ما غالباً در درک صحیح پدیده‌هایی که نتایج از طریق تعامل در آنها انباشته می‌شود، با مشکل مواجه هستیم.
یک مسئله ریاضی رایج وجود دارد: نوه‌ای از پدربزرگش می‌خواهد که یک ماه تمام، هر روز دو برابر روز قبل، کمک خرجی به او بدهد و از یک ین شروع کند.
اگر پدربزرگ با بی‌دقتی موافقت کند، کمک خرجی پس از یک ماه به یک میلیارد ین می‌رسد.
این خطا از این گرایش ناشی می‌شود که فرض کنیم اگر دو برابر کردن یک ین برای چند بار منجر به مبلغ قابل توجهی نشود، پس دو برابر شدن‌های بعدی نیز الگوی مشابهی را دنبال خواهند کرد.
با این حال، اگر نتایج این تجمع و تعامل را گام به گام با دقت پیگیری کنیم، مشخص می‌شود که این مقدار حتی بدون دانش یا شهود ریاضی پیشرفته، بسیار زیاد خواهد بود.
بنابراین، این یک مشکل دانش یا توانایی نیست، بلکه یک مشکل روش تفکر است.
من مایلم این روش تفکر را — که شامل ردیابی تدریجی تجمع و تعامل برای درک منطقی نتایج است — «تفکر شبیه‌سازی» بنامم.
اولین گام در منشأ حیات
به همین ترتیب، ما در درک منشأ حیات با مشکل مواجهیم.
منشأ حیات این پرسش را مطرح می‌کند که چگونه سلول‌های پیچیده در زمین باستان، که در ابتدا تنها حاوی مواد شیمیایی ساده بود، پدید آمدند.
هنگام بررسی این مسئله، گاهی اوقات توضیحات بر یک معجزه زودگذر و تصادفی تکیه می‌کنند.
اما از منظر تجمع و تعامل، می‌توان آن را پدیده‌ای واقع‌بینانه‌تر درک کرد.
بر روی زمین، آب و هوا به طور مکرر در مکان‌های مختلف گردش می‌کنند. از طریق این گردش، مواد شیمیایی به صورت محلی جابجا شده و سپس در سراسر سیاره پخش می‌شوند.
این تکرارهای مختلف باعث واکنش مواد شیمیایی با یکدیگر می‌شود.
در نتیجه، زمین باید از حالت اولیه که تنها مواد شیمیایی ساده داشت، به حالتی گذار کند که شامل مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر نیز باشد. البته، بسیاری از مواد شیمیایی ساده همچنان حضور خواهند داشت.
و از آنجا که مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر ترکیبی از مواد ساده هستند، در حالی که تعداد کل آنها ممکن است کمتر باشد، اما تنوع آنها بیشتر از مواد شیمیایی ساده خواهد بود.
این گذار حالتی تنها در مناطق کوچک و محلی زمین رخ نمی‌نمی‌دهد؛ بلکه به طور همزمان در سراسر سیاره اتفاق می‌افتد.
علاوه بر این، به دلیل گردش جهانی آب و اتمسفر زمین، رویدادهایی که در فضاهای محدود رخ می‌دهند، به بیرون پخش می‌شوند و باعث درهم آمیختن مواد شیمیایی در سراسر زمین می‌شوند. این امر منجر به زمینی می‌شود که حاوی طیف متنوعی از مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر نسبت به حالت اولیه خود است.
اهمیت گام اول
هیچ شواهد مستقیمی برای گذار از حالت اولیه به این حالت فعلی وجود ندارد؛ این یک فرضیه است. با این حال، انکار آن برای کسی دشوار خواهد بود. در واقع، برای انکار آن، باید توضیح داد که چرا این سازوکار جهانی، که حتی امروز نیز قابل مشاهده است، کار نمی‌کرده است.
این سازوکار، در مورد مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر، از قبل دارای خودنگهداری، تکثیر و متابولیسم است. اما این خودنگهداری، تکثیر و متابولیسم بسیار پیچیده‌ای نیست که در موجودات زنده یافت می‌شود.
تمام مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر می‌توانند هم تخریب شوند و هم تولید گردند. با این حال، در مقیاس سیاره‌ای، هر نوع از این مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر مقدار ثابتی را حفظ می‌کند.
همین واقعیت که یک مقدار ثابت در میان این تولید و تخریب مکرر حفظ می‌شود، ماهیت خودنگهداری از طریق متابولیسم را نشان می‌دهد.
علاوه بر این، این مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر فقط به صورت واحدهای منفرد وجود ندارند؛ اگرچه نسبت آنها ممکن است کم باشد، اما تعداد مطلق آنها بسیار زیاد است.
حتی اگر این خودتکثیری نباشد، یک فعالیت تولیدی است که مواد شیمیایی یکسان را تولید می‌کند. در حالی که این با اصطلاح "تکثیر" کمی متفاوت است، اما اثری مشابه ایجاد می‌کند.
به عبارت دیگر، پدیده غیرقابل انکار گذار زمین از حالتی که فقط حاوی مواد شیمیایی ساده بود به حالتی که شامل مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر است، هم اولین گام و هم جوهر منشأ حیات است.
به سوی گام بعدی
البته، این حالت، که شامل مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر است، خود حیات نیست.
و همچنین منطقی نیست که آن را به عنوان فعالیت حیات در مقیاس سیاره‌ای در نظر بگیریم. این صرفاً حالتی است که در آن، به دلیل واکنش‌های شیمیایی مکرر، مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر وجود دارند.
علاوه بر این، این پدیده قطعاً می‌تواند در سیاراتی غیر از زمین نیز رخ دهد. این واقعیت که حیات در سیارات دیگر پدید نیامد اما در زمین پدید آمد، نشان می‌دهد که در زمین در مقایسه با سیارات دیگر، اتفاق متفاوتی افتاده است.
در نظر گرفتن اینکه آن "چیزی" ممکن است چه باشد، مرحله بعدی است.
با این حال، پس از درک این گام اولیه، دیگر نباید بتوانیم گام بعدی در منشأ حیات را به صورت محلی در نظر بگیریم. گام بعدی، مانند گام اول، نیز باید به عنوان یک پدیده جهانی زمین در نظر گرفته شود.
و گام بعدی، گذار زمین به حالتی است که حاوی مواد شیمیایی حتی کمی پیچیده‌تر باشد.
با تکرار این گام، مواد شیمیایی به تدریج و به صورت تجمعی پیچیده‌تر می‌شوند.
همزمان، مکانیسم‌های خودنگهداری، تکثیر و متابولیسم نیز به تدریج پیچیده‌تر می‌شوند.
تأثیر پلیمرها و توپوگرافی زمین
حضور پلیمرها در اینجا نقش مهمی ایفا می‌کند. پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک پلیمر هستند. پلیمرها می‌توانند به صورت تجمعی از تنها چند نوع مونومر، پلیمرهای پیچیده و متنوعی را ایجاد کنند. وجود مونومرهایی که قادر به تشکیل پلیمر هستند، ماهیت تکاملی این مکانیسم را تقویت می‌کند.
دریاچه‌ها و حوضچه‌های متعدد روی زمین به عنوان سایت‌های آزمایشی علمی مجزا عمل می‌کنند. میلیون‌ها مورد از این مکان‌ها باید در سراسر کره زمین وجود داشته باشند. هر یک محیط متفاوتی را فراهم می‌کرد، در حالی که امکان تبادل مواد شیمیایی را از طریق گردش جهانی آب و اتمسفر فراهم می‌آورد.
قدرت تفکر شبیه‌سازی
هنگامی که منشأ حیات به این صورت تصور شود، دیگر نمی‌توان کاری جز انتقاد از آن با گفتن «هیچ شواهدی وجود ندارد» انجام داد. در عوض، باید به دنبال مکانیزمی بود که این مکانیزم را رد کند. با این حال، من نمی‌توانم چنین مکانیزمی را تصور کنم.
به عبارت دیگر، مانند پدربزرگ در مثال کمک‌خرجی، ما به سادگی منشأ حیات را درک نکرده‌ایم. با استفاده از تفکر شبیه‌سازی، با در نظر گرفتن تجمع و تعامل از حقایقی که از قبل می‌دانیم، همانطور که می‌توان فهمید چگونه کمک‌خرجی پس از ۳۰ روز به مبلغ عظیمی تبدیل می‌شود، می‌توان فهمید که چگونه حیات می‌توانسته در زمین آغاز شده باشد.
فرضیه ابر گرد و غبار
تابش شدید فرابنفش در سطح زمین مانع از تبادل مواد شیمیایی می‌شود. با این حال، زمین باستان، با فعالیت‌های آتشفشانی مکرر و برخوردهای شهاب‌سنگی، باید توسط ابری از خاکستر آتشفشانی و گرد و غبار پوشیده شده باشد که آن را از اشعه فرابنفش محافظت می‌کرد.
علاوه بر این، جو حاوی هیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن بود — اتم‌هایی که مواد خام کلیدی برای مونومرهای مهم حیات هستند — و گرد و غبار حاوی اتم‌های نادر دیگر بود. سطح گرد و غبار همچنین به عنوان کاتالیزوری برای سنتز شیمیایی مونومرها عمل می‌کرد.
علاوه بر این، اصطکاک ناشی از گرد و غبار انرژی‌هایی مانند گرما و رعد و برق را تولید می‌کرد، در حالی که خورشید به طور مداوم انرژی را به شکل نور فرابنفش و گرما تامین می‌کرد.
این ابر گرد و غبار کارخانه نهایی مونومر بود که ۲۴ ساعت شبانه‌روز، ۳۶۵ روز سال، با استفاده از تمام زمین و تمام انرژی خورشیدی که بر آن می‌ریخت، کار می‌کرد.
تعامل مکانیزم‌ها
گام اولیه را به یاد آورید: گذار به زمینی حاوی مواد شیمیایی کمی پیچیده‌تر.
در سیاره‌ای که این مکانیزم در حال کار است، یک کارخانه نهایی مونومر وجود دارد، اصل تجمع پیچیدگی به پلیمرها محقق شده است، و میلیون‌ها آزمایشگاه علمی به هم پیوسته وجود دارند.
حتی اگر این به طور کامل منشأ حیات را توضیح ندهد، شکی نیست که مکانیزمی برای تولید مواد شیمیایی پیچیده مورد نیاز موجودات زنده را تشکیل می‌دهد.
و بحثی را به یاد آورید که گام اولیه از قبل جوهر حیات را در خود دارد.
بنابراین، زمینی که به عنوان امتداد این گام تولید شده و حاوی مواد شیمیایی بسیار پیچیده است، باید جوهر حیات را در سطحی پیشرفته‌تر تجسم بخشد.
می‌توانیم ببینیم که چگونه این امر به زمینی منجر می‌شود که در آن طیف متنوعی از مواد شیمیایی بسیار پیچیده و پدیده‌های ضروری حیات پیشرفته وجود دارند.
آخرین تنظیمات
اکنون می‌توانیم منشأ حیات را بر اساس زمینی در نظر بگیریم که به حالتی بسیار مطلوب رسیده است، فرضیه‌ای که معمولاً در بحث‌های موجود در نظر گرفته نمی‌شود.
برای ظهور موجودات زنده چه چیز دیگری لازم است؟
آن عبارت است از ایجاد و یکپارچه‌سازی مکانیسم‌های عملکردی که موجودات زنده به آن نیاز دارند.
به نظر نمی‌رسد این امر نیازمند تدابیر خاصی باشد و به عنوان بسط طبیعی بحث تاکنون قابل توضیح است.
روش تفکر شبیه‌سازی
تفکر شبیه‌سازی با خود شبیه‌سازی متفاوت است.
به عنوان مثال، تلاش برای شبیه‌سازی مکانیزم منشأ حیات، همانطور که در اینجا توضیح داده شد، بر روی کامپیوتر کار آسانی نخواهد بود.
این به دلیل آن است که توضیح من فاقد عبارات رسمی دقیقی است که برای شبیه‌سازی لازم است.
با این حال، این بدان معنا نیست که تفکر من نادرست است.
اگرچه حالت بیان، متن کلامی است، اما مبتنی بر یک ساختار منطقی محکم، حقایق علمی شناخته شده، و استدلال عینی ریشه‌دار در تجربه ما است.
بنابراین، درک روندهای کلی و تغییرات در ویژگی‌ها کاملاً امکان‌پذیر است. اگر خطایی وجود داشته باشد، به دلیل عدم رسمیت نیست، بلکه به دلیل نادیده گرفتن شرایط زیربنایی یا تأثیرات تعاملات خاص است.
بدین ترتیب، تفکر شبیه‌سازی با استفاده از زبان طبیعی، حتی بدون تعریف عبارات رسمی، امکان‌پذیر است.
من معتقدم که حتی بدون عبارات رسمی، مفاهیم ریاضی را می‌توان با استفاده از زبان طبیعی به طور دقیق بیان کرد.
من این را ریاضیات طبیعی می‌نامم.
با ریاضیات طبیعی، تلاش و زمان مورد نیاز برای رسمیت از بین می‌رود و به افراد بیشتری امکان می‌دهد تا طیف وسیع‌تری از مفاهیم را به صورت ریاضی درک و فهم کنند تا با ریاضیات موجود.
و تفکر شبیه‌سازی دقیقاً روشی از تفکر است که از شبیه‌سازی مبتنی بر زبان طبیعی استفاده می‌کند.
توسعه نرم‌افزار
تفکر شبیه‌سازی یک مهارت ضروری برای توسعه‌دهندگان نرم‌افزار است.
یک برنامه تکرار محاسبات با استفاده از داده‌ها در فضای حافظه و قرار دادن نتایج در همان داده یا داده‌ای متفاوت در فضای حافظه است.
به عبارت دیگر، یک برنامه خود تعامل تجمعی است.
علاوه بر این، آنچه که هدف از توسعه نرم‌افزار است، معمولاً از طریق اسناد و مصاحبه با شخصی که توسعه را سفارش می‌دهد، درک می‌شود.
از آنجا که هدف نهایی، تحقق آن در یک برنامه است، محتوای آن باید در نهایت تعامل تجمعی داده‌ها باشد.
با این حال، شخصی که توسعه نرم‌افزار را سفارش می‌دهد، متخصص برنامه‌نویسی نیست. بنابراین، او نمی‌تواند آنچه را که می‌خواهد به دست آورد، با استفاده از عبارات رسمی به طور دقیق توصیف کند.
در نتیجه، آنچه از اسناد و مصاحبه‌ها به دست می‌آید، متون زبان طبیعی و نمودارها و جداول تکمیلی است. فرآیند تبدیل اینها به عبارات رسمی دقیق، همان چیزی است که توسعه نرم‌افزار را در بر می‌گیرد.
در طول فرآیند توسعه نرم‌افزار، وظایفی مانند تحلیل نیازمندی‌ها و سازماندهی نیازمندی‌ها، و تعریف مشخصات وجود دارد که محتوای توسعه بر اساس اسناد مشتری سازماندهی می‌شود.
علاوه بر این، بر اساس نتایج تعریف مشخصات، طراحی پایه انجام می‌شود.
نتایج این وظایف تا این مرحله عمدتاً با استفاده از زبان طبیعی بیان می‌شوند. با پیشرفت کار، محتوا به طور منطقی دقیق‌تر می‌شود و ایجاد برنامه نهایی را آسان‌تر می‌کند.
و در مرحله طراحی پایه، با محوریت زبان طبیعی، باید چیزی باشد که بتواند روی کامپیوتر کار کند و آنچه را که مشتری می‌خواهد، محقق سازد.
این دقیقاً همان جایی است که تفکر شبیه‌سازی، با استفاده از ریاضیات طبیعی، مورد نیاز است. علاوه بر این، در اینجا تفکر شبیه‌سازی دوگانه ضروری است.
یکی تفکر شبیه‌سازی برای تأیید این است که آیا عملیات مورد انتظار می‌تواند به عنوان تعاملی بین فضای حافظه کامپیوتر و برنامه به دست آید یا خیر.
دیگری تفکر شبیه‌سازی برای تأیید این است که آیا آنچه مشتری می‌خواهد به دست آورد، واقعاً محقق شده است یا خیر.
اولی نیازمند توانایی درک عملکرد داخلی کامپیوتر از طریق تفکر شبیه‌سازی است. دومی نیازمند توانایی درک وظایفی است که مشتری با استفاده از نرم‌افزار از طریق تفکر شبیه‌سازی انجام خواهد داد.
به این ترتیب، توسعه‌دهندگان نرم‌افزار دارای توانایی تفکر شبیه‌سازی دوگانه — هم تفکر شبیه‌سازی مبتنی بر اصول و هم تفکر شبیه‌سازی معنایی — به عنوان یک مهارت تجربی هستند.
نتیجه‌گیری
بسیاری از دانشمندان و افراد کنجکاو از نظر فکری درگیر مطالعه منشأ حیات هستند. با این حال، رویکرد به منشأ حیات به شیوه‌ای که در اینجا توضیح داده شد، رایج نیست.
این نشان می‌دهد که تفکر شبیه‌سازی نوعی تفکر است که بسیاری از مردم، صرف‌نظر از دانش یا توانایی‌هایشان، تمایل به فقدان آن دارند.
از سوی دیگر، توسعه‌دهندگان نرم‌افزار از تفکر شبیه‌سازی برای ترجمه مفاهیم مختلف به سیستم‌ها استفاده می‌کنند.
البته، تفکر شبیه‌سازی منحصر به توسعه‌دهندگان نرم‌افزار نیست، اما توسعه نرم‌افزار به ویژه به این توانایی نیاز دارد و برای تقویت آن بسیار مناسب است.
با استفاده از تفکر شبیه‌سازی، می‌توان نه تنها تصویر کلی از اسرار علمی پیچیده و پیشرفته مانند منشأ حیات، بلکه موضوعات پیچیده‌ای مانند ساختارهای سازمانی و اجتماعی را نیز ساخت و درک کرد.
بنابراین، من معتقدم که در جامعه آینده، افراد با مهارت‌های تفکر شبیه‌سازی، دقیقاً مانند توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، نقش‌های فعالی در زمینه‌های مختلف ایفا خواهند کرد.