Często mamy trudności ze zrozumieniem zjawisk, w których wyniki gromadzą się i wzajemnie oddziałują.
Istnieje popularny problem matematyczny: wnuk prosi dziadka o kieszonkowe, zaczynając od jednego jena i podwajając tę kwotę każdego dnia przez miesiąc.
Jeśli nieświadomy dziadek zgodzi się, miesiąc później będzie winien miliard jenów.
Ten błąd wynika z tendencji do zakładania, że jeśli podwojenie jednego jena kilka razy nie daje dużej sumy, to progresja będzie kontynuowana wzdłuż tej samej liniowej ścieżki.
Jednakże, poprzez staranne śledzenie wyników tej akumulacji i interakcji, można zrozumieć, że wynik będzie ogromną sumą, nawet bez zaawansowanej wiedzy matematycznej czy intuicji.
Dlatego nie jest to problem wiedzy ani umiejętności, lecz raczej problem metodologii myślenia.
A tę metodę myślenia, w której stopniowo śledzi się akumulację i interakcję, aby logicznie zrozumieć wynik, chciałbym nazwać „myśleniem symulacyjnym”.
Pierwszy krok w powstaniu życia
Podobnie, trudno nam zrozumieć pochodzenie życia.
Pochodzenie życia to pytanie o to, jak złożone komórki wyłoniły się na starożytnej Ziemi, która początkowo zawierała tylko proste substancje chemiczne.
Rozważając ten problem, czasami oferowane są wyjaśnienia, które opierają się na chwilowym, przypadkowym cudzie.
Jednak z perspektywy akumulacji i interakcji, można to rozumieć jako bardziej realistyczne zjawisko.
Woda i powietrze krążą wielokrotnie w różnych częściach Ziemi. Substancje chemiczne są w ten sposób przemieszczane lokalnie, a następnie rozproszone przemieszczają się po całej planecie.
Poprzez te różnorodne powtórzenia, substancje chemiczne reagują ze sobą.
Powinno to prowadzić do przejścia ze stanu początkowego, który zawierał tylko proste substancje chemiczne, do stanu, który obejmuje nieco bardziej złożone substancje chemiczne. Oczywiście, wiele prostych substancji chemicznych nadal byłoby obecnych.
A ponieważ nieco bardziej złożone substancje chemiczne są kombinacjami prostych substancji chemicznych, ich liczba jest mniejsza, ale ich różnorodność jest większa niż w przypadku prostych substancji chemicznych.
To przejście stanu nie zachodzi tylko w małych, zlokalizowanych obszarach Ziemi; dzieje się to jednocześnie i równolegle na całej planecie.
Co więcej, dzięki cyrkulacji wody i atmosfery Ziemi, to, co dzieje się w jednym małym obszarze, rozprzestrzenia się na jego otoczenie, powodując mieszanie się substancji chemicznych na całej Ziemi. W rezultacie powstaje Ziemia, na której istnieje różnorodna gama substancji chemicznych, nieco bardziej złożonych niż w stanie początkowym.
Znaczenie pierwszego kroku
Brak jest dowodów na to przejście od stanu początkowego do obecnego; jest to wnioskowanie. Jednak nikt nie mógłby temu zaprzeczyć. Wręcz przeciwnie, aby temu zaprzeczyć, trzeba by wyjaśnić, dlaczego ten uniwersalny mechanizm, obserwowalny nawet dzisiaj, miałby nie działać.
Mechanizm ten już posiada zdolność do samopodtrzymywania, replikacji i metabolizmu dla nieco bardziej złożonych substancji chemicznych. Nie jest to jednak zaawansowane samopodtrzymywanie, replikacja i metabolizm, które są ekstremalnie bliskie tym u organizmów żywych.
Wszystkie nieco bardziej złożone substancje chemiczne mogą zarówno ulegać rozpadowi, jak i być tworzone. Mimo to, w skali planetarnej, każda nieco bardziej złożona substancja chemiczna utrzymuje pewną stałą ilość.
Sam fakt, że stała ilość jest utrzymywana poprzez powtarzające się tworzenie i rozpad, dowodzi natury samopodtrzymywania poprzez metabolizm.
Co więcej, nieco bardziej złożone substancje chemiczne nie istnieją jako pojedyncze cząsteczki; choć ich proporcja może być niewielka, ich liczba jest ogromna.
Chociaż nie jest to samoreplikacja, jest to produktywna aktywność, która generuje więcej tej samej substancji chemicznej. Chociaż termin „replikacja” może być nieco inny, daje podobny efekt.
Innymi słowy, niezaprzeczalne zjawisko przejścia Ziemi od stanu zawierającego jedynie proste substancje chemiczne do stanu zawierającego nieco bardziej złożone substancje chemiczne jest zarówno pierwszym krokiem, jak i esencją powstania życia.
W stronę kolejnego kroku
Oczywiście, ten stan, który obejmuje nieco bardziej złożone substancje chemiczne, nie jest samym życiem.
Nie jest również rozsądne postrzeganie tego jako aktywności życia w skali planetarnej. Jest to jedynie stan, w którym nieco bardziej złożone substancje chemiczne są obecne w wyniku powtarzających się reakcji chemicznych.
I to z pewnością może dziać się na planetach innych niż Ziemia. Fakt, że życie nie pojawiło się na innych planetach, a na Ziemi tak, sugeruje, że na Ziemi wydarzyło się coś innego w porównaniu z innymi planetami.
Rozważenie, co to jest, to następny etap.
Jednak po zrozumieniu tego początkowego kroku, nie powinniśmy być w stanie myśleć o kolejnym kroku w pochodzeniu życia w sposób lokalny. Podobnie jak pierwszy krok, następny krok musi być również postrzegany jako zjawisko w skali planetarnej.
A następnym krokiem jest przejście Ziemi do stanu zawierającego substancje chemiczne, które są jeszcze nieco bardziej złożone.
W miarę powtarzania tego kroku, substancje chemiczne stopniowo i kumulatywnie stają się bardziej złożone.
Równocześnie, mechanizmy samopodtrzymywania, replikacji i metabolizmu również stają się coraz bardziej złożone.
Rola polimerów i topografii Ziemi
Tutaj obecność polimerów odgrywa znaczącą rolę. Białka i kwasy nukleinowe to polimery. Polimery mogą kumulatywnie tworzyć złożone i różnorodne polimery z zaledwie kilku typów monomerów. Istnienie monomerów zdolnych do tworzenia polimerów wzmacnia ewolucyjny charakter tego mechanizmu.
Liczne jeziora i stawy na Ziemi funkcjonują jako izolowane miejsca eksperymentów naukowych. Musiały istnieć miliony takich miejsc na całej planecie. Każde z nich byłoby innym środowiskiem, a jednocześnie mogłoby wymieniać substancje chemiczne poprzez globalną cyrkulację wody i powietrza.
Potęga myślenia symulacyjnego
Gdy raz wyobrazimy sobie pochodzenie życia w ten sposób, staje się niemożliwe zaoferowanie czegoś więcej niż tylko krytyki „braku dowodów”. Zamiast tego, należałoby poszukać mechanizmu, który obaliłby ten. Jednakże, ja nie potrafię sobie takiego mechanizmu wyobrazić.
Innymi słowy, podobnie jak dziadek w przykładzie z kieszonkowym, po prostu nie zrozumieliśmy pochodzenia życia. Tak jak możemy zrozumieć ogromną sumę kieszonkowego po 30 dniach, stosując myślenie symulacyjne do znanych faktów, uwzględniając akumulację i interakcję, tak samo możemy zrozumieć pojawienie się życia na Ziemi.
Hipoteza pyłowej chmury
Silne promieniowanie UV na powierzchni utrudniałoby wymianę substancji chemicznych. Jednak starożytna Ziemia musiała być pokryta chmurami popiołu wulkanicznego i pyłu z częstych aktywności wulkanicznych i uderzeń meteorytów. Te chmury blokowałyby promieniowanie ultrafioletowe.
Dodatkowo, atmosfera zawierała wodór, tlen, węgiel i azot – atomy będące kluczowymi składnikami ważnych monomerów biologicznych – podczas gdy pył zawierał inne rzadkie atomy. Co więcej, powierzchnia pyłu mogła działać jako katalizator syntezy chemicznej monomerów.
Ponadto, tarcie pyłu generuje energię, taką jak ciepło i błyskawice, a słońce nieustannie dostarcza energię, taką jak promieniowanie UV i ciepło.
Ta chmura pyłu to ostateczna fabryka monomerów, działająca 24/7, wykorzystująca całą Ziemię i całą energię słoneczną w nią wlewaną.
Interakcja mechanizmów
Przypomnijmy sobie pierwszy krok: przejście Ziemi do stanu zawierającego nieco bardziej złożone substancje chemiczne.
Na planecie, gdzie ten mechanizm funkcjonuje, istnieje ostateczna fabryka monomerów, realizuje się zasada akumulacji złożoności w polimery, i istnieją miliony połączonych ze sobą laboratoriów naukowych.
Nawet jeśli to nie wyjaśnia w pełni pochodzenia życia, nie ma wątpliwości, że dostarcza mechanizmu do tworzenia złożonych substancji chemicznych potrzebnych organizmom żywym.
I pamiętajmy o argumencie, że pierwszy krok już zawiera esencję życia.
Ziemia zawierająca wysoce złożone substancje chemiczne, stworzone jako rozszerzenie tego kroku, musi ucieleśniać esencję życia na bardziej zaawansowanym poziomie.
Z tego wynika, że Ziemia z różnorodnym wachlarzem wysoce złożonych substancji chemicznych i wysoce zaawansowanymi esencjalnymi zjawiskami życia właśnie powstała.
Ostatni szlif
Dotarliśmy teraz do punktu, w którym możemy rozważać pochodzenie życia, zakładając, że Ziemia osiągnęła wysoce korzystny stan, co jest założeniem zazwyczaj niebranym pod uwagę w istniejących dyskusjach.
Czego jeszcze potrzeba do pojawienia się życia?
Jest to stworzenie i integracja mechanizmów funkcjonalnych wymaganych przez organizmy żywe.
Wydaje się, że nie wymaga to żadnych szczególnie specjalnych zabiegów i można to wytłumaczyć jako naturalne rozszerzenie dotychczasowej dyskusji.
Metoda myślenia symulacyjnego
Myślenie symulacyjne różni się od samej symulacji.
Na przykład, próba symulacji mechanizmu powstania życia, opisanego tutaj, za pomocą komputera nie byłaby łatwa.
Dzieje się tak, ponieważ moje wyjaśnienie nie posiada ścisłych, formalnych wyrażeń niezbędnych do symulacji.
Jednak nie oznacza to, że moje myślenie nie jest rygorystyczne.
Choć trybem wyrażania jest język naturalny, opiera się ono na solidnej strukturze logicznej, znanych faktach naukowych i obiektywnym rozumowaniu zakorzenionym w naszym doświadczeniu.
Dlatego doskonale nadaje się do uchwycenia ogólnych trendów i zmian właściwości. Jeśli jest błędne, to nie z powodu braku formalizacji, lecz raczej z powodu przeoczenia podstawowych warunków lub wpływu konkretnych interakcji.
Zatem myślenie symulacyjne jest możliwe przy użyciu języka naturalnego, nawet bez definiowania formalnych wyrażeń.
Wierzę, że nawet bez formalnych wyrażeń, możliwe jest rygorystyczne wyrażanie pojęć matematycznych przy użyciu języka naturalnego.
Nazywam to „matematyką naturalną”.
Dzięki matematyce naturalnej wysiłek i czas potrzebny na formalizację są zbędne, co pozwala szerszemu gronu osób matematycznie uchwycić i zrozumieć szerszy zakres niż w przypadku istniejącej matematyki.
A myślenie symulacyjne jest precyzyjnie metodą myślenia, która wykorzystuje symulację za pomocą języka naturalnego.
Tworzenie oprogramowania
Myślenie symulacyjne jest niezbędną umiejętnością dla twórców oprogramowania.
Program wielokrotnie wykonuje obliczenia, używając danych w przestrzeni pamięci, i umieszcza wyniki w tych samych lub innych danych w przestrzeni pamięci.
Innymi słowy, program to sama akumulacja i interakcja.
Ponadto, to, co twórca oprogramowania ma na celu osiągnąć, jest zazwyczaj rozumiane poprzez dokumenty i wywiady z osobą zlecającą rozwój.
Ponieważ ostatecznym celem jest zrealizowanie czegoś za pomocą programu, zawartość, po dokładnym zbadaniu, musi być skumulowaną interakcją danych.
Jednak osoba zlecająca rozwój oprogramowania nie jest ekspertem od programowania. Dlatego nie może rygorystycznie opisać, co chce osiągnąć, w formalnych wyrażeniach.
W konsekwencji, to, co uzyskuje się z dokumentów i wywiadów, to teksty w języku naturalnym, wraz z diagramami i tabelami referencyjnymi. Zadaniem przekształcenia tego w rygorystyczne wyrażenia formalne jest rozwój oprogramowania.
W procesie tworzenia oprogramowania istnieją zadania takie jak analiza wymagań i organizacja wymagań oraz definicja specyfikacji, gdzie zawartość rozwoju jest organizowana na podstawie dokumentów klienta.
Dodatkowo, na podstawie wyników definicji specyfikacji, wykonywany jest projekt podstawowy.
Wyniki tych zadań są przede wszystkim wyrażane za pomocą języka naturalnego. W miarę postępu prac, treść staje się logicznie rygorystyczna, aby ułatwić tworzenie końcowego programu.
I na etapie projektu podstawowego, który koncentruje się na języku naturalnym, produkt musi być w stanie działać na komputerze i spełniać to, co klient chce osiągnąć.
To jest właśnie miejsce, gdzie wymagane jest myślenie symulacyjne poprzez matematykę naturalną. Co więcej, tutaj konieczna jest podwójna warstwa myślenia symulacyjnego.
Jednym z nich jest myślenie symulacyjne, aby potwierdzić, czy oczekiwane zachowanie może być osiągnięte jako interakcja między przestrzenią pamięci komputera a programem.
Drugie to myślenie symulacyjne, aby potwierdzić, czy to, co klient chce osiągnąć, faktycznie zostało zrealizowane.
To pierwsze wymaga zdolności do uchwycenia wewnętrznego działania komputera poprzez myślenie symulacyjne. To drugie wymaga zdolności do uchwycenia zadań, które klient będzie wykonywał za pomocą oprogramowania, poprzez myślenie symulacyjne.
W ten sposób twórcy oprogramowania posiadają te dwojakie zdolności myślenia symulacyjnego – zasadnicze myślenie symulacyjne i semantyczne myślenie symulacyjne – jako umiejętność empiryczną.
Podsumowanie
Pochodzenie życia jest tematem, nad którym pracuje wielu naukowców i osób ciekawych świata. Jednak zrozumienie pochodzenia życia w sposób tutaj wyjaśniony nie jest powszechne.
Sugeruje to, że myślenie symulacyjne jest sposobem myślenia, którego wielu osobom łatwo brakuje, niezależnie od ich wiedzy czy zdolności.
Z drugiej strony, twórcy oprogramowania intensywnie wykorzystują myślenie symulacyjne do przekładania różnych koncepcji na systemy.
Oczywiście, myślenie symulacyjne nie jest wyłączną domeną twórców oprogramowania, ale rozwój oprogramowania szczególnie wymaga i doskonale nadaje się do trenowania tej umiejętności.
Wykorzystując myślenie symulacyjne, można nie tylko złożyć i zrozumieć pełny obraz złożonych i zaawansowanych zagadek naukowych, takich jak pochodzenie życia, ale także złożone tematy, takie jak struktury organizacyjne i społeczne.
Dlatego wierzę, że w przyszłym społeczeństwie osoby posiadające umiejętności myślenia symulacyjnego, takie jak twórcy oprogramowania, będą odgrywać aktywną rolę w różnych dziedzinach.