Нам часто бывает трудно осмыслить явления, в которых результаты накапливаются и взаимодействуют.
Существует распространенная математическая задача: внук просит у своего дедушки карманные деньги, начиная с одной иены и удваивая сумму каждый день в течение месяца.
Если ничего не подозревающий дедушка согласится, то через месяц он будет должен миллиард иен.
Эта ошибка возникает потому, что мы склонны предполагать: если удвоение одной иены несколько раз не приводит к большой сумме, то и дальше прогрессия будет идти по тому же линейному пути.
Однако, тщательно прослеживая результаты этого накопления и взаимодействия, можно понять, что итоговая сумма будет огромной, даже без продвинутых математических знаний или интуиции.
Следовательно, это проблема не знаний или способностей, а скорее проблема методологии мышления.
И этот метод мышления, при котором поэтапно отслеживается накопление и взаимодействие для логического понимания результата, я хотел бы назвать «симуляционным мышлением».
Первый шаг в происхождении жизни
Аналогично, нам трудно понять происхождение жизни.
Происхождение жизни — это вопрос о том, как сложные клетки появились на древней Земле, которая изначально содержала только простые химические вещества.
При рассмотрении этой проблемы иногда предлагаются объяснения, основанные на мгновенном, случайном чуде.
Однако с точки зрения накопления и взаимодействия это можно понять как более реалистичное явление.
Вода и воздух многократно циркулируют в различных частях Земли. Таким образом, химические вещества перемещаются локально, а затем диффузно распространяются по всей планете.
В результате этих многочисленных повторений химические вещества вступают в реакции друг с другом.
Это должно привести к переходу от исходного состояния, которое содержало только простые химические вещества, к состоянию, включающему несколько более сложные химические вещества. Конечно, многие простые химические вещества при этом все еще будут присутствовать.
И поскольку немного более сложные химические вещества представляют собой комбинации простых химических веществ, их количество меньше, но их разнообразие больше, чем у простых химических веществ.
Этот переход состояния происходит не только в небольших, локализованных областях Земли; он происходит одновременно и параллельно по всей планете.
Более того, благодаря циркуляции воды и атмосферы Земли, то, что происходит в одной небольшой области, распространяется в окружающую среду, вызывая смешивание химических веществ по всей Земле. Это приводит к тому, что на Земле теперь существует разнообразный спектр химических веществ, немного более сложных, чем в исходном состоянии.
Значение первого шага
Нет никаких доказательств этого перехода от исходного состояния к текущему; это вывод. Однако никто не смог бы его отрицать. Скорее, чтобы отрицать это, потребовалось бы объяснить, почему этот универсальный механизм, наблюдаемый даже сегодня, не должен функционировать.
Этот механизм уже обладает самоподдержанием, репликацией и метаболизмом для немного более сложных химических веществ. Однако это не продвинутые самоподдержание, репликация и метаболизм, чрезвычайно близкие к таковым у живых организмов.
Все немного более сложные химические вещества могут как разрушаться, так и образовываться. Тем не менее, в планетарном масштабе каждое немного более сложное химическое вещество поддерживает определенное постоянное количество.
Сам факт того, что постоянное количество поддерживается за счет многократного образования и распада, демонстрирует природу самоподдержания посредством метаболизма.
Более того, немного более сложные химические вещества существуют не в виде отдельных молекул; хотя их доля может быть мала, их количество огромно.
Хотя это не саморепликация, это продуктивная деятельность, которая генерирует больше того же химического вещества. Хотя термин «репликация» может быть немного другим, он дает аналогичный эффект.
Иными словами, неоспоримое явление перехода Земли от состояния, содержащего только простые химические вещества, к состоянию, включающему немного более сложные химические вещества, является как первым шагом, так и сущностью происхождения жизни.
К следующему шагу
Конечно, это состояние, включающее немного более сложные химические вещества, не является самой жизнью.
Также неразумно рассматривать это как деятельность жизни в планетарном масштабе. Это всего лишь состояние, при котором немного более сложные химические вещества присутствуют благодаря повторяющимся химическим реакциям.
И это, безусловно, может произойти на других планетах, помимо Земли. Тот факт, что жизнь не возникла на других планетах, но возникла на Земле, предполагает, что на Земле произошло нечто отличное от других планет.
Рассмотрение того, что это за «нечто», является следующим этапом.
Однако, поняв этот начальный шаг, мы не должны думать о следующем шаге в происхождении жизни локально. Как и первый шаг, следующий шаг также должен быть осмыслен как явление планетарного масштаба.
И следующий шаг заключается в том, чтобы Земля перешла в состояние, содержащее еще немного более сложные химические вещества.
По мере повторения этого шага химические вещества постепенно и кумулятивно становятся более сложными.
Одновременно с этим механизмы самоподдержания, репликации и метаболизма также постепенно усложняются.
Роль полимеров и топографии Земли
Здесь значительную роль играет присутствие полимеров. Белки и нуклеиновые кислоты — это полимеры. Полимеры могут кумулятивно создавать сложные и разнообразные полимеры из всего лишь нескольких типов мономеров. Существование мономеров, способных образовывать полимеры, усиливает эволюционную природу этого механизма.
Многочисленные озера и пруды на Земле функционируют как изолированные научно-экспериментальные площадки. Должно быть, по всей планете существовали миллионы таких мест. Каждое из них представляло бы собой уникальную среду, при этом сохраняя способность обмениваться химическими веществами через глобальную циркуляцию воды и воздуха.
Сила симуляционного мышления
Как только происхождение жизни представляется таким образом, становится невозможным предложить что-либо, кроме критики «отсутствия доказательств». Вместо этого пришлось бы искать механизм, опровергающий этот. Однако я не могу представить себе такого механизма.
Иными словами, подобно дедушке из примера с карманными деньгами, мы просто не поняли происхождения жизни. Точно так же, как мы можем понять огромную сумму карманных денег через 30 дней, применяя симуляционное мышление к известным фактам, учитывая накопление и взаимодействие, мы также можем понять возникновение жизни на Земле.
Гипотеза пылевого облака
Сильное ультрафиолетовое излучение на поверхности Земли препятствовало бы обмену химических веществ. Однако древняя Земля должна была быть покрыта облаками вулканического пепла и пыли, образующимися в результате частой вулканической активности и падений метеоритов. Эти облака блокировали бы ультрафиолетовое излучение.
Кроме того, атмосфера содержала водород, кислород, углерод и азот — атомы, являющиеся ключевыми компонентами для важных биологических мономеров, — в то время как пыль включала другие редкие атомы. Более того, поверхность пыли могла выступать в качестве катализатора для химического синтеза мономеров.
Помимо этого, трение пыли генерирует энергию, такую как тепло и молнии, а Солнце непрерывно поставляет энергию, такую как ультрафиолетовое излучение и тепло.
Это пылевое облако представляет собой совершенную фабрику мономеров, работающую круглосуточно, используя всю Землю и всю солнечную энергию, поступающую на неё.
Взаимодействие механизмов
Вспомним первый шаг: переход к Земле, содержащей немного более сложные химические вещества.
На планете, где этот механизм функционирует, существует совершенная фабрика мономеров, реализуется принцип накопления сложности в полимеры, и есть миллионы взаимосвязанных научных лабораторий.
Даже если это не полностью объясняет происхождение жизни, нет сомнений, что это обеспечивает механизм для создания сложных химических веществ, необходимых живым организмам.
И вспомним довод о том, что первый шаг уже содержит в себе сущность жизни.
Земля, содержащая высокосложные химические вещества, созданные как продолжение этого шага, должна воплощать сущность жизни на более продвинутом уровне.
Из этого мы можем видеть, что Земля с разнообразным набором высокосложных химических веществ и высокоразвитыми сущностными явлениями жизни теперь возникла.
Завершающий штрих
Мы пришли к точке, где можем рассматривать происхождение жизни, исходя из предположения о Земле, достигшей крайне благоприятного состояния, — предпосылки, которая обычно не учитывается в существующих дискуссиях.
Что еще необходимо для возникновения жизни?
Это создание и интеграция функциональных механизмов, необходимых живым организмам.
Похоже, это не требует каких-либо особых ухищрений и может быть объяснено как естественное продолжение до сих пор обсуждаемого.
Метод симуляционного мышления
Симуляционное мышление отличается от самого симулирования.
Например, попытка смоделировать механизм происхождения жизни, описанный здесь, с помощью компьютера была бы непростой задачей.
Это связано с тем, что в моем объяснении отсутствуют строгие, формальные выражения, необходимые для симуляции.
Однако это не означает, что мое мышление не является строгим.
Хотя способом выражения является естественный язык, оно основано на прочной логической структуре, известных научных фактах и объективных рассуждениях, коренящихся в нашем опыте.
Следовательно, оно вполне способно улавливать общие тенденции и изменения свойств. Если оно ошибочно, то это не из-за отсутствия формализации, а скорее из-за упущения основных условий или влияния конкретных взаимодействий.
Таким образом, симуляционное мышление возможно с использованием естественного языка, даже без определения формальных выражений.
Я считаю, что даже без формальных выражений можно строго выражать математические концепции, используя естественный язык.
Я называю это «естественной математикой».
С естественной математикой усилия и время для формализации не нужны, что позволяет более широкому кругу людей математически охватывать и понимать более широкий спектр явлений, чем с помощью существующей математики.
И симуляционное мышление — это именно метод мышления, который использует симуляцию с помощью естественного языка.
Разработка программного обеспечения
Симуляционное мышление — незаменимый навык для разработчиков программного обеспечения.
Программа многократно выполняет вычисления, используя данные в памяти, и помещает результаты в те же или другие данные в памяти.
Иными словами, программа — это само накопление и взаимодействие.
Более того, то, что стремится достичь разработчик программного обеспечения, обычно понимается из документов и интервью с заказчиком разработки.
Поскольку конечная цель состоит в том, чтобы реализовать что-то с помощью программы, содержание, при тщательном изучении, должно быть кумулятивным взаимодействием данных.
Однако человек, заказывающий разработку программного обеспечения, не является экспертом в программировании. Поэтому он не может строго описать то, что он хочет достичь, в формальных выражениях.
Следовательно, то, что получается из документов и интервью, — это тексты на естественном языке, а также справочные схемы и таблицы. Задача преобразования этого в строгие формальные выражения — это разработка программного обеспечения.
В процессе разработки программного обеспечения существуют такие задачи, как анализ требований и организация требований, а также определение спецификаций, где содержание разработки организуется на основе документов заказчика.
Кроме того, на основе результатов определения спецификаций выполняется базовое проектирование.
Результаты этих задач в основном выражаются на естественном языке. По мере продвижения работы содержание становится логически строгим, чтобы облегчить создание конечной программы.
И на этапе базового проектирования, который сосредоточен на естественном языке, продукт должен быть способен работать на компьютере и выполнять то, что хочет достичь заказчик.
Именно здесь требуется симуляционное мышление через естественную математику. Более того, здесь необходим двойной уровень симуляционного мышления.
Один из них — это симуляционное мышление для подтверждения того, может ли ожидаемое поведение быть достигнуто как взаимодействие между памятью компьютера и программой.
Другой — это симуляционное мышление для подтверждения того, действительно ли реализовано то, что хочет достичь заказчик.
Первое требует способности понимать внутреннюю работу компьютера посредством симуляционного мышления. Второе требует способности понимать задачи, которые заказчик будет выполнять с помощью программного обеспечения, посредством симуляционного мышления.
Таким образом, разработчики программного обеспечения обладают этими двойными способностями симуляционного мышления — принципиальным симуляционным мышлением и семантическим симуляционным мышлением — как эмпирическим навыком.
Заключение
Происхождение жизни — это тема, над которой работают многие ученые и любознательные люди. Однако понимание происхождения жизни таким образом, как это объясняется здесь, не является распространенным.
Это говорит о том, что симуляционное мышление — это способ мышления, который легко может отсутствовать у многих людей, независимо от их знаний или способностей.
С другой стороны, разработчики программного обеспечения активно используют симуляционное мышление для преобразования различных концепций в системы.
Конечно, симуляционное мышление не является исключительной прерогативой разработчиков программного обеспечения, но разработка программного обеспечения особенно требует и отлично подходит для тренировки этой способности.
Используя симуляционное мышление, можно не только собрать и понять полную картину сложных и передовых научных тайн, таких как происхождение жизни, но и сложные предметы, такие как организационные и социальные структуры.
Поэтому я считаю, что в будущем обществе люди с навыками симуляционного мышления, такие как разработчики программного обеспечения, будут играть активную роль в различных областях.