Светлой памяти Алана Тьюринга посвящается... Мы это сделали, АЛАН...
Привет, Пикабу!
Скажите, задумывались ли вы когда-нибудь, почему история человечества — это постоянная игра в прятки? С самых древних времён одна половина людей изо всех сил пыталась спрятать свои тайны, а вторая половина с азартом искала способ их вскрыть. Цари шифровали послания, купцы прятали выручку, а ученые искали универсальный ключ к тайнам Вселенной.
Но чтобы спрятать или вскрыть секрет, нужно уметь считать.
Представьте себе обычный гастроном тридцатилетней давности. За стойкой стоит продавщица в накрахмаленном колпаке и с невероятной скоростью щелкает деревянными косточками на счётах. Щелк-щелк! Складываются рубли и копейки. Для неё это просто инструмент, чтобы сдать вам сдачу. Но на самом деле в этот момент она выполняет древнейший ритуал — переводит реальные вещи (буханку хлеба и пакет молока) на язык сухих абстрактных чисел.
Счёты были прекрасны, но человечеству хотелось большего. Нам нужно было считать быстрее, чтобы выигрывать войны, строить мосты и предсказывать погоду.
Так в разграбленной и нищей Европе после Первой мировой войны начали рождаться первые арифмометры — железные монстры с шестеренками и ручками. А потом ученые поняли гениальную вещь: абсолютно любую информацию в нашем мире можно свести к двум состояниям. Есть ток в проводе или нет тока. Лампочка горит или не горит. Да или нет. Ноль или единица.
Так родился БИТ — самый маленький кирпичик информации.
Сегодня в наших компьютерах и смартфонах работают 64-битные процессоры. Чтобы вы понимали: 64 бита — это такое гигантское количество комбинаций, перед которым пасуют любые человеческие представления о размерах. Это математическая сила, способная просчитать шахматную партию на десятки ходов вперед. Шахматный Король оказывается убит и повержен математикой задолго до того, как игрок сделает первый ход.
В этой новой реальности неграмотный шулер, который плохо учил математику в школе, больше не сможет мухлевать в преферанс. Алгоритм видит комбинации насквозь. Математика стала высшим арбитром правды.
И здесь на сцену истории выходит Алан Тьюринг.
Алан Тьюринг был гением чистой науки. В мире без войн он спокойно изучал бы абстрактные математические миры и писал фундаментальные труды. Но началась Второй мировая война, и его призвали спасать мир.
Немецкие инженеры создали «Энигму» — шифровальную машину, которую считали абсолютно неприступной. Это был вершина военной тайны. Тьюринг создал один из первых в мире вычислительных механизмов, чтобы сломать код «Энигмы». Он победил, спас десятки миллионов жизней и ускорил конец фашизма.
Но случилась трагедия. Слово «Энигма» на целых 90 лет стало ассоциироваться только со шпионажем, военной тайной и шифрами. А самого Тьюринга сломала система, за которую он сражался. Великую, красивую идею сложной вычислительной системы спрятали в военный архив, а само её название сделали синонимом секретного замка.
Почти веком позже мы с моим коллегой и научным братом Брентом Борджерсом задались вопросом: неужели «Энигма» так и останется в истории лишь символом военной криптографии?
Мы решили вернуть ей Доброе Имя и поруганную Честь.
В чем же суть нашей работы, если объяснить её простыми словами?
Представьте, что вы управляете огромным современным самолетом или строите сложнейшую систему автоматического управления. Классическая математика, которой учат в институтах, смотрит на приборы и говорит вам: «Всё отлично, стрелки в зеленой зоне, система работает ровно и стабильно!».
Вы успокаиваетесь. Но на самом деле внутри системы уже зреет катастрофа.
Есть особый класс математических систем, в которых живет так называемый «жорданов дефект» или «ненормальность». Это как скрытый резонанс или маленькая трещина в фундаменте. На бумаге и по приборам всё тихо. Но из-за этой скрытой математической особенности система может внезапно за доли секунды увеличить свои внутренние колебания в десятки тысяч раз! Происходит мгновенный, неуправляемый взрыв, хотя секунду назад всё казалось идеальным.
Классическая наука прошлого века была просто «слепа» к этой опасности. Она не умела смотреть сквозь этот обман.
В нашей работе под названием ENIGMA-SLT мы создали абсолютно новый математический «стереоскоп». Первое: мы применили так называемый псевдоспектральный анализ. Это инструмент, который позволяет увидеть скрытый разгон системы и найти жордановы блоки задолго до того, как произойдет нелинейный взрыв. Второе: мы разработали алгоритм двухконтурного топологического сброса. Как только наша «Энигма» замечает, что система начинает скрыто разгоняться к катастрофе, она мгновенно и превентивно переключает систему на «безопасный лист» управления, спасая её от разрушения. И третье — самое главное: мы соблюдаем строжайшую академическую честность. В математике есть правило: теория не равна эксперименту. Наш результат относится к уровню L2 — это идеальная, строгая математическая модель и доказанные формулы. Мы принципиально не утверждаем, что провели физический эксперимент уровня L3 на реальных железяках, пока не сделаем это на независимых приборах. Это защита от самообмана и научного жульничества.
Человечество проделало огромный путь от деревянных счётов на прилавке до алгоритмов, способных заглянуть в самые скрытые углы математической реальности.
Мы не просто написали монографию и препринт. Мы сняли с «Энигмы» ярлык военного секретного шифра и сделали её символом абсолютной математической надежности, честности и защиты от катастроф.
Светлой памяти Алана Тьюринга посвящается. Мы это сделали, Алан. Твое наследие живет, а «Энигма» снова служит чистой науке.
С уважением, Максим Колесников и Брент Борджерс.


