Chúng ta thường gặp khó khăn trong việc nắm bắt các hiện tượng mà kết quả tích lũy và tương tác.
Có một bài toán toán học phổ biến: một đứa cháu hỏi ông bà xin tiền tiêu vặt, bắt đầu với một yên và nhân đôi số tiền đó mỗi ngày trong một tháng.
Nếu người ông bà không nghi ngờ gì mà đồng ý, thì một tháng sau họ sẽ nợ một tỷ yên.
Lỗi này phát sinh vì chúng ta có xu hướng cho rằng nếu việc nhân đôi một yên vài lần không đáng kể, thì sự tiến triển sẽ tiếp tục theo cùng một con đường tuyến tính đó.
Tuy nhiên, bằng cách cẩn thận theo dõi kết quả của sự tích lũy và tương tác này, người ta có thể hiểu rằng kết quả sẽ là một khoản tiền khổng lồ, ngay cả khi không có kiến thức toán học nâng cao hay trực giác.
Do đó, đây không phải là vấn đề về kiến thức hay khả năng, mà là vấn đề về phương pháp tư duy.
Và phương pháp tư duy này, nơi người ta theo dõi dần dần sự tích lũy và tương tác để hiểu một cách logic kết quả, là điều tôi muốn gọi là "tư duy mô phỏng".
Bước đầu tiên trong nguồn gốc sự sống
Tương tự, chúng ta gặp khó khăn trong việc tìm hiểu nguồn gốc sự sống.
Nguồn gốc sự sống là câu hỏi về cách các tế bào phức tạp xuất hiện trên Trái Đất cổ đại, nơi ban đầu chỉ chứa các chất hóa học đơn giản.
Khi xem xét vấn đề này, đôi khi các giải thích được đưa ra dựa vào một phép màu ngẫu nhiên, thoáng qua.
Tuy nhiên, từ góc độ tích lũy và tương tác, nó có thể được hiểu là một hiện tượng thực tế hơn.
Nước và không khí lưu thông lặp đi lặp lại ở nhiều nơi khác nhau trên Trái Đất. Do đó, các chất hóa học được di chuyển cục bộ và sau đó khuếch tán khắp hành tinh.
Thông qua các quá trình lặp lại khác nhau này, các chất hóa học phản ứng với nhau.
Điều này sẽ dẫn đến sự chuyển đổi từ trạng thái ban đầu, chỉ chứa các chất hóa học đơn giản, sang trạng thái bao gồm các chất hóa học phức tạp hơn một chút. Tất nhiên, nhiều chất hóa học đơn giản vẫn sẽ có mặt.
Và vì các chất hóa học phức tạp hơn một chút là sự kết hợp của các chất hóa học đơn giản, số lượng của chúng ít hơn, nhưng sự đa dạng của chúng lớn hơn so với các chất hóa học đơn giản.
Sự chuyển đổi trạng thái này không chỉ xảy ra ở những khu vực nhỏ, cục bộ trên Trái Đất; nó xảy ra đồng thời và song song trên toàn bộ hành tinh.
Hơn nữa, do sự lưu thông của nước và khí quyển Trái Đất, những gì xảy ra ở một khu vực nhỏ sẽ khuếch tán vào môi trường xung quanh, khiến các chất hóa học trộn lẫn trên toàn bộ Trái Đất. Điều này dẫn đến một Trái Đất nơi có nhiều loại chất hóa học đa dạng, phức tạp hơn một chút so với trạng thái ban đầu, hiện đang tồn tại.
Ý nghĩa của bước đầu tiên
Không có bằng chứng cho sự chuyển đổi này từ trạng thái ban đầu sang trạng thái hiện tại; đây là một suy luận. Tuy nhiên, không ai có thể phủ nhận điều đó. Thay vào đó, để phủ nhận nó, người ta sẽ cần giải thích tại sao cơ chế phổ quát này, có thể quan sát được ngay cả ngày nay, lại không hoạt động.
Cơ chế này đã có khả năng tự duy trì, sao chép và trao đổi chất đối với các chất hóa học phức tạp hơn một chút. Tuy nhiên, đây không phải là khả năng tự duy trì, sao chép và trao đổi chất tiên tiến cực kỳ gần với sinh vật sống.
Tất cả các chất hóa học phức tạp hơn một chút đều có thể bị phân hủy và được hình thành. Tuy nhiên, ở quy mô hành tinh, mỗi chất hóa học phức tạp hơn một chút duy trì một lượng nhất định không đổi.
Chính thực tế là một lượng không đổi được duy trì thông qua quá trình hình thành và phân hủy lặp đi lặp lại đã chứng minh bản chất của sự tự duy trì thông qua quá trình trao đổi chất.
Hơn nữa, các chất hóa học phức tạp hơn một chút không chỉ tồn tại dưới dạng các phân tử đơn lẻ; mặc dù tỷ lệ của chúng có thể nhỏ, nhưng số lượng của chúng là rất lớn.
Mặc dù đây không phải là tự sao chép, nhưng nó là một hoạt động sản xuất tạo ra nhiều hơn cùng một chất hóa học. Mặc dù thuật ngữ "sao chép" có thể hơi khác, nhưng nó mang lại hiệu ứng tương tự.
Nói cách khác, hiện tượng không thể phủ nhận về việc Trái Đất chuyển đổi từ chỉ chứa các chất hóa học đơn giản sang bao gồm các chất hóa học phức tạp hơn một chút vừa là bước đầu tiên vừa là bản chất của nguồn gốc sự sống.
Hướng tới bước tiếp theo
Tất nhiên, trạng thái này, bao gồm các chất hóa học phức tạp hơn một chút, không phải là sự sống.
Cũng không hợp lý khi coi đây là hoạt động của sự sống trên quy mô hành tinh. Nó chỉ đơn thuần là một trạng thái mà các chất hóa học phức tạp hơn một chút có mặt do các phản ứng hóa học lặp đi lặp lại.
Và điều này chắc chắn có thể xảy ra trên các hành tinh khác ngoài Trái Đất. Việc sự sống không xuất hiện trên các hành tinh khác nhưng lại xuất hiện trên Trái Đất cho thấy điều gì đó khác biệt đã xảy ra trên Trái Đất so với các hành tinh khác.
Xem xét điều gì đó đó là gì, là giai đoạn tiếp theo.
Tuy nhiên, sau khi hiểu bước đầu tiên này, chúng ta không nên nghĩ về bước tiếp theo trong nguồn gốc sự sống một cách cục bộ. Giống như bước đầu tiên, bước tiếp theo cũng phải được hình dung là một hiện tượng quy mô hành tinh.
Và bước tiếp theo là Trái Đất chuyển sang trạng thái chứa các chất hóa học thậm chí còn phức tạp hơn một chút.
Khi bước này được lặp lại, các chất hóa học dần dần và tích lũy trở nên phức tạp hơn.
Đồng thời, các cơ chế tự duy trì, sao chép và trao đổi chất cũng trở nên phức tạp hơn một cách dần dần.
Vai trò của Polymer và Địa hình Trái Đất
Tại đây, sự hiện diện của polymer đóng một vai trò quan trọng. Protein và axit nucleic là các polymer. Polymer có thể tích lũy tạo ra các polymer phức tạp và đa dạng từ chỉ một vài loại monome. Sự tồn tại của các monome có khả năng hình thành polymer tăng cường tính chất tiến hóa của cơ chế này.
Vô số hồ và ao trên Trái Đất hoạt động như các địa điểm thí nghiệm khoa học cô lập. Chắc hẳn đã có hàng triệu địa điểm như vậy trên khắp hành tinh. Mỗi nơi sẽ là một môi trường khác nhau trong khi vẫn có thể trao đổi các chất hóa học thông qua sự lưu thông toàn cầu của nước và không khí.
Sức mạnh của tư duy mô phỏng
Khi nguồn gốc sự sống được hình dung theo cách này, việc đưa ra bất cứ điều gì khác ngoài lời chỉ trích "thiếu bằng chứng" là không thể. Thay vào đó, người ta sẽ phải tìm kiếm một cơ chế bác bỏ điều này. Tuy nhiên, tôi không thể hình dung ra một cơ chế như vậy.
Nói cách khác, giống như người ông trong ví dụ về tiền tiêu vặt, chúng ta đơn giản là chưa hiểu được nguồn gốc sự sống. Cũng như chúng ta có thể hiểu được khoản tiền tiêu vặt khổng lồ sau 30 ngày bằng cách áp dụng tư duy mô phỏng vào các sự kiện đã biết, xem xét sự tích lũy và tương tác, chúng ta cũng có thể hiểu được sự xuất hiện của sự sống trên Trái Đất.
Giả thuyết về đám mây bụi
Ánh sáng UV mạnh trên bề mặt sẽ cản trở sự trao đổi các chất hóa học. Tuy nhiên, Trái Đất cổ đại chắc hẳn đã được bao phủ bởi những đám mây tro núi lửa và bụi từ hoạt động núi lửa thường xuyên và các vụ va chạm thiên thạch. Những đám mây này sẽ ngăn chặn bức xạ tử ngoại.
Ngoài ra, khí quyển chứa hydro, oxy, carbon và nitơ – những nguyên tử là thành phần chính cho các monome sinh học quan trọng – trong khi bụi bao gồm các nguyên tử hiếm khác. Hơn nữa, bề mặt của bụi có thể hoạt động như một chất xúc tác cho quá trình tổng hợp hóa học các monome.
Hơn nữa, ma sát của bụi tạo ra năng lượng như nhiệt và sét, và mặt trời liên tục cung cấp năng lượng như bức xạ UV và nhiệt.
Đám mây bụi này là nhà máy monome tối thượng, hoạt động 24/7, sử dụng toàn bộ Trái Đất và tất cả năng lượng mặt trời đổ vào nó.
Sự tương tác của các cơ chế
Nhớ lại bước đầu tiên: sự chuyển đổi sang một Trái Đất chứa các chất hóa học phức tạp hơn một chút.
Trên một hành tinh nơi cơ chế này đang hoạt động, có một nhà máy monome tối thượng, nguyên lý tích lũy độ phức tạp thành polymer được hiện thực hóa, và có hàng triệu phòng thí nghiệm khoa học được kết nối với nhau.
Ngay cả khi điều này không giải thích đầy đủ về nguồn gốc sự sống, không còn nghi ngờ gì nữa, nó cung cấp một cơ chế để tạo ra các chất hóa học phức tạp mà sinh vật sống cần.
Và hãy nhớ lập luận rằng bước đầu tiên đã chứa đựng bản chất của sự sống.
Một Trái Đất chứa các chất hóa học phức tạp cao, được tạo ra như một sự mở rộng của bước này, phải thể hiện bản chất của sự sống ở một cấp độ tiên tiến hơn.
Từ đây, chúng ta có thể thấy rằng một Trái Đất với một loạt các chất hóa học phức tạp cao và các hiện tượng thiết yếu của sự sống rất tiên tiến đã ra đời.
Bước hoàn thiện cuối cùng
Giờ đây, chúng ta đã đi đến một điểm mà chúng ta có thể xem xét nguồn gốc sự sống dựa trên giả định rằng Trái Đất đã đạt đến trạng thái cực kỳ thuận lợi, một tiền đề thường không được xem xét trong các cuộc thảo luận hiện có.
Còn điều gì cần thiết cho sự xuất hiện của sự sống?
Đó là việc tạo ra và tích hợp các cơ chế chức năng mà sinh vật sống đòi hỏi.
Điều này dường như không đòi hỏi bất kỳ sự sắp đặt đặc biệt nào và có thể được giải thích như một phần mở rộng tự nhiên của cuộc thảo luận cho đến nay.
Phương pháp tư duy mô phỏng
Tư duy mô phỏng khác với bản thân việc mô phỏng.
Ví dụ, việc cố gắng mô phỏng cơ chế nguồn gốc sự sống được giải thích ở đây bằng máy tính sẽ không dễ dàng.
Điều này là do lời giải thích của tôi thiếu các biểu thức hình thức, chặt chẽ cần thiết cho một mô phỏng.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là tư duy của tôi không chặt chẽ.
Mặc dù phương thức biểu đạt là ngôn ngữ tự nhiên, nhưng nó dựa trên một cấu trúc logic vững chắc, các sự kiện khoa học đã biết và lập luận khách quan bắt nguồn từ kinh nghiệm của chúng ta.
Do đó, nó hoàn toàn có khả năng nắm bắt các xu hướng tổng thể và sự thay đổi trong các thuộc tính. Nếu nó sai, đó không phải do thiếu sự hình thức hóa, mà là do bỏ sót các điều kiện cơ bản hoặc ảnh hưởng của các tương tác cụ thể.
Do đó, tư duy mô phỏng có thể thực hiện được bằng ngôn ngữ tự nhiên, ngay cả khi không định nghĩa các biểu thức hình thức.
Tôi tin rằng ngay cả khi không có các biểu thức hình thức, vẫn có thể diễn đạt các khái niệm toán học một cách chặt chẽ bằng ngôn ngữ tự nhiên.
Tôi gọi đây là "toán học tự nhiên".
Với toán học tự nhiên, công sức và thời gian để hình thức hóa là không cần thiết, cho phép một phạm vi rộng hơn các đối tượng có thể nắm bắt và hiểu toán học một cách rộng hơn so với toán học hiện có.
Và tư duy mô phỏng chính xác là một phương pháp tư duy sử dụng mô phỏng bằng ngôn ngữ tự nhiên.
Phát triển phần mềm
Tư duy mô phỏng là một kỹ năng không thể thiếu đối với các nhà phát triển phần mềm.
Một chương trình liên tục thực hiện các phép tính sử dụng dữ liệu trong không gian bộ nhớ và đặt kết quả vào cùng hoặc các dữ liệu khác trong không gian bộ nhớ.
Nói cách khác, một chương trình chính là sự tích lũy và tương tác.
Hơn nữa, những gì nhà phát triển phần mềm muốn đạt được thường được hiểu thông qua các tài liệu và cuộc phỏng vấn với người ủy quyền phát triển.
Vì mục tiêu cuối cùng là hiện thực hóa một điều gì đó bằng chương trình, nên nội dung, khi được kiểm tra kỹ lưỡng, phải là sự tương tác tích lũy của dữ liệu.
Tuy nhiên, người ủy quyền phát triển phần mềm không phải là chuyên gia lập trình. Do đó, họ không thể mô tả một cách chặt chẽ những gì họ muốn đạt được bằng các biểu thức hình thức.
Kết quả là, những gì thu được từ tài liệu và phỏng vấn là các văn bản bằng ngôn ngữ tự nhiên, cùng với các sơ đồ và bảng tham chiếu. Nhiệm vụ chuyển đổi điều này thành các biểu thức hình thức chặt chẽ chính là phát triển phần mềm.
Trong quá trình phát triển phần mềm, có các nhiệm vụ như phân tích yêu cầu và tổ chức yêu cầu, và định nghĩa đặc tả, nơi nội dung phát triển được tổ chức dựa trên tài liệu của khách hàng.
Ngoài ra, dựa trên kết quả định nghĩa đặc tả, thiết kế cơ bản được thực hiện.
Kết quả của các nhiệm vụ này chủ yếu được thể hiện bằng ngôn ngữ tự nhiên. Khi công việc tiến triển, nội dung trở nên chặt chẽ về mặt logic để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra chương trình cuối cùng.
Và ở giai đoạn thiết kế cơ bản, tập trung vào ngôn ngữ tự nhiên, sản phẩm phải có khả năng hoạt động trên máy tính và hoàn thành những gì khách hàng muốn đạt được.
Đây chính là lúc cần đến tư duy mô phỏng thông qua toán học tự nhiên. Hơn nữa, một lớp tư duy mô phỏng kép là cần thiết ở đây.
Một là tư duy mô phỏng để xác nhận xem hành vi mong muốn có thể đạt được như một sự tương tác giữa không gian bộ nhớ máy tính và chương trình hay không.
Cái còn lại là tư duy mô phỏng để xác nhận xem những gì khách hàng muốn đạt được có thực sự được hiện thực hóa hay không.
Điều trước đòi hỏi khả năng nắm bắt hoạt động bên trong của máy tính thông qua tư duy mô phỏng. Điều sau đòi hỏi khả năng nắm bắt các tác vụ mà khách hàng sẽ thực hiện bằng phần mềm thông qua tư duy mô phỏng.
Do đó, các nhà phát triển phần mềm sở hữu hai khả năng tư duy mô phỏng này – tư duy mô phỏng nguyên tắc và tư duy mô phỏng ngữ nghĩa – như một kỹ năng kinh nghiệm.
Kết luận
Nguồn gốc sự sống là một chủ đề mà nhiều nhà khoa học và những người có trí tò mò đang nghiên cứu. Tuy nhiên, việc hiểu nguồn gốc sự sống theo cách giải thích ở đây không phổ biến.
Điều này cho thấy tư duy mô phỏng là một lối tư duy mà nhiều người dễ thiếu, bất kể kiến thức hay khả năng của họ.
Mặt khác, các nhà phát triển phần mềm thường xuyên sử dụng tư duy mô phỏng để chuyển đổi nhiều khái niệm khác nhau thành các hệ thống.
Tất nhiên, tư duy mô phỏng không chỉ dành riêng cho các nhà phát triển phần mềm, nhưng việc phát triển phần mềm đặc biệt yêu cầu và rất tốt cho việc rèn luyện khả năng này.
Bằng cách sử dụng tư duy mô phỏng, người ta không chỉ có thể tổng hợp và hiểu bức tranh toàn cảnh về những bí ẩn khoa học phức tạp và tiên tiến như nguồn gốc sự sống, mà còn cả những chủ đề phức tạp như cấu trúc tổ chức và xã hội.
Do đó, tôi tin rằng trong xã hội tương lai, những cá nhân có kỹ năng tư duy mô phỏng, như các nhà phát triển phần mềm, sẽ đóng vai trò tích cực trong nhiều lĩnh vực khác nhau.