التفكير بالمحاكاة وأصل الحياة

غالبًا ما نجد صعوبة في إدراك الظواهر التي تتراكم نتائجها عبر التفاعل بشكل صحيح.

هناك مسألة رياضية شائعة: يطلب حفيد من جده مصروفًا يوميًا، يبدأ بيين واحد ويتضاعف المبلغ كل يوم لمدة شهر.

إذا وافق الجد بإهمال، فإن المصروف سيصل إلى مليار ين بعد شهر.

ينشأ هذا الخطأ من الميل إلى افتراض أنه إذا لم يؤدِ مضاعفة الين الواحد عدة مرات إلى مبلغ كبير، فإن المضاعفات اللاحقة ستتبع نمطًا مشابهًا.

ومع ذلك، إذا تتبع المرء بعناية نتائج هذا التراكم والتفاعل خطوة بخطوة، فسيتضح أن المبلغ سيكون هائلاً، حتى بدون معرفة رياضية متقدمة أو حدس.

لذلك، هذه ليست مشكلة معرفة أو قدرة، بل مشكلة طريقة تفكير.

أود أن أُطلق على طريقة التفكير هذه — التي تتضمن تتبع التراكم والتفاعل تدريجيًا لفهم النتائج منطقيًا — "التفكير بالمحاكاة".

الخطوة الأولى في نشأة الحياة

بالمثل، نجد صعوبة في فهم نشأة الحياة.

تطرح نشأة الحياة سؤالاً حول كيفية ظهور الخلايا المعقدة على الأرض القديمة، التي كانت تحتوي في البداية على مواد كيميائية بسيطة فقط.

عند النظر في هذه المشكلة، تعتمد التفسيرات أحيانًا على معجزة عابرة وعرضية.

ومع ذلك، من منظور التراكم والتفاعل، يمكن فهمها كظاهرة أكثر واقعية.

على الأرض، يدور الماء والهواء بشكل متكرر في أماكن مختلفة. من خلال هذا الدوران، تنتقل المواد الكيميائية محليًا ثم تنتشر عبر الكوكب بأكمله.

تتسبب هذه التكرارات المتنوعة في تفاعل المواد الكيميائية مع بعضها البعض.

ونتيجة لذلك، يجب أن تنتقل الأرض من حالة أولية تحتوي على مواد كيميائية بسيطة فقط إلى حالة تتضمن مواد كيميائية أكثر تعقيدًا قليلاً. وبالطبع، ستظل العديد من المواد الكيميائية البسيطة موجودة.

ولأن المواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا قليلاً هي تركيبات من مواد بسيطة، فبينما قد يكون عددها الإجمالي أصغر، إلا أن تنوعها سيكون أكبر من تنوع المواد الكيميائية البسيطة.

لا يحدث هذا الانتقال الحالى فقط في مناطق صغيرة ومحلية من الأرض؛ بل يحدث بالتزامن عبر الكوكب بأكمله.

علاوة على ذلك، وبسبب الدورة العالمية للمياه والغلاف الجوي للأرض، تنتشر الأحداث التي تحدث في الأماكن المغلقة إلى الخارج، مما يتسبب في اختلاط المواد الكيميائية عبر الأرض بأكملها. وينتج عن ذلك وجود أرض تحتوي على مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا قليلاً مما كانت عليه في حالتها الأولية.

أهمية الخطوة الأولى

لا يوجد دليل مباشر على الانتقال من الحالة الأولية إلى هذه الحالة الراهنة؛ إنها فرضية. ومع ذلك، سيكون من الصعب على أي شخص إنكارها. في الواقع، لإنكارها، سيحتاج المرء إلى شرح سبب عدم عمل هذه الآلية العالمية، التي يمكن ملاحظتها حتى اليوم.

هذه الآلية، فيما يتعلق بالمواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا بقليل، تمتلك بالفعل صيانة ذاتية وتكاثرًا واستقلابًا. ومع ذلك، فإن هذه ليست الصيانة الذاتية والتكاثر والاستقلاب المعقدة للغاية الموجودة في الكائنات الحية.

يمكن تدمير وتوليد جميع المواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا بقليل. ومع ذلك، على نطاق كوكبي، يحتفظ كل نوع من هذه المواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا بقليل بكمية ثابتة معينة.

إن حقيقة الحفاظ على كمية ثابتة وسط هذا التوليد والتدمير المتكرر يوضح طبيعة الصيانة الذاتية من خلال التمثيل الغذائي.

علاوة على ذلك، لا توجد هذه المواد الكيميائية الأكثر تعقيدًا بقليل كوحدات فردية فقط؛ على الرغم من أن نسبتها قد تكون صغيرة، إلا أن عددها المطلق هائل.

حتى لو لم يكن هذا تكرارًا ذاتيًا، فهو نشاط إنتاجي يولد مواد كيميائية متطابقة. وبينما يختلف هذا قليلاً عن مصطلح "التكاثر"، فإنه يعطي تأثيرًا مشابهًا.

بمعنى آخر، إن الظاهرة التي لا يمكن إنكارها لانتقال الأرض من احتواء مواد كيميائية بسيطة فقط إلى تضمين مواد كيميائية أكثر تعقيدًا بقليل هي الخطوة الأولى وجوهر نشأة الحياة معًا.

نحو الخطوة التالية

بالطبع، هذه الحالة، التي تتضمن مواد كيميائية أكثر تعقيدًا بقليل، ليست الحياة نفسها.

كما أنه ليس من المعقول اعتبارها نشاطًا حيويًا على نطاق كوكبي. إنها مجرد حالة تتواجد فيها مواد كيميائية أكثر تعقيدًا بقليل نتيجة للتفاعلات الكيميائية المتكررة.

علاوة على ذلك، يمكن أن تحدث هذه الظاهرة بالتأكيد على كواكب أخرى غير الأرض. حقيقة أن الحياة لم تظهر على كواكب أخرى ولكنها ظهرت على الأرض تشير إلى أن شيئًا مختلفًا حدث على الأرض مقارنة بالكواكب الأخرى.

تحديد ماهية هذا "الشيء" هو المرحلة التالية.

ومع ذلك، بعد فهم هذه الخطوة الأولية، يجب ألا نكون قادرين على التفكير في الخطوة التالية في نشأة الحياة بطريقة محلية. يجب أن تُعتبر الخطوة التالية، مثل الأولى، ظاهرة عالمية للأرض.

والخطوة التالية هي انتقال الأرض إلى حالة تحتوي على مواد كيميائية أكثر تعقيدًا قليلاً.

مع تكرار هذه الخطوة، تصبح المواد الكيميائية أكثر تعقيدًا تدريجيًا وتراكميًا.

وبالتزامن، تصبح آليات الصيانة الذاتية والتكاثر والتمثيل الغذائي أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي.

تأثير البوليمرات وتضاريس الأرض

يلعب وجود البوليمرات دورًا مهمًا هنا. البروتينات والأحماض النووية هي بوليمرات. يمكن للبوليمرات أن تُنشئ بشكل تراكمي بوليمرات معقدة ومتنوعة من بضعة أنواع فقط من المونومرات. يعزز وجود المونومرات القادرة على تكوين البوليمرات الطبيعة التطورية لهذه الآلية.

تعمل البحيرات والبرك العديدة على الأرض كمواقع تجارب علمية معزولة. لا بد أن كان هناك الملايين من هذه المواقع في جميع أنحاء العالم. يوفر كل منها بيئة مختلفة بينما يسمح بتبادل المواد الكيميائية من خلال الدورة العالمية للمياه والغلاف الجوي.

قوة التفكير بالمحاكاة

بمجرد تصور نشأة الحياة بهذه الطريقة، يصبح من المستحيل القيام بأكثر من انتقادها بالقول "لا يوجد دليل". بدلاً من ذلك، سيتعين على المرء البحث عن آلية تدحض هذه الآلية. ومع ذلك، لا أستطيع تصور مثل هذه الآلية.

بمعنى آخر، مثل الجد في مثال المصروف، نحن ببساطة لم نفهم نشأة الحياة. باستخدام التفكير بالمحاكاة، مع الأخذ في الاعتبار التراكم والتفاعل من الحقائق التي نعرفها بالفعل، تمامًا كما يمكن للمرء أن يفهم كيف يصبح المصروف هائلاً بعد 30 يومًا، يمكن للمرء أيضًا أن يفهم كيف يمكن أن تكون الحياة قد نشأت على الأرض.

فرضية سحابة الغبار

تُعيق الأشعة فوق البنفسجية القوية على سطح الأرض تبادل المواد الكيميائية. ومع ذلك، لا بد أن الأرض القديمة، مع نشاطها البركاني المتكرر واصطدامات النيازك، كانت مغطاة بسحابة من الرماد البركاني والغبار، مما كان سيحميها من الأشعة فوق البنفسجية.

بالإضافة إلى ذلك، كان الغلاف الجوي يحتوي على الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين — وهي ذرات تعد مواد خام أساسية للمونومرات المهمة للحياة — وكان الغبار يحتوي على ذرات نادرة أخرى. كما عمل سطح الغبار كعامل محفز للتخليق الكيميائي للمونومرات.

علاوة على ذلك، كان الاحتكاك الناتج عن الغبار سيولد طاقة مثل الحرارة والبرق، بينما كانت الشمس تزود باستمرار بالطاقة في شكل ضوء فوق بنفسجي وحرارة.

لقد كانت سحابة الغبار هذه هي المصنع النهائي للمونومرات، تعمل 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة، مستخدمة الأرض بأكملها وجميع الطاقة الشمسية المتدفقة عليها.

تفاعل الآليات

تذكروا الخطوة الأولى: الانتقال إلى أرض تحتوي على مواد كيميائية أكثر تعقيدًا بقليل.

على كوكب يعمل فيه هذا الآلية، يوجد مصنع مونومرات نهائي، ويتحقق مبدأ تراكم التعقيد في البوليمرات، وتوجد ملايين المختبرات العلمية المترابطة.

حتى لو لم يفسر هذا نشأة الحياة بشكل كامل، فلا شك أنه يشكل آلية لتوليد المواد الكيميائية المعقدة التي تتطلبها الكائنات الحية.

وتذكروا الحجة القائلة بأن الخطوة الأولية تحتوي بالفعل على جوهر الحياة.

لذلك، يجب أن تجسد الأرض الناتجة عن امتداد هذه الخطوة، والتي تحتوي على مواد كيميائية معقدة للغاية، جوهر الحياة على مستوى أكثر تقدمًا.

يمكننا أن نرى كيف يؤدي هذا إلى أرض تتواجد فيها مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية عالية التعقيد والظواهر المعقدة الضرورية للحياة.

اللمسات الأخيرة

يمكننا الآن النظر في نشأة الحياة بناءً على افتراض أن الأرض قد وصلت إلى حالة شديدة الميزة، وهو افتراض لا يُفترض عادةً في المناقشات القائمة.

ماذا نحتاج أيضًا لظهور الكائنات الحية؟

إنه إنشاء وتكامل الآليات الوظيفية التي تتطلبها الكائنات الحية.

لا يبدو أن هذا يتطلب أي ترتيبات خاصة بشكل ملحوظ ويبدو قابلاً للتفسير كاستمرار طبيعي للمناقشة حتى الآن.

منهجية التفكير بالمحاكاة

يختلف التفكير بالمحاكاة عن المحاكاة نفسها.

على سبيل المثال، لن يكون من السهل محاولة محاكاة آلية نشأة الحياة كما وُصفت هنا على جهاز كمبيوتر.

وذلك لأن شرحي يفتقر إلى التعبيرات الرسمية الدقيقة اللازمة للمحاكاة.

ومع ذلك، هذا لا يعني أن تفكيري غير دقيق.

على الرغم من أن طريقة التعبير هي نص لفظي، إلا أنها تستند إلى بنية منطقية متينة، وحقائق علمية معروفة، وتفكير موضوعي متجذر في تجربتنا.

لذلك، من الممكن تمامًا فهم الاتجاهات العامة والتغيرات في الخصائص. إذا كانت هناك أخطاء، فهي ليست بسبب نقص الشكلية، بل بسبب إغفال الظروف الأساسية أو تأثيرات التفاعلات المحددة.

وهكذا، فإن التفكير بالمحاكاة ممكن باستخدام اللغة الطبيعية، حتى بدون تحديد تعبيرات رسمية.

أعتقد أنه حتى بدون تعبيرات رسمية، يمكن التعبير عن المفاهيم الرياضية بدقة باستخدام اللغة الطبيعية.

أنا أسمي هذا الرياضيات الطبيعية.

مع الرياضيات الطبيعية، يتم التخلص من الجهد والوقت اللازمين للشكلية، مما يسمح لعدد أكبر من الناس بفهم واستيعاب مجموعة أوسع من المفاهيم رياضيًا أكثر مما هو ممكن مع الرياضيات الحالية.

والتفكير بالمحاكاة هو بالتحديد طريقة تفكير تستخدم المحاكاة القائمة على اللغة الطبيعية.

تطوير البرمجيات

يُعد التفكير بالمحاكاة مهارة لا غنى عنها لمطوري البرمجيات.

فالبرنامج هو تكرار لعمليات حسابية تستخدم البيانات في مساحة الذاكرة وتضع النتائج في نفس البيانات أو بيانات مختلفة في مساحة الذاكرة.

بمعنى آخر، البرنامج هو تفاعل تراكمي بحد ذاته.

علاوة على ذلك، فإن ما يهدف المرء إلى تحقيقه من خلال تطوير البرمجيات عادة ما يتم فهمه من خلال الوثائق والمقابلات مع الشخص الذي يكلف بالتطوير.

وبما أن الهدف النهائي هو تحقيق ذلك في برنامج، يجب أن يكون محتواه في النهاية هو التفاعل التراكمي للبيانات.

ومع ذلك، فإن الشخص الذي يكلف بتطوير البرمجيات ليس خبيرًا في البرمجة. لذلك، لا يمكنه وصف ما يرغب في تحقيقه بدقة باستخدام تعبيرات رسمية.

وبناءً على ذلك، فإن ما يتم الحصول عليه من الوثائق والمقابلات هو نصوص باللغة الطبيعية، ومخططات وجداول تكميلية. وعملية تحويل هذه النصوص إلى تعبيرات رسمية دقيقة هي ما يتضمنه تطوير البرمجيات.

خلال عملية تطوير البرمجيات، توجد مهام مثل تحليل المتطلبات وتنظيم المتطلبات، وتحديد المواصفات، حيث يتم تنظيم محتوى التطوير بناءً على وثائق العميل.

بالإضافة إلى ذلك، بناءً على نتائج تحديد المواصفات، يتم تنفيذ التصميم الأساسي.

يتم التعبير عن نتائج هذه المهام حتى هذه النقطة بشكل أساسي باستخدام اللغة الطبيعية. ومع تقدم العمل، يصبح المحتوى أكثر دقة منطقيًا، مما يسهل إنشاء البرنامج النهائي.

وفي مرحلة التصميم الأساسي، الذي يركز على اللغة الطبيعية، يجب أن يكون قادرًا على العمل على جهاز كمبيوتر وتحقيق ما يرغب به العميل.

هنا بالتحديد تبرز الحاجة إلى التفكير بالمحاكاة، باستخدام الرياضيات الطبيعية. علاوة على ذلك، فإن التفكير بالمحاكاة المزدوج ضروري هنا.

أحدهما هو التفكير بالمحاكاة للتأكد مما إذا كان يمكن تحقيق العملية المتوقعة كتفاعل بين مساحة ذاكرة الكمبيوتر والبرنامج.

والآخر هو التفكير بالمحاكاة للتأكد مما إذا كان ما يرغب العميل في تحقيقه قد تحقق بالفعل.

يتطلب الأول القدرة على فهم العمليات الداخلية للكمبيوتر من خلال التفكير بالمحاكاة. ويتطلب الأخير القدرة على فهم المهام التي سيؤديها العميل باستخدام البرنامج من خلال التفكير بالمحاكاة.

بهذه الطريقة، يمتلك مطورو البرمجيات القدرة على التفكير بالمحاكاة المزدوجة — التفكير بالمحاكاة المبدئي والتفكير بالمحاكاة الدلالي — كمهارة تجريبية.

الخلاصة

يشارك العديد من العلماء والأفراد ذوي الفضول الفكري في دراسة نشأة الحياة. ومع ذلك، فإن تناول نشأة الحياة بالطريقة الموصوفة هنا ليس شائعًا.

يشير هذا إلى أن التفكير بالمحاكاة هو أسلوب تفكير يميل الكثير من الناس إلى الافتقار إليه، بغض النظر عن معرفتهم أو قدراتهم.

من ناحية أخرى، يستفيد مطورو البرمجيات من التفكير بالمحاكاة لترجمة المفاهيم المختلفة إلى أنظمة.

وبالطبع، لا يقتصر التفكير بالمحاكاة على مطوري البرمجيات، ولكن تطوير البرمجيات يتطلب هذه القدرة بشكل خاص وهو الأنسب لصقلها.

باستخدام التفكير بالمحاكاة، لا يمكن للمرء فقط بناء وفهم الصورة الكلية للألغاز العلمية المعقدة والمتقدمة مثل نشأة الحياة، بل أيضًا الموضوعات المعقدة مثل الهياكل التنظيمية والاجتماعية.

لذلك، أعتقد أنه في مجتمع المستقبل، سيلعب الأفراد ذوو مهارات التفكير بالمحاكاة، تمامًا مثل مطوري البرمجيات، أدوارًا نشطة في مجالات مختلفة.