Самовоспроизводящиеся машины
В «Эревоне» процесс воспроизведения в обществе рисуется как вид симбиотического сотрудничества между человеком и машиной; машины используют людей как посредников для производства новых машин, когда старые изнашиваются. Роль человека напоминает здесь роль пчелы в опылении цветов. Недавно фон Нейман произвел теоретическое исследование задачи настоящего
самовоспроизведения машин и создал две различные математические модели таких машин.
Первая из этих моделей может быть охарактеризована следующим образом. Машины в модели сконструированы из небольшого числа (порядка двадцати) типов элементарных блоков. Эти блоки выполняют сравнительно простые функции, например функции стоек (для структурных целей); элементарных логических элементов, аналогичных упрощенным реле или нейронам (для вычисления); чувствительных элементов (для обнаружения наличия других элементов); соединяющих устройств, аналогичных паяльнику (для соединения элементов между собой) и т. д. Из этих блоков могут быть «сделаны» различные типы машин. В частности, можно сконструировать некоторую универсальную машину, аналогичную универсальной вычислительной машине Тьюринга. В универсальную конструирующую машину может быть подана последовательность команд, аналогичных программе для цифровой вычислительной машины, которые в виде соответствующего кода программируют конструирование любой другой машины, которая может быть создана из элементарных блоков. Универсальная конструирующая машина затем производит подбор необходимых элементов в своем окружении и конструирует машину в соответствии с информацией, содержащейся на ленте. Если команды, подаваемые в универсальную конструирующую машину, являются описанием самой универсальной конструирующей машины, то машина воспроизводит себе подобную машину и является самовоспроизводящей машиной, за исключением того, что получившаяся копия не содержит программы. Если добавить к универсальной машине лентокопирующее устройство и сравнительно простое управляющее устройство, получаем настоящую самовоспроизводящуюся машину. Теперь команды описывают исходную универсальную машину с добавлением устройства, копирующего ленту, и управляющего устройства. Первая операция этой машины будет заключаться в воспроизведении собственно машины. Управляющее устройство направляет затем ленту с командами в копирующее устройство и помещает полученную копию во вторую машину. Наконец, оно включает вторую машину, которая начинает читать команды с этой ленты и изготавливать третью копию, и так до бесконечности.
Совсем недавно фон Нейман перешел от этой механической модели к более абстрактной самовоспроизводящейся структуре, в основу которой были положены двумерные матрицы элементарных ячеек. Каждая ячейка имеет сравнительно простое внутреннее строение, фактически около 30 возможных внутренних состояний, и непосредственно сообщается лишь с четырьмя соседними с ней ячейками. Состояние ячейки в следующий такт зависит только от текущего состояния ячейки и состояний четырех соседних с нею
ячеек. Путем соответствующего выбора этих переходов состояний можно создать структуру, реализующую в некотором роде самовоспроизведение. Группа смежных ячеек может действовать как единый организм и воздействовать на соединение ячейки, преобразуя эту группу клеток в аналогичное себе устройство.
Эта вторая модель охватывает многие до некоторой степени посторонние проблемы, как-то: определение местонахождения, узнавание и размещение блоков, которые были рассмотрены в первой модели, и, следовательно, приводит к боле епростой математической формулировке. Кроме того, она имеет сходство с некоторыми химическими и биологическими проблемами, как-то: рост кристаллов и воспроизведение генов, тогда как первая модель ближе к проблемам самовоспроизведения животных.
В процессе рассмотрения этих двух моделей возникает интересное понятие критической сложности, необходимой для самовоспроизведения. При этом ясно, что воспроизводить себя могут лишь достаточно сложные машины.
Фон Нейман считает, что машина, обладающая этим свойством, должна иметь десятки тысяч элементов. Менее сложные машины могут конструировать лишь машины, более простые, чем они сами, тогда как более сложные машины способны обладать своего рода «эволюционными» улучшениями, ведущими к созданию «организмов», более сложных, чем их создатели.
