннон опублікував статтю "Математична теорія зв'язку", в якій теорія інформації з'явилася відразу як закінчена теорія. Вранці люди прочитали статтю і зрозуміли: виникла нова наука.

У цій статті слово "код" придбало два нових і різних сенсу. Колишнє, звичне значення слова "код" (або "кодування") – спосіб написання повідомлення в такому вигляді, щоб ніхто, крім отримувача, не зміг його прочитати, тобто кодування як шифрування інформації. Нове значення слова "код" – це такий спосіб надлишкового представлення інформації, який дозволяє виправляти помилки, що виникають при передачі або зберіганні інформації. Нарешті, третє значення – стиснення інформації, тобто економна запис повідомлень в деякому алфавіті. Старовинний приклад такого стиснення – азбука Морзе. І Шеннон знайшов відповідь на питання, наскільки ми можемо стискати інформацію за умови, що хочемо її точно відновити.

– Роботи Клода Шеннона збіглися з появою в світі найперших комп'ютерів …

– Так, Шеннон про передачу інформації відразу думав як про передачу налякав і одиничок. І перші комп'ютери теж спиралися на двійкову систему. Це і було початком цифрової ери.Люди зрозуміли, що можна все оцифровувати. Більш того, стало зрозуміло, що можна передавати інформацію зовсім не так, як це робили раніше. Шеннон запропонував новий спосіб боротьби з помилками в каналі зв'язку, тобто боротьби з шумом. Раніше були фільтри, які фільтрують шум, ну і, звичайно, існувало просте рішення – зробити потужніший сигнал. Але коли ви робите сигнал потужніший, відбувається перевитрата енергії. І Шеннон запропонував ввести надмірність. Люди знають, що коли вони говорять або пишуть, то їх розуміють, незважаючи на невиразну дикцію або поганий почерк. Тому що в нашій мові вже закладені кошти виправлення помилок – некоректного написання, нечіткого вимови. Наша мова дуже надмірний. Шеннон показав, як можна ефективно вводити надмірність для мови з 0 і 1 для виправлення помилок. Надмірність – це коли ми в канал передаємо не тільки потрібну інформацію, але ще й приписуємо "хвостик", теж складається з бітів. Беручи всі ці біти разом, ми можемо виправити помилки. Але у кожного каналу зв'язку є пропускна здатність, свого роду поріг. Шеннон був першим, хто виявив порогові ефекти в дискретної математики.Мовою передачі інформації це означає: поки ви передаєте інформацію зі швидкістю менше пропускної здатності, ви можете зробити ймовірність підсумкової помилки прагне до нуля. Але як тільки ви досягли пропускної здатності, переступили трохи – все. Ви майже завжди будете помилятися. Така тонка грань: перевищили швидкість передачі інформації на соту частку відсотка, і все рухнуло.

– Як ці ідеї застосовують на практиці?

– В Інституті проблем передачі інформації (ІППІ) РАН можна побачити фотографії Місяця і Венери. Їх зробили в ІКД РАН за допомогою ІППІ РАН. Ми (тоді ще СРСР) послали ракету, вона облетіла, зробила знімок, але потім фотографії треба було передати на землю, враховуючи, що при передачі з космосу будуть помилки, а енергія у передавача невелика. Природно, що треба було фото стиснути і при цьому не втратити в якості. Зараз це вміє будь-яка цифрова "мильниця". Але тоді йшов 1975 й, і тим не менше вдалося отримати перші фотографії з іншої планети!

Перші чорно-білі зображення з поверхні іншої планети, отримані радянськими автоматичними міжпланетними станціями "Венера-9" і "Венера-10" в 1975 році

Наступне вражаюче застосування ідей Шеннона відбулося трохи пізніше, в 1982-му, коли компанії Sony і Phillips випустили перші компакт-диски (CD). На презентаціях хто ножиком, хто ножицями, а хто за допомогою джему (!) Псували диск, вставляли знову в програвачі, і люди не чули різниці в звучанні. Це була фантастика! Звичайно, як завжди у всіх фокусах, там була якась заготовка. Подряпини та інші дефекти чудово нейтралізувалися закладеним при записі кодом, який і виправляв помилки.

Третій великий успіх – цифрова фотографія. Сьогодні ми забули про плівки, про пункти прояви-отримання фотографій. Все це було б неможливо без оцифровки безперервних даних. В даному випадку – пікселі, їх все одно потрібно цифрувати. Але цього мало, їх також треба стиснути. А так як фотографії дуже надлишкові, то їх можна сильно стиснути і майже не втратити в якості, так що людське око не помічає відмінностей.

Після цифрової фотографії було те, що фотографію – в деякому сенсі – вбило: смартфони. Вони теж не могли б існувати без теорії інформації і, звичайно, без прогресу в мікроелектроніці.

– Смартфони пройшли багато перетворень, перш ніж стали смартфонами.

– Так. В середині 1990-х я жив в Штатах, і там вже були перші компанії, які займалися мобільною телефонією. Проте всі вважали, що майбутнє за супутниковим зв'язком. Виявилося навпаки: супутниковий зв'язок існує, але в якійсь ніші. Якщо ви пливете на яхті, і вам потрібна зв'язок, то буде потрібно супутник, оскільки в океані немає щогли GSM. Але тоді були проекти покрити супутниковим зв'язком всю земну кулю, щоб все людство могло говорити один з одним через супутник. Це можна зробити, але буде дорого і неефективно.

Перші мобільні телефони самі по собі важили кілограми півтора, коштували десяток тисяч доларів, та й щомісячний тарифний план – не одну сотню доларів. Думали: хто цим буде користуватися ?! А далі сталася звичайна річ – покращилися технічні характеристики, і число передплатників з тисяч перетворилося в десятки тисяч, а потім сотні тисяч, що призвело до зміни масштабу ціноутворення, а це, в свою чергу, до масового споживача. Ось тоді безліч компаній стали цим займатися, і сьогодні ми не уявляємо своє життя без мобільного телефону.

Ми всі пам'ятаємо фільм "Матриця" і телефон Nokia, З яким ходить герой.Цим телефоном можна користуватися і зараз, і він як і раніше буде працювати, що дивно. Але молодь з такими вже не піде. Маленький екран, не сенсорний, немає інтернету. Думка про те, що інтернет буде в телефоні, теж здавалася протиприродною – телефон він і є телефон.

– Розширення функціональності здається безмежним …

– Ви знаєте, немає. Є й тупики. Ось пейджер – типовий приклад тупика. Пейджери закінчилися, їх немає. Здавалося б, ніби все те ж саме – передає в цифровому вигляді інформацію. Але недолік функціональності, відсутність голосу швидко перетворили його в динозавра.

– Ви любите мріяти про майбутнє?

– Знаєте, у 2001 році я жив в Парижі. Це був рік нового століття. У мерії міста проводилась виставка картин 1900 року. Організатори хотіли показати, яким художники того часу бачили Париж через сто років. Було дуже мило. Наприклад, така картина: на балкончику стоїть прекрасна жінка в одязі 1900-х років, а до неї на біплані підлітає листоноша і подає їй конверт.

У той час думали, що в XXI столітті головною проблемою міста буде проблема вивезення гною. Вони порахували кількість конок, які знадобляться в майбутньому, і жахнулися: як це все прибирати? Де тепер ці конки, де гній?

– Як у Кіра Буличова герой з майбутнього ходив "відеофон на станцію" …

– Є різний клас фантастики. Якщо згадати Рея Бредбері, який абсолютно не був вченим, але був, очевидно, провісником, в його книзі "451 градус за Фаренгейтом" дружина головного героя ходить з "черепашками" і весь час слухає музику. Це ж плеєр! Вона сидить на транквілізаторах, по-сучасному кажучи, поява таких ліків легко було передбачити. Але через що у них виникає конфлікт в сім'ї? Виявляється, герой не купив дружині четверту "стіну". У неї є кімната, на трьох стінах якої вона дивиться мильну оперу, причому інтерактивну. Вона входить в цю кімнату і там живе. Це прекрасне потрапляння! Тому, якщо відштовхуватися від соціальних речей, можна легко передбачити і технічні речі. Бредбері не просто передбачив телевізор на всю стіну, він передбачив інтерактивне ТБ.

– Як далі розвиватимуться найулюбленіші наші технології? Може бути, смартфон виявиться вмонтований в людське око?

– Ні, треба виходити не з того, що можна зробити, а з того, чого суспільство захоче. Як не дивно, що відбулися величезні футуристичні досягнення не змінюють життя людини докорінно. Суттєвих змін зазнала лише швидкість передачі інформації, як, втім, і швидкість пересування самої людини.Але людині як і раніше потрібно житло – і це є основним в його житті, практично у всіх країнах світу.

– Так само, як і з їжею. Фахівці з харчування вважають, що при всіх новітніх технологіях, що дозволяють отримувати харчування з таблетки, з пластиру, з порошку, найпопулярнішою їжею все одно залишиться традиційна.

– Не можу погодитися. Якщо завтра з'явиться неорганічна їжа, яка буде консервувати людський організм, споживаючи яку, людина почне старіти в 10 разів повільніше, то люди плюнуть на їжу! Вони будуть їсти порошки-таблетки і раз в тиждень дозволяти собі буженинку. Смачне і шкідливе … Але я не вірю в появу таких таблеток.

– На що ж ми будемо орієнтовані через 100 років?

– Основні вкладення в сучасному розвиненому суспільстві це вже не космос, і навіть не оборона. Це здоров'я. Сита частина людства найбільше цікавиться здоров'ям. Люди в середньому живуть все довше, а робочих місць все менше. І тому бпроБільша частина людства в найближчому майбутньому виявиться без роботи. З роботою залишаться тільки незамінні – сантехніки і вчені. Все інше піде. Таксі без людини вже існує, і так буде скрізь.Насправді ми це вже бачимо, просто воно не стосується нас безпосередньо. Зайдіть на будь-який завод, який виробляє автомобілі. Люди там як придаток, майже все штампують і збирають автомати. Метро в Дубаї (ОАЕ) – це величезні дві гілки, з великою кількістю станцій. Там немає машиніста! І нічого – люди звикають. Увійти в літак без пілота ми, напевно, побоїмося, а в метро – вже немає.

– Чи може новий рівень прогресу наступити несподівано швидко?

– Думаю що ні. Тому що ми живемо в епоху "повільних стрибків". Наприклад, якщо в авіації порівняти Ту-154, який почав літати в кінці 1960-х і вже 20 років як не випускається, і, скажімо, Аеробус А-320, який "молодша" на 20 років і випускається до цих пір, то вони відрізняються, але не принципово, а швидкість у Ту-154 навіть більше. Також і автомобілі. Ретро-кари, яким по 50-70 років, теж їздять. І добре їздять. Але у них немає автоматичної коробки передач. Немає інших поліпшень, які привносять в людське життя комфорт. Взагалі, я думаю, людство все більше і більше буде прагнути до комфорту. Але принципово мало що змінюється. Науково-технічної революції я не чекаю – грунту для неї не бачу, а ось еволюція буде. Власне, як з мобільними телефонами.Їх поява не пов'язане з тим, що ми щось нове відкрили. Це продукт еволюції.

– Швидкої еволюції!

– Швидкої, так. Тому що тут величезні гроші. І чим більше грошей, чим більше ринок, тим швидше йде еволюція.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: