Перейти до вмісту
Ця стаття була перекладена з японської мови за допомогою ШІ
Читати японською
Ця стаття знаходиться в суспільному надбанні (CC0). Ви можете вільно використовувати її. CC0 1.0 Universal

Симуляційне мислення та походження життя

Ми часто маємо труднощі з правильним сприйняттям явищ, де результати кумулятивно накопичуються через взаємодію.

Існує поширена математична задача: онук просить у дідуся кишенькові гроші, починаючи з однієї єни і подвоюючи суму щодня протягом місяця.

Якщо дідусь необережно погодиться, то через місяць сума кишенькових грошей становитиме один мільярд єн.

Ця помилка виникає через схильність припускати, що якщо подвоєння однієї єни кілька разів не призводить до значної суми, то наступні подвоєння слідуватимуть подібному патерну.

Однак, якщо уважно відстежувати результати цього кумулятивного накопичення та взаємодії крок за кроком, стає зрозуміло, що сума буде величезною, навіть без передових математичних знань чи інтуїції.

Отже, це не проблема знань чи здібностей, а проблема методу мислення.

Я б хотів назвати цей метод мислення — який передбачає послідовне відстеження кумулятивного накопичення та взаємодії для логічного розуміння результатів — «симуляційним мисленням».

Перший крок у походженні життя

Так само ми намагаємося зрозуміти походження життя.

Походження життя ставить питання про те, як складні клітини виникли на стародавній Землі, яка спочатку містила лише прості хімічні речовини.

При розгляді цієї проблеми пояснення іноді спираються на швидкоплинне, випадкове диво.

Однак, з точки зору кумулятивної взаємодії та накопичення, це можна зрозуміти як більш реалістичне явище.

На Землі вода та повітря неодноразово циркулюють у різних місцях. Завдяки цій циркуляції хімічні речовини переміщуються локально, а потім розсіюються по всій планеті.

Ці різноманітні повторення змушують хімічні речовини реагувати одна з одною.

В результаті Земля повинна перейти від початкового стану лише простих хімічних речовин до стану, що включає трохи складніші хімічні речовини. Звісно, багато простих хімічних речовин все ще були б присутні.

І оскільки трохи складніші хімічні речовини є комбінаціями простих, тоді як їх загальна кількість може бути меншою, їхня різноманітність була б більшою, ніж у простих хімічних речовин.

Цей перехід стану відбувається не тільки в невеликих, локалізованих ділянках Землі; він відбувається одночасно по всій планеті.

Крім того, завдяки глобальній циркуляції води та атмосфери Землі, події, що відбуваються в замкнутих просторах, поширюються назовні, спричиняючи змішування хімічних речовин по всій Землі. Це призводить до того, що Земля містить різноманітний спектр трохи складніших хімічних речовин, ніж у її початковому стані.

Значення першого кроку

Прямих доказів переходу від початкового стану до цього поточного немає; це гіпотеза. Однак її важко заперечити. Насправді, щоб заперечити її, потрібно було б пояснити, чому цей універсальний механізм, який можна спостерігати навіть сьогодні, не функціонував би.

Цей механізм, що стосується трохи складніших хімічних речовин, вже має самопідтримання, реплікацію та метаболізм. Однак це не високорозвинені самопідтримання, реплікація та метаболізм, які зустрічаються в живих організмах.

Усі трохи складніші хімічні речовини можуть як руйнуватися, так і утворюватися. Проте в планетарному масштабі кожен тип цих трохи складніших хімічних речовин підтримує певну постійну кількість.

Сам факт підтримки постійної кількості серед цього повторюваного утворення та руйнування демонструє природу самопідтримання через метаболізм.

Крім того, ці трохи складніші хімічні речовини існують не як одиничні елементи; хоча їхня частка може бути невеликою, їх абсолютна кількість величезна.

Навіть якщо це не самореплікація, це продуктивна діяльність, яка генерує ідентичні хімічні речовини. Хоча це дещо відрізняється від терміну «реплікація», воно дає подібний ефект.

Іншими словами, незаперечне явище переходу Землі від стану, що містить лише прості хімічні речовини, до стану, що включає трохи складніші, є одночасно першим кроком і суттю походження життя.

Наступний крок

Звісно, цей стан, що включає дещо складніші хімічні речовини, сам по собі не є життям.

Також неможливо розглядати його як діяльність життя в планетарному масштабі. Це лише стан, коли присутні дещо складніші хімічні речовини через повторювані хімічні реакції.

Більше того, це явище, безумовно, могло б відбуватися і на інших планетах, крім Землі. Той факт, що життя не виникло на інших планетах, але виникло на Землі, свідчить про те, що на Землі сталося щось інше, порівняно з іншими планетами.

Розгляд того, що ж це «щось» могло бути, є наступним етапом.

Однак, зрозумівши цей початковий крок, ми вже не повинні розглядати наступний крок у походженні життя локалізовано. Наступний крок, як і перший, також має розглядатися як глобальне явище Землі.

І наступним кроком є перехід Землі до стану, що містить ще дещо складніші хімічні речовини.

По мірі повторення цього кроку хімічні речовини поступово та кумулятивно ставатимуть складнішими.

Одночасно механізми самопідтримки, реплікації та метаболізму також ставатимуть дедалі складнішими.

Вплив полімерів та топографії Землі

Присутність полімерів відіграє тут значну роль. Білки та нуклеїнові кислоти — це полімери. Полімери можуть кумулятивно створювати складні та різноманітні полімери лише з кількох типів мономерів. Існування мономерів, здатних утворювати полімери, посилює еволюційний характер цього механізму.

Численні озера та ставки на Землі функціонують як ізольовані наукові експериментальні майданчики. Таких місць по всьому світу мали бути мільйони. Кожне з них забезпечувало різне середовище, дозволяючи обмін хімічними речовинами через глобальну циркуляцію води та атмосфери.

Сила симуляційного мислення

Щойно походження життя уявляється таким чином, стає неможливим робити щось більше, ніж критикувати його, кажучи «немає доказів». Натомість потрібно було б шукати механізм, який спростовує цей механізм. Однак я не можу уявити такого механізму.

Іншими словами, як і дідусь у прикладі з кишеньковими грішми, ми просто не зрозуміли походження життя. Застосовуючи симуляційне мислення, враховуючи кумулятивну взаємодію та накопичення з фактів, які ми вже знаємо, так само, як можна зрозуміти, як сума кишенькових грошей стає величезною через 30 днів, можна також зрозуміти, як могло виникнути життя на Землі.

Гіпотеза хмари пилу

Сильне ультрафіолетове випромінювання на поверхні Землі перешкоджає обміну хімічних речовин. Однак стародавня Земля з її частою вулканічною активністю та падіннями метеоритів, ймовірно, була вкрита хмарою вулканічного попелу та пилу, яка б захищала її від ультрафіолетових променів.

Крім того, атмосфера містила водень, кисень, вуглець і азот — атоми, які є ключовою сировиною для важливих мономерів життя, — а пил містив інші рідкісні атоми. Поверхня пилу також слугувала каталізатором для хімічного синтезу мономерів.

Більш того, тертя від пилу генерувало б енергію, таку як тепло та блискавки, тоді як сонце безперервно постачало енергію у вигляді ультрафіолетового світла та тепла.

Ця хмара пилу була кінцевою фабрикою мономерів, що працювала 24 години на добу, 365 днів на рік, використовуючи всю Землю та всю сонячну енергію, що виливалася на неї.

Взаємодія механізмів

Пригадайте початковий крок: перехід до Землі, що містить дещо складніші хімічні речовини.

На планеті, де функціонує цей механізм, існує кінцева фабрика мономерів, реалізується принцип накопичення складності в полімери, і існують мільйони взаємопов'язаних наукових лабораторій.

Навіть якщо це не повністю пояснює походження життя, безсумнівно, що це утворює механізм для генерування складних хімічних речовин, необхідних живим організмам.

І пам'ятайте аргумент, що початковий крок вже містить сутність життя.

Земля, утворена як продовження цього кроку, що містить високоскладні хімічні речовини, повинна, отже, втілювати сутність життя на більш просунутому рівні.

Ми бачимо, як це призводить до Землі, де присутній різноманітний спектр високоскладних хімічних речовин і складних життєво важливих явищ.

Завершальні штрихи

Тепер ми можемо розглядати походження життя, виходячи з припущення, що Земля досягла надзвичайно вигідного стану, що зазвичай не передбачається в існуючих дискусіях.

Що ще потрібно для виникнення живих організмів?

Це створення та інтеграція функціональних механізмів, які необхідні живим організмам.

Це, здається, не вимагає якихось особливих домовленостей і може бути пояснено як природне продовження обговорення до цього моменту.

Метод симуляційного мислення

Симуляційне мислення відрізняється від власне симуляції.

Наприклад, спроба симулювати механізм походження життя, як описано тут, на комп'ютері, не була б легкою.

Це тому, що моє пояснення не має суворих формальних виразів, необхідних для симуляції.

Однак це не означає, що моє мислення неточне.

Хоча спосіб вираження — це словесний текст, він базується на міцній логічній структурі, відомих наукових фактах та об'єктивних міркуваннях, що ґрунтуються на нашому досвіді.

Тому цілком можливо охопити загальні тенденції та зміни властивостей. Якщо є помилки, то вони не через відсутність формалізації, а через ігнорування основних умов або впливу специфічних взаємодій.

Таким чином, симуляційне мислення можливе з використанням природної мови, навіть без визначення формальних виразів.

Я вірю, що навіть без формальних виразів математичні концепції можуть бути строго виражені за допомогою природної мови.

Я називаю це природною математикою.

Завдяки природній математиці зусилля та час, необхідні для формалізації, усуваються, дозволяючи більшій кількості людей математично охоплювати та розуміти ширший спектр концепцій, ніж за допомогою існуючої математики.

А симуляційне мислення — це саме метод мислення, що використовує симуляцію на основі природної мови.

Розробка програмного забезпечення

Симуляційне мислення є незамінною навичкою для розробників програмного забезпечення.

Програма – це повторення обчислень з використанням даних у пам'яті та розміщення результатів у тих самих або інших даних у пам'яті.

Іншими словами, програма — це кумулятивна взаємодія сама по собі.

Крім того, те, чого прагнуть досягти, розробляючи програмне забезпечення, зазвичай отримують з документів та інтерв'ю з особою, яка замовляє розробку.

Оскільки кінцевою метою є реалізація цього в програмі, її зміст має бути зрештою кумулятивною взаємодією даних.

Однак особа, яка замовляє розробку програмного забезпечення, не є експертом з програмування. Тому вона не може строго описати те, що хоче досягти, використовуючи формальні вирази.

Відповідно, те, що отримується з документів та інтерв'ю, — це тексти природною мовою, а також додаткові схеми та таблиці. Процес перетворення їх у строгі формальні вирази — це те, що передбачає розробка програмного забезпечення.

Під час процесу розробки програмного забезпечення існують такі завдання, як аналіз та організація вимог, а також визначення специфікацій, де зміст розробки організовується на основі документів замовника.

Крім того, на основі результатів визначення специфікацій виконується базове проектування.

Результати цих завдань до цього моменту виражаються переважно природною мовою. По мірі розвитку роботи зміст стає логічно більш строгим, що полегшує створення кінцевої програми.

І на етапі базового проектування, зосередженого на природній мові, це має бути щось, що може функціонувати на комп'ютері та досягати того, чого бажає замовник.

Саме тут потрібне симуляційне мислення з використанням природної математики. Більше того, тут необхідне подвійне симуляційне мислення.

Одне — це симуляційне мислення для підтвердження того, чи можна досягти очікуваної операції як взаємодії між комп'ютерним простором пам'яті та програмою.

Інше — це симуляційне мислення для підтвердження того, чи дійсно реалізовано те, що хоче досягти замовник.

Перше вимагає здатності розуміти внутрішню роботу комп'ютера за допомогою симуляційного мислення. Останнє вимагає здатності розуміти завдання, які замовник виконуватиме за допомогою програмного забезпечення, за допомогою симуляційного мислення.

Таким чином, розробники програмного забезпечення володіють подвійною здатністю симуляційного мислення — як принциповим симуляційним мисленням, так і семантичним симуляційним мисленням — як емпіричною навичкою.

Висновок

Багато вчених та інтелектуально допитливих людей займаються вивченням походження життя. Однак підхід до походження життя у спосіб, описаний тут, не є поширеним.

Це свідчить про те, що симуляційне мислення — це спосіб мислення, якого багатьом людям бракує, незалежно від їхніх знань чи здібностей.

З іншого боку, розробники програмного забезпечення використовують симуляційне мислення для перетворення різних концепцій у системи.

Звісно, симуляційне мислення не є винятковою прерогативою розробників програмного забезпечення, але розробка програмного забезпечення особливо вимагає цієї здатності та ідеально підходить для її вдосконалення.

Використовуючи симуляційне мислення, можна не лише побудувати та зрозуміти загальну картину складних та передових наукових таємниць, таких як походження життя, а й складніші об'єкти, такі як організаційні та суспільні структури.

Тому я вважаю, що в суспільстві майбутнього люди з навичками симуляційного мислення, подібно до розробників програмного забезпечення, відіграватимуть активну роль у різних сферах.