Chúng ta thường gặp khó khăn trong việc nhận thức đúng đắn các hiện tượng mà kết quả tích lũy thông qua tương tác.
Có một bài toán toán học phổ biến: một đứa cháu hỏi ông nội tiền tiêu vặt, bắt đầu với một yên và nhân đôi số tiền đó mỗi ngày trong một tháng.
Nếu người ông bất cẩn đồng ý, số tiền tiêu vặt sẽ lên tới một tỷ yên sau một tháng.
Lỗi này phát sinh từ xu hướng cho rằng nếu nhân đôi một yên vài lần không tạo ra một số tiền đáng kể, thì những lần nhân đôi tiếp theo cũng sẽ theo một quy luật tương tự.
Tuy nhiên, nếu cẩn thận theo dõi từng bước kết quả của sự tích lũy và tương tác này, sẽ rõ ràng rằng số tiền sẽ rất lớn, ngay cả khi không có kiến thức toán học nâng cao hoặc 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.
Tôi muốn gọi phương pháp tư duy này—bao gồm việc truy tìm lũy tiến sự tích lũy và tương tác để hiểu logic các kết quả—là "tư duy mô phỏng".
Bước đầu tiên trong nguồn gốc sự sống
Tương tự, chúng ta gặp khó khăn trong việc tìm hiểu về nguồn gốc sự sống.
Nguồn gốc sự sống đặt ra câu hỏi về việc các tế bào phức tạp đã xuất hiện như thế nào trên Trái Đất cổ đại, nơi ban đầu chỉ chứa các chất hóa học đơn giản.
Khi xem xét vấn đề này, các giải thích đôi khi dựa vào một phép màu ngẫu nhiên, thoáng qua.
Tuy nhiên, từ góc độ của tích lũy và tương tác, nó có thể được hiểu như một hiện tượng thực tế hơn.
Trên Trái Đất, nước và không khí luân chuyển liên tục ở nhiều nơi khác nhau. Thông qua sự tuần hoàn này, các chất hóa học được di chuyển cục bộ và sau đó khuếch tán khắp hành tinh.
Những sự lặp lại đa dạng này khiến các chất hóa học phản ứng với nhau.
Kết quả là, Trái Đất sẽ chuyển từ trạng thái ban đầu chỉ có các chất hóa học đơn giản sang trạng thái bao gồm các chất hóa học phức tạp hơn một chút. Đương nhiên, vẫn sẽ có nhiều chất hóa học đơn giản.
Và bởi vì các chất hóa học phức tạp hơn một chút là sự kết hợp của những chất đơn giản, nên mặc dù tổng số lượng của chúng có thể ít hơn, nhưng sự đa dạng của chúng sẽ lớn hơn so với các chất hóa học đơn giản.
Quá trình chuyển đổi trạng thái này không chỉ xảy ra ở những khu vực nhỏ, cục bộ trên Trái Đất; nó diễn ra đồng thời trên toàn bộ hành tinh.
Hơn nữa, do sự tuần hoàn toàn cầu của nước và khí quyển Trái Đất, các sự kiện xảy ra trong không gian hạn chế sẽ khuếch tán ra bên ngoài, khiến các chất hóa học hòa trộn lẫn nhau trên khắp Trái Đất. Điều này dẫn đến một Trái Đất chứa nhiều loại chất hóa học phức tạp hơn một chút so với trạng thái ban đầu của nó.
Ý nghĩa của Bước đầu tiên
Không có bằng chứng trực tiếp cho sự chuyển đổi từ trạng thái ban đầu sang trạng thái hiện tại này; đó là một giả thuyết. Tuy nhiên, sẽ khó có ai có thể phủ nhận điều đó. Trên thực tế, 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, liên quan đến các chất hóa học phức tạp hơn một chút, đã sở hữu khả năng tự duy trì, sao chép và trao đổi chất. Tuy nhiên, đây không phải là khả năng tự duy trì, sao chép và trao đổi chất tinh vi cao được tìm thấy trong các sinh vật sống.
Tất cả các chất hóa học phức tạp hơn một chút đều có thể bị phá hủy và được tạo ra. Tuy nhiên, trên quy mô hành tinh, mỗi loại chất hóa học phức tạp hơn một chút này đều duy trì một lượng nhất định không đổi.
Chính việc một lượng không đổi được duy trì giữa quá trình tạo ra và phá hủy lặp đi lặp lại này chứng tỏ bản chất tự duy trì thông qua trao đổi chất.
Hơn nữa, các chất hóa học phức tạp hơn một chút này không tồn tại dưới dạng các đơn vị riêng lẻ; mặc dù tỷ lệ của chúng có thể nhỏ, nhưng số lượng tuyệt đối của chúng là rất lớn.
Ngay cả khi đây không phải là tự sao chép, thì đó là một hoạt động sản xuất tạo ra các chất hóa học giống hệt nhau. Mặc dù điều này hơi khác so với thuật ngữ "sao chép", nhưng nó mang lại hiệu quả 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 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 xem nó như 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.
Hơn nữa, hiện tượng 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 mà lại xuất hiện trên Trái Đất cho thấy rằng có điều gì đó khác biệt đã xảy ra trên Trái Đất so với các hành tinh khác.
Việc xem xét "điều gì đó" đó là gì là giai đoạn tiếp theo.
Tuy nhiên, sau khi hiểu bước khởi đầu này, chúng ta sẽ không còn có thể nghĩ về bước tiếp theo trong nguồn gốc sự sống một cách cục bộ nữa. Bước tiếp theo, giống như bước đầu tiên, cũng phải được xem xét như một hiện tượng toàn cầu của Trái Đất.
Và bước tiếp theo là Trái Đất chuyển sang trạng thái chứa các chất hóa học thậm chí 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 lũy tiến.
Ảnh hưởng của Polymer và Địa hình Trái Đất
Sự hiện diện của polymer đóng một vai trò quan trọng ở đây. Protein và axit nucleic là các polymer. Các 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 củng cố tính chất tiến hóa của cơ chế này.
Vô số hồ và ao trên Trái Đất đóng vai trò là các địa điểm thử nghiệm khoa học biệt lập. Chắc hẳn đã có hàng triệu địa điểm như vậy trên khắp hành tinh. Mỗi địa điểm cung cấp một môi trường khác nhau trong khi vẫn cho phép trao đổi các chất hóa học thông qua tuần hoàn nước và khí quyển toàn cầu.
Sức mạnh của tư duy mô phỏng
Khi nguồn gốc sự sống được hình dung theo cách này, việc làm bất cứ điều gì khác ngoài việc chỉ trích nó bằng cách nói "không có bằng chứng" trở nên bất khả thi. Thay vào đó, người ta sẽ phải tìm kiếm một cơ chế bác bỏ cơ chế 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 về nguồn gốc sự sống. Bằng cách sử dụng tư duy mô phỏng, xem xét sự tích lũy và tương tác từ những sự thật chúng ta đã biết, giống như người ta có thể hiểu được số tiền tiêu vặt trở nên khổng lồ như thế nào sau 30 ngày, người ta cũng có thể hiểu được sự sống đã có thể bắt nguồn từ Trái Đất như thế nào.
Giả thuyết đám mây bụi
Bức xạ cực tím mạnh trên bề mặt Trái Đất cản trở sự trao đổi các chất hóa học. Tuy nhiên, Trái Đất cổ đại, với hoạt động núi lửa và các vụ va chạm thiên thạch thường xuyên, chắc hẳn đã được bao phủ bởi một đám mây tro núi lửa và bụi, có tác dụng che chắn nó khỏi tia cực tím.
Ngoài ra, khí quyển chứa hydro, oxy, carbon và nitơ—các nguyên tử là nguyên liệu thô quan trọng cho các monome quan trọng đối với sự sống—và bụi chứa các nguyên tử quý hiếm khác. Bề mặt của bụi cũng đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình tổng hợp hóa học của các monome.
Hơn nữa, ma sát từ bụi sẽ tạo ra năng lượng như nhiệt và sét, trong khi mặt trời liên tục cung cấp năng lượng dưới dạng tia cực tím và nhiệt.
Đám mây bụi này là nhà máy monome tối thượng, hoạt động 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm, sử dụng toàn bộ Trái Đất và tất cả năng lượng mặt trời đổ vào nó.
Tương tác của các cơ chế
Hãy nhớ lại bước khởi đầu: 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 tắc tích lũy độ phức tạp thành polymer được hiện thực hóa, và hàng triệu phòng thí nghiệm khoa học liên kết với nhau tồn tại.
Ngay cả khi điều này không giải thích đầy đủ về nguồn gốc sự sống, không có nghi ngờ gì rằng nó hình thành một cơ chế để tạo ra các chất hóa học phức tạp cần thiết cho các sinh vật sống.
Và hãy nhớ lập luận rằng bước khởi đầu đã chứa đựng bản chất của sự sống.
Một Trái Đất được tạo ra như một sự mở rộng của bước này, chứa các chất hóa học cực kỳ phức tạp, do đó phải thể hiện bản chất của sự sống ở một cấp độ tiên tiến hơn.
Chúng ta có thể thấy điều này dẫn đến một Trái Đất nơi có một loạt các chất hóa học cực kỳ phức tạp và các hiện tượng thiết yếu của sự sống tinh vi.
Những nét hoàn thiện
Giờ đây, chúng ta có thể xem xét nguồn gốc sự sống dựa trên một Trái Đất đã đạt đến trạng thái cực kỳ thuận lợi, một tiền đề thường không được giả định trong các cuộc thảo luận hiện có.
Điều gì khác cần thiết cho sự xuất hiện của các sinh vật sống?
Đó là việc tạo ra và tích hợp các cơ chế chức năng mà các sinh vật sống yêu cầu.
Điều này dường như không đòi hỏi bất kỳ sự sắp xếp đặc biệt nào và có vẻ có thể giải thích được như một sự 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 quá trình mô phỏng.
Ví dụ, việc cố gắng mô phỏng cơ chế nguồn gốc sự sống như đã mô tả ở đây trên máy tính sẽ không hề 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 chính xác.
Mặc dù phương thức biểu đạt là văn bản lời nói, 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, hoàn toàn có thể nắm bắt các xu hướng tổng thể và những thay đổi về thuộc tính. Nếu có lỗi, chúng không phải do thiếu hình thức hóa, mà là do bỏ qua các điều kiện cơ bản hoặc ảnh hưởng của các tương tác cụ thể.
Vì vậy, tư duy mô phỏng có thể thực hiện được bằng ngôn ngữ tự nhiên, ngay cả khi không cần định nghĩa các biểu thức hình thức.
Tôi tin rằng ngay cả khi không có các biểu thức hình thức, các khái niệm toán học vẫn có thể được diễn đạt 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 cần thiết cho việc hình thức hóa được loại bỏ, cho phép nhiều người 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 dựa trên 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 là sự lặp lại của các phép tính sử dụng dữ liệu trong không gian bộ nhớ và đặt kết quả vào cùng hoặc khác dữ liệu trong không gian bộ nhớ.
Nói cách khác, một chương trình tự thân là sự tương tác tích lũy.
Hơn nữa, điều mà người ta muốn đạt được khi phát triển phần mềm thường được nắm bắt thông qua các tài liệu và phỏng vấn với người đặt hàng phát triển.
Vì mục tiêu cuối cùng là hiện thực hóa nó trong một chương trình, nội dung của nó cuối cùng phải là sự tương tác tích lũy của dữ liệu.
Tuy nhiên, người đặt hàng phát triển phần mềm không phải là chuyên gia lập trình. Do đó, họ không thể mô tả một cách chặt chẽ điều họ muốn đạt được bằng các biểu thức hình thức.
Hậu quả là, những gì thu được từ tài liệu và phỏng vấn là các văn bản ngôn ngữ tự nhiên, và các biểu đồ, bảng biểu bổ sung. Quá trình chuyển đổi những thứ này thành các biểu thức hình thức chặt chẽ chính là công việc phát triển phần mềm.
Trong quá trình phát triển phần mềm, có các tác 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 của định nghĩa đặc tả, thiết kế cơ bản được thực hiện.
Kết quả của các tác vụ này cho đến nay chủ yếu được diễn đạt bằng ngôn ngữ tự nhiên. Khi công việc tiến triển, nội dung trở nên chặt chẽ hơn về mặt logic, giúp việc tạo chương trình cuối cùng dễ dàng hơn.
Và ở giai đoạn thiết kế cơ bản, tập trung vào ngôn ngữ tự nhiên, nó phải là thứ có thể hoạt động trên máy tính và đạt được điều mà khách hàng mong muốn.
Đây chính là nơi cần đến tư duy mô phỏng, sử dụng Toán học Tự nhiên. Hơn nữa, tư duy mô phỏng kép là cần thiết ở đây.
Một là tư duy mô phỏng để xác nhận liệu hoạt động mong muốn có thể đạt được như một tương tác giữa không gian bộ nhớ máy tính và chương trình hay không.
Hai là tư duy mô phỏng để xác nhận liệu điều khách hàng muốn đạt được có thực sự được hiện thực hóa hay không.
Cái trước đòi hỏi khả năng nắm bắt hoạt động bên trong của máy tính thông qua tư duy mô phỏng. Cái 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.
Theo cách này, các nhà phát triển phần mềm sở hữu khả năng tư duy mô phỏng kép—cả tư duy mô phỏng theo nguyên tắc và tư duy mô phỏng ngữ nghĩa—như một kỹ năng kinh nghiệm.
Kết luận
Nhiều nhà khoa học và những người có trí tò mò cao đang nghiên cứu về nguồn gốc sự sống. Tuy nhiên, việc tiếp cận nguồn gốc sự sống theo cách được mô tả ở đây không phổ biến.
Điều này cho thấy tư duy mô phỏng là một phương thức tư duy mà nhiều người có xu hướng thiếu, bất kể kiến thức hay khả năng của họ.
Mặt khác, các nhà phát triển phần mềm tận dụng tư duy mô phỏng để chuyển đổi các 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 phát triển phần mềm đặc biệt yêu cầu khả năng này và rất phù hợp để rèn luyện nó.
Bằng cách sử dụng tư duy mô phỏng, người ta không chỉ có thể xây dựng và hiểu bức tranh tổng thể về các bí ẩn khoa học phức tạp và tiên tiến như nguồn gốc sự sống, mà còn cả các 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, giống như các nhà phát triển phần mềm, sẽ đóng vai trò tích cực trong nhiều lĩnh vực khác nhau.