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22.03.1991 - 

Menschliche Intelligenz löst Probleme, an denen Rechner längst scheitern

Gehirn und Computertechnik - in jedem Fall ein Gegensatz?

Ob der Computer das menschliche Gehirn in seinen Funktionen simulieren kann, ist nicht nur Diskussionsgegenstand abendlicher Kamingespräche. Auch die Wissenschaft beschäftigte sich seit jeher mit der Frage, welches Entwicklungspotential in der digitalen Computertechnologie steckt; wie beispielsweise in der physikalischen Ebene Schnittpunkte mit dem menschlichen Bewußtsein hergestellt werden können.

Gedanken dieser Art pflegen meist schon am nächsten Morgen wieder dem tristen Alltag der Probleme mit knappem Speicherplatz, optimaler Terminal-Anbindung oder Software-Viren zu weichen - ihre Faszination jedoch bleibt. Zumal schon bei näherer Betrachtung einiger Aspekte dieses Komplexes deutlich wird: Wir haben es hier in der Tat mit faszinierenden Welten zu tun.

Zu erinnern wäre zunächst an den britischen Computerpionier Alan Turing, der, mit Verweis auf seine berühmte Turing-Maschine, schon lange vor dem weltweiten Triumphmarsch der Elektronenrechner zeigen konnte: jeder beliebige Allzweck-Rechner kann im Prinzip - und damit vor allem ohne Beachtung finanzieller, technischer oder auch zeitlicher Rahmenbedingungen - all das berechnen, was jede denkbare andere Rechenmaschine auch berechnen kann. Die Schlußfolgerung Turings hieß, das alle Computer im Prinzip gleichwertig sind; egal, wie unterschiedlich groß, leistungsfähig und spezialisiert sie im Einzelfall auch sein mögen.

Rechnerkapazitäten sind räumlich unbegrenzt

Aus Turings zunächst als selbstverständlich erscheinenden Feststellungen wäre nun weiter zu folgern, daß man sich auch einen Computer vorstellen könnte, der in seiner räumlichen Ausdehnung keinerlei Begrenzungen unterliegt. Dieser nähme dabei die Gestalt bekannter "Zellulärer Automaten" an, bei denen intelligente Rechenzellen gleicher Bauart netzartig dreidimensional miteinander verknüpft sind und intensiv miteinander kommunizieren.

Ein theoretischer Automat dieser Art ist, so argumentiert man seitens der Wissenschaft, wegen seiner Unendlichkeit in der Lage, jedes denkbare Objekt der Physik - vom Molekül bis zum Sonnensystem - in seinem Verhalten vollständig zu simulieren. Er ist damit vergleichbar dem Effekt, wenn bestimmte Simulationsprogramme gewisse Eigenheiten eines strömungsmechanischen Systems nachbilden und graphisch darstellen. Nach der von Turing nachgewiesenen Gleichwertigkeit aller Rechnersysteme würde das gleiche Pensum, das ein zellulärer Automat bewältigt, auch von jedem Computer herkömmlicher Bauweise bearbeitet werden können. Dies natürlich nur dann, wenn jener über unbegrenzte Speicher- und Rechenkapazität verfügt.

Herkömmliche Digitalrechner stehen allerdings in einem starken Gegensatz zu einer wichtigen Eigenschaft der Materie. Anders als wichtige physikalische Gesetze arbeiten sie nicht umkehrbar. Während man beispielsweise bei der Umkehrung des Zeitablaufs weiterhin erwarten kann, daß die Planeten sich - wenngleich nun in Gegenrichtung - um die Sonne bewegen, arbeiten logische Gatter herkömmlicher Art wie etwa das bekannte XOR (Exlusives Oder) in einer Art und Weise, daß man unter anderem dem Ausgangs-Signal Null hinterher nicht mehr ansehen kann, ob an den beiden Eingängen denn nun zwei Nuller oder aber vielleicht zwei Einser simultan angestanden haben. Dies würde letztlich bedeuten, daß eine zeitliche Umkehrung der logischen Verarbeitungsschritte bei Digitalrechnern herkömmlicher Art nicht möglich ist.

Dies muß allerdings nicht in jedem Fall so sein. Ed Friedkin vom Massachusetts Institute of Technolgy (MIT) konnte demonstrieren, daß auf Wunsch auch die Konzeption von Gatter möglich ist, bei denen nicht allein nur das logische Ausgangssignal nach außen geführt wird, sondern auch noch beide Eingangssignale erhalten bleiben. Sie würden also, um beim vorhergehenden Beispiel zu bleiben, über drei Ausgänge verfügen. Überdies konnte Friedkin darlegen, daß ein aus Gattern dieser speziellen Bauweise aufgebauter, innovativer Computer reversibel zu arbeiten und gleichzeitig sämtliche Berechnungen auszuführen versteht, die gewöhnliche Rechner ebenfalls bewältigen.

Digitale Rechner contra physikalischen Gesetzen

In diesem Zusammenhang ist nur am Rande bemerkenswert, daß Mit Rolf Landauer ein weiterer Wissenschaftler unter dem Gesichtspunkt des oben skizzierten Informationsverlustes bei herkömmlichen Rechnern folgenden Sachverhalt nachgewiesen haben will: jenes theoretische Minimum an Energie, daß es zur Ausführung einer Berechnung in jedem Falle und auf jedem denkbaren Computer mindestens aufzuwenden gelte, steht in direkter Relation zur Menge an Information, die bei eben dieser Berechnung verloren geht. Kenner der einschlägigen Theorien betonen nun mit Blick auf Friedkins neuartige, reversibel arbeitende Logik, es gebe wohl gar keine Mindest-Energie, die zur Ausführung einer Berechnung absolut und prinzipiell erforderlich wäre. Auch wenn die Sache sich dadurch fast ein wenig nach einer Computer-Version des Perpetuum Mobile anhören mag...

Rechnerleistung ist nicht gleich Kreativität

Die Vorstellung, ein Rechner mit unbegrenzter Speicher- und Rechenkapazität müßte eigentlich das gesamte Universum simulieren können, stößt aber vor allem dann auf immense Schwierigkeiten, wenn dabei auch noch die menschliche Kreativität mit hineinspielt. Dies würde automatisch implizieren, daß ein Computer auch das Bewußtsein und insbesondere die verschiedenen Denkprozesse des Menschen exakt nachbilden könne; letztlich also selbst zum menschlichen Individuum würde. Kann so etwas überhaupt vorstellbar sein?

An diesem Punkt der Überlegungen verdient ein spektakulärer Gedankengang des Oxford-Professors Roger Penrose Interesse, der um einen ganz bestimmten logischen Satz kreist. Dieser Satz S, so erläutert der Physiker, solle einfach nur aussagen, er selber - also der Satz S - sei nicht beweisbar. Stellt man nun die Frage "Ist S beweisbar?" und antwortet man darauf versuchshalber mit JA, stoßen wir sogleich auf einen logischen Widerspruch und müssen feststellen: die Antwort JA ist falsch. Woraus dann indirekt wiederum, mit Hilfe des Satzes vom ausgeschlossenen Dritten, gefolgert werden kann, S sei nicht beweisbar.

Kenner der Logik werden sofort anmerken, daß S ein typisches Beispiel für jene unbeweisbaren Ausagen ist, die erstmals von dem berühmten Logiker Kurt Gödel eingehend untersucht worden sind. S ist gleichzeitig aber auch eine Aussage, die, wie Turing einst in Weiterführung von Gödels Arbeiten gezeigt hat, nach ihrer Umsetzung in den Formalismus eines Computers zu jenen unerklärbaren Funktionen gehört, die nicht berechnet werden können.

Ein spezielles Beispiel jener Aufgaben, die nicht "berechenbar" sind, ist die Forderung, ein Computerprogramm zu erarbeiten, welches ein anderes Computerprogramm analysieren und feststellen kann: Hat das Programm ein Ende - oder stellt es eine endlose Schleife dar?

Turing konnte zeigen, daß es abgesehen von einigen trivialen Fällen prinzipiell unmöglich ist, die Frage "Endlosschleife oder nicht?" durch maschinelles Berechnen, also speziell auch mit Hilfe eines Rechenprogrammes beliebig großer Komplexität, zu beantworten.

Da der laut Gödel nicht beweisbare Aussagesatz S sich wie erwähnt einer Berechnung durch den Computer entzieht, bedeutet dies letzten Endes: kein Rechner, egal welcher Kapazität, kann, indem er von einem vorgegebenen Satz elementarer, mathematischer Axiome ausgeht, formell-korrekt "beweisen", S sei wahr.

Soweit in Ordnung. Andererseits wurde jedoch , demonstriert, daß Menschen im Gegensatz zum Computer auf ihrem anscheinend spezifisch menschlichen Weg über den konstruierten Widerspruch keinerlei Mühe haben, S als wahr zu erkennen.

Denn unser naiv-intuitivc tastender Versuch, S probehalber als falsch zu beweisen, führt ja eben auf besagten Widerspruch und damit, in einem simplen weiteren Denkschritt zur Erkenntnis: genau deshalb muß S wahr sein.

Quantenphysik: Verbindung zum Mensch?

Dieses zu einem Mosaik zusammengefügt besagt somit, daß Menschen Sachverhalte erkennen können und ihnen dadurch auf Umwegen die Beweisführung in Problemfällen gelingt, bei denen Computer prinzipiell ohne Ergebnis bleiben müssen. Woraus sich wiederum ableiten ließe, Computer seien eben doch beschränkter als die menschliche Intelligenz, wäre da nicht die Folge-Frage zu klären.

Wieso? Der Mensch verfügt, wie ja zumindest Penrose gar nicht weiter in Abrede stellt, mit seinem Gehirn über einen biochemischen Apparat, der strikt im Rahmen der bekannten - und von Computern doch voll simulierbaren Gesetze der Physik arbeitet?

Für Penrose liegt die Auflösung dieses scheinbaren Widerspruchs darin, daß es in der undurchschaubaren Welt der modernen Quantenphysik vielleicht eine ganze Reihe von Gesetzmäßigkeiten geben könnte, die wir bislang einfach noch nicht voll erkannt haben.

Trotz Quanten-Maschinen bleiben offene Fragen

In diesen Zusammenhang lassen sich auch neuere Forschungen an der Universität Oxford stellen. Dort hat David Deutsch untersucht, daß hochmoderne, experimentelle Rechner, deren Gatter direkt auf der Ebene elementarer Quantenphänomene arbeiten, bestimmte Aufgaben auf Wegen bearbeiten können, die konventionell-elektronischen Computern verschlossen bleiben. Ferner paßt hierzu auch die Entdeckung einer neuen Technik der quantenphysikalisch vermittelten Kommunikation, die zur Entwicklung abhörsicherer Rechner führen könnte. (Siehe CW Nr. 18 vom 4. Mai 1990).

Trotz allem ist die Vermutung, das menschliche Gehirn nutze bei seiner Tätigkeit quantenphysikalische Effekte und überwinde somit vielleicht je(...) Grenzen, die ihm die konventionellen Regeln der Chemie und der Physik aufzwingen, heute noch ausgesprochen spekulativ. Bislang jedenfalls konnte noch niemand an Beispielen konkret und unwiderlegbar aufzeigen ja, Quanten-Maschinen könne in der Tat dort mit Lösungen aufwerten, wo herkömmlich Rechner versagen...

Die Komplexität des menschlichen Bewußtseins

Als nicht völlig abwegig e(...) scheinen in diese Lage allerdings Vermutungen, die der Schlüssel zu den Unterschieden zwischen menschlichem Bewußtsein und menschlichen Denken einerseits sowie den Arbeitsprinzipien von Computern andererseits im Phänomen der Komplexität vermuten. Diese Phänomene unter dem Stichwort Chaosforschung können dank innovativer mathematischer Ansätze sowie moderner, leistungsstarker Rechner heute viel leichter studiert werden als je zuvor. Sollten diese Studien am Ende tatsächlich ergeben, daß das komplexe Universum im Grunde selber eine bestimmte Computer-Spezies sei, dann würde auch diese Aussage am Ende bloß wieder neue Verwirrung stiften.

Dann hätten wir, so erinne(...) Deutsch aus Oxford, das Universum letztlich als die Hardware und die Gesetze der Physik als dessen zugehörige Software aufzufassen. Es wäre für uns allerdings unmöglich, fundierten Aussagen über die Hardware dieses Systems zu machen.

Da Rechner ja, wie Turing nachweisen konnte, universelle Maschinen sind, würde deren konkrete, physische Gestalt faktisch keinerlei Rolle mehr spielen; allein ihr Programm würde zählen.

Da wir Menschen als physikalisch-chemisch-biologische Wesen letztlich Produkte dieses Programms, der physikalischen Gesetze sind, würde uns zwangsläufig auf ewig verborgen bleiben, welche konkrete Hardware denn eigentlich jene Maschine darstellt, auf der dieses Programm läuft. Rückschlüsse vom Programm auf die Hardware wären laut Turing effektiv nicht möglich. Dies bedeutet im nächsten Schritt: nicht nur die Art der Hardware, die dem Ganzen letztlich zugrundeliegen würde, muß uns verborgen bleiben, sondern ebenso die Quelle, aus der die Gesetze der Physik stammen. Denn wie wollten wir je erkennen, "wer" die Programme für die Hardware-Maschine Universum - die wir ja schon als solche nicht voll begreifen können - eigentlich geschrieben hat?

Schwere, weitreichende und sicher noch lange nicht zu Ende diskutierte Fragen. So ist es manchmal vielleicht doch wieder ganz tröstlich, daß unser Alltag nur aus Dingen wie der Kopplung von NFS über TCP/IP an Unix unter VM via Twisted-Pair-Ethernet mit Token Ring besteht.