We hebben vaak moeite om fenomenen te begrijpen waarbij uitkomsten zich opstapelen en interactie hebben.
Er is een bekend rekenprobleem: een kleinkind vraagt zijn grootouder om zakgeld, beginnend met één yen en dat elke dag een maand lang te verdubbelen.
Als de nietsvermoedende grootouder akkoord gaat, zou deze een maand later een miljard yen verschuldigd zijn.
Deze fout ontstaat doordat we de neiging hebben aan te nemen dat als het verdubbelen van één yen een paar keer niet veel oplevert, de voortgang dan langs hetzelfde lineaire pad zal doorgaan.
Echter, door de resultaten van deze accumulatie en interactie zorgvuldig te volgen, kan men begrijpen dat de uitkomst een enorme som zal zijn, zelfs zonder geavanceerde wiskundige kennis of intuïtie.
Daarom is dit geen probleem van kennis of vaardigheid, maar eerder een probleem van denkmethodologie.
En deze denkmethodiek, waarbij men accumulatie en interactie geleidelijk volgt om de uitkomst logisch te begrijpen, wil ik "simulatiethinking" noemen.
De Eerste Stap in de Oorsprong van Leven
Op dezelfde manier hebben we moeite om de oorsprong van leven te begrijpen.
De oorsprong van leven is de vraag hoe complexe cellen ontstonden op de oeroude Aarde, die aanvankelijk alleen eenvoudige chemische stoffen bevatte.
Bij het overwegen van dit probleem worden soms verklaringen aangeboden die berusten op een momentaan, toevallig wonder.
Vanuit het perspectief van accumulatie en interactie kan het echter worden begrepen als een realistischer fenomeen.
Water en lucht circuleren herhaaldelijk in verschillende delen van de Aarde. Chemische stoffen worden zo lokaal verplaatst en verspreiden zich vervolgens diffuus over de hele planeet.
Door deze verschillende herhalingen reageren chemische stoffen met elkaar.
Dit zou moeten leiden tot een overgang van een initiële toestand, die alleen eenvoudige chemische stoffen bevatte, naar een toestand die iets complexere chemische stoffen omvat. Natuurlijk zouden veel eenvoudige chemische stoffen nog steeds aanwezig zijn.
En aangezien iets complexere chemische stoffen combinaties zijn van eenvoudige chemische stoffen, zijn hun aantallen kleiner, maar hun verscheidenheid is groter dan die van eenvoudige chemische stoffen.
Deze staatsovergang vindt niet alleen plaats in kleine, gelokaliseerde gebieden van de Aarde; het gebeurt gelijktijdig en parallel over de hele planeet.
Bovendien, als gevolg van de circulatie van water en atmosfeer op Aarde, diffundeert wat er in een klein gebied gebeurt naar de omgeving, waardoor chemische stoffen over de hele Aarde worden gemengd. Dit resulteert in een Aarde waar nu een diverse reeks chemische stoffen bestaat, die iets complexer zijn dan de initiële toestand.
De Betekenis van de Eerste Stap
Er is geen bewijs voor deze overgang van de initiële toestand naar deze huidige toestand; het is een gevolgtrekking. Niemand zou het echter kunnen ontkennen. Integendeel, om het te ontkennen, zou men moeten verklaren waarom dit universele mechanisme, zelfs vandaag de dag waarneembaar, niet zou functioneren.
Dit mechanisme bezit reeds zelfonderhoud, replicatie en metabolisme voor iets complexere chemische stoffen. Dit is echter niet het geavanceerde zelfonderhoud, de replicatie en het metabolisme die extreem dicht bij die van levende organismen liggen.
Alle iets complexere chemische stoffen kunnen zowel afbreken als gevormd worden. Toch handhaaft elke iets complexere chemische stof op planetaire schaal een bepaalde constante hoeveelheid.
Het feit dat een constante hoeveelheid wordt gehandhaafd door herhaalde vorming en afbraak, demonstreert de aard van zelfonderhoud door metabolisme.
Bovendien bestaan iets complexere chemische stoffen niet als slechts enkele moleculen; hoewel hun aandeel klein mag zijn, is hun aantal immens.
Hoewel dit geen zelfreplicatie is, is het een productieve activiteit die meer van dezelfde chemische stof genereert. Hoewel de term "replicatie" misschien iets anders is, levert het een vergelijkbaar effect op.
Met andere woorden, het onmiskenbare fenomeen van de Aarde die overgaat van het alleen bevatten van eenvoudige chemische stoffen naar het omvatten van iets complexere chemische stoffen, is zowel de eerste stap als de essentie van de oorsprong van leven.
Naar de Volgende Stap
Natuurlijk is deze toestand, die iets complexere chemische stoffen omvat, niet het leven zelf.
Het is ook niet redelijk om dit te beschouwen als de activiteit van leven op planetaire schaal. Het is slechts een toestand waarin iets complexere chemische stoffen aanwezig zijn door herhaalde chemische reacties.
En dit kan zeker gebeuren op andere planeten dan de Aarde. Het feit dat leven niet op andere planeten is ontstaan, maar wel op Aarde, suggereert dat er iets anders is gebeurd op Aarde in vergelijking met andere planeten.
Nadenken over wat dat iets is, is de volgende fase.
Echter, na het begrijpen van deze initiële stap, zouden we de volgende stap in de oorsprong van het leven niet meer op een gelokaliseerde manier moeten kunnen bedenken. Net als de eerste stap, moet de volgende stap ook worden opgevat als een fenomeen op planetaire schaal.
En de volgende stap is dat de Aarde overgaat naar een toestand die chemische stoffen bevat die nog iets complexer zijn.
Naarmate deze stap wordt herhaald, worden chemische stoffen geleidelijk en cumulatief complexer.
Tegelijkertijd worden de mechanismen van zelfonderhoud, replicatie en metabolisme ook stapsgewijs complexer.
De Rol van Polymeren en de Topografie van de Aarde
Hier speelt de aanwezigheid van polymeren een belangrijke rol. Eiwitten en nucleïnezuren zijn polymeren. Polymeren kunnen cumulatief complexe en diverse polymeren creëren uit slechts enkele soorten monomeren. Het bestaan van monomeren die polymeren kunnen vormen, versterkt het evolutionaire karakter van dit mechanisme.
De talloze meren en vijvers op Aarde functioneren als geïsoleerde wetenschappelijke experimenteerlocaties. Er moeten miljoenen van zulke locaties over de planeet verspreid zijn geweest. Elk zou een andere omgeving zijn geweest, terwijl ze toch chemische stoffen konden uitwisselen via de wereldwijde circulatie van water en lucht.
De Kracht van Simulatiethinking
Zodra de oorsprong van leven op deze manier wordt voorgesteld, wordt het onmogelijk om meer te bieden dan de kritiek van "gebrek aan bewijs." In plaats daarvan zou men moeten zoeken naar een mechanisme dat dit mechanisme weerlegt. Een dergelijk mechanisme kan ik echter niet bedenken.
Met andere woorden, net als de grootvader in het zakgeldvoorbeeld, hebben we de oorsprong van leven simpelweg niet begrepen. Net zoals we het enorme zakgeld na 30 dagen kunnen begrijpen door simulatiethinking toe te passen op bekende feiten, rekening houdend met accumulatie en interactie, kunnen we ook de opkomst van leven op Aarde begrijpen.
De Stofwolkhypothese
Een sterk UV-licht aan het oppervlak zou de uitwisseling van chemische stoffen belemmeren. De oude Aarde moet echter bedekt zijn geweest met wolken van vulkanische as en stof afkomstig van frequente vulkanische activiteit en meteorietinslagen. Deze wolken zouden ultraviolette straling hebben geblokkeerd.
Bovendien bevatte de atmosfeer waterstof, zuurstof, koolstof en stikstof – atomen die belangrijke componenten zijn voor essentiële biologische monomeren – terwijl stof andere zeldzame atomen bevatte. Verder kon het oppervlak van het stof fungeren als een katalysator voor de chemische synthese van monomeren.
Bovendien genereert de wrijving van stof energie zoals warmte en bliksem, en de zon levert voortdurend energie zoals UV-straling en warmte.
Deze stofwolk is de ultieme monomerenfabriek, die 24/7 draait en de hele Aarde en alle zonne-energie die erop neerdaalt benut.
Interactie van Mechanismen
Denk terug aan de eerste stap: de overgang naar een Aarde die iets complexere chemische stoffen bevat.
Op een planeet waar dit mechanisme functioneert, is er een ultieme monomerenfabriek, wordt het principe van complexiteitsaccumulatie in polymeren gerealiseerd, en zijn er miljoenen onderling verbonden wetenschappelijke laboratoria.
Zelfs als dit de oorsprong van het leven niet volledig verklaart, bestaat er geen twijfel over dat het een mechanisme biedt voor de creatie van de complexe chemische stoffen die levende organismen nodig hebben.
En herinner je het argument dat de eerste stap de essentie van het leven al in zich draagt.
Een Aarde die zeer complexe chemische stoffen bevat, gecreëerd als een verlengstuk van deze stap, moet de essentie van het leven op een geavanceerder niveau belichamen.
Hieruit kunnen we opmaken dat een Aarde met een diverse reeks zeer complexe chemische stoffen en zeer geavanceerde essentiële levensverschijnselen nu tot stand is gekomen.
De Laatste Hand
We zijn nu op een punt gekomen waar we de oorsprong van het leven kunnen beschouwen, uitgaande van een Aarde die een zeer voordelige staat heeft bereikt, een premisse die doorgaans niet wordt overwogen in bestaande discussies.
Wat is er nog meer nodig voor het ontstaan van leven?
Het is de creatie en integratie van de functionele mechanismen die levende organismen vereisen.
Dit lijkt geen bijzonder speciale kunstgrepen te vereisen en kan worden verklaard als een natuurlijke uitbreiding van de tot nu toe gevoerde discussie.
De Methode van Simulatiethinking
Simulatiethinking is anders dan simulatie zelf.
Het is bijvoorbeeld niet eenvoudig om het hierboven uitgelegde mechanisme van de oorsprong van het leven met een computer te simuleren.
Dit komt omdat mijn uitleg de strikte, formele uitdrukkingen mist die nodig zijn voor een simulatie.
Dit betekent echter niet dat mijn denken niet rigoureus is.
Hoewel de uitdrukkingswijze natuurlijke taal is, is het gebaseerd op een solide logische structuur, bekende wetenschappelijke feiten en objectieve redenering geworteld in onze ervaring.
Daarom is het perfect in staat om algemene trends en veranderingen in eigenschappen te doorgronden. Als het fout is, is dat niet te wijten aan een gebrek aan formalisering, maar eerder aan een miskenning van onderliggende omstandigheden of de invloed van specifieke interacties.
Aldus is simulatiethinking mogelijk met behulp van natuurlijke taal, zelfs zonder formele uitdrukkingen te definiëren.
Ik geloof dat het, zelfs zonder formele uitdrukkingen, mogelijk is om wiskundige concepten rigoureus uit te drukken met behulp van natuurlijke taal.
Ik noem dit "natuurlijke wiskunde."
Met natuurlijke wiskunde zijn de inspanning en tijd voor formalisering overbodig, waardoor een bredere groep mensen een grotere reikwijdte wiskundig kan bevatten en begrijpen dan met bestaande wiskunde.
En simulatiethinking is precies een denkmethodiek die simulatie in natuurlijke taal toepast.
Softwareontwikkeling
Simulatiethinking is een onmisbare vaardigheid voor softwareontwikkelaars.
Een programma voert herhaaldelijk berekeningen uit met behulp van gegevens in het geheugen en plaatst de resultaten in dezelfde of andere gegevens in het geheugen.
Met andere woorden, een programma is accumulatie en interactie op zichzelf.
Bovendien wordt wat een softwareontwikkelaar wil bereiken, meestal begrepen via documenten en interviews met de persoon die de ontwikkeling opdracht geeft.
Aangezien het uiteindelijke doel is om iets te realiseren met een programma, moet de inhoud, wanneer grondig onderzocht, de cumulatieve interactie van gegevens zijn.
Echter, de persoon die de softwareontwikkeling opdracht geeft, is geen programmeerexpert. Daarom kunnen zij niet rigoureus beschrijven wat zij willen bereiken in formele uitdrukkingen.
Bijgevolg zijn de resultaten van documenten en interviews teksten in natuurlijke taal, samen met referentiediagrammen en tabellen. De taak om dit om te zetten in rigoureuze formele uitdrukkingen is softwareontwikkeling.
In het proces van softwareontwikkeling zijn er taken zoals vereistenanalyse en -organisatie, en specificatiedefinitie, waarbij ontwikkelingsinhoud wordt georganiseerd op basis van klantdocumenten.
Bovendien wordt, gebaseerd op de resultaten van de specificatiedefinitie, een basisontwerp uitgevoerd.
De resultaten van deze taken worden voornamelijk uitgedrukt in natuurlijke taal. Naarmate het werk vordert, wordt de inhoud logisch rigoureuzer om de creatie van het uiteindelijke programma te vergemakkelijken.
En in de basisontwerpfase, die zich richt op natuurlijke taal, moet het product in staat zijn om op een computer te functioneren en te voldoen aan wat de klant wil bereiken.
Dit is precies waar simulatiethinking door middel van natuurlijke wiskunde vereist is. Bovendien is hier een dubbele laag van simulatiethinking noodzakelijk.
De ene is simulatiethinking om te bevestigen of het verwachte gedrag kan worden bereikt als een interactie tussen computergeheugenruimte en het programma.
De andere is simulatiethinking om te bevestigen of wat de klant wil bereiken daadwerkelijk wordt gerealiseerd.
Eerstgenoemde vereist het vermogen om de interne werking van een computer te doorgronden via simulatiethinking. Laatstgenoemde vereist het vermogen om de taken die de klant met de software zal uitvoeren te doorgronden via simulatiethinking.
Aldus bezitten softwareontwikkelaars deze dubbele simulatiethinkingsvaardigheden – principiële simulatiethinking en semantische simulatiethinking – als een empirische vaardigheid.
Conclusie
De oorsprong van leven is een onderwerp waar veel wetenschappers en intellectueel nieuwsgierige individuen aan werken. Echter, het begrijpen van de oorsprong van leven op de hierboven uitgelegde manier is niet gebruikelijk.
Dit suggereert dat simulatiethinking een denkwijze is die veel mensen gemakkelijk missen, ongeacht hun kennis of vaardigheid.
Aan de andere kant maken softwareontwikkelaars veel gebruik van simulatiethinking om diverse concepten naar systemen te vertalen.
Natuurlijk is simulatiethinking niet exclusief voor softwareontwikkelaars, maar softwareontwikkeling vereist deze vaardigheid in het bijzonder en is uitstekend om deze te trainen.
Door simulatiethinking te gebruiken, kan men niet alleen het complete beeld van complexe en geavanceerde wetenschappelijke mysteries zoals de oorsprong van leven samenstellen en begrijpen, maar ook complexe onderwerpen zoals organisatie- en maatschappijstructuren.
Daarom geloof ik dat in de toekomstige samenleving individuen met simulatiethinkingvaardigheden, zoals softwareontwikkelaars, een actieve rol zullen spelen in verschillende vakgebieden.