Главная » Компьютеры » Другой дизайн

Другой дизайн

[ad_1]

Только пару лет назад, если кто-то спросил меня, что было самым научным открытием 20-го века, я бы был бы тупой, не зная, научная дисциплина на пользу: физика, генетика, комп & # 39; Компьютерная наука? Теперь я немного не спешил бы называть Ильи Пригожина (1917-2003) и его открытием спонтанной самоорганизации в системах, далеких от равновесия, поскольку, помимо прочего, это лишает меня необходимости выбирать между многими достойными научных дисциплины: открытие Пригожина касается их всех.

Для большинства людей термин evolution ассоциируется исключительно с Чарльзом Дарвином и биологией. Пригожин продолжил эволюционный подход ко многим другим сферам науки.

Он имел предшественников. Больцман (1844-1906) хорошо известен как отец термодинамики. Но мало кто знает, что его намерение состояло в физике, сделал Дарвин в биологии, чтобы объяснить формирование и развитие сложных систем. Бильцман начал изучать не отдельные частицы, а большие популяции их — статистически.

Он сформулировал понятие энтропии степени расстройства в системе и открыл второй закон термодинамики, с помощью которого энтропия в закрытом (то есть не взаимодействие с чем другим) система растет со временем. Например, если горячая вода смешивается с холодной водой в изолированном сосуде, то система (недалеко от закрытия) в конечном итоге достигает внутреннего равновесия — равномерного состояния с одинаковой температурой повсеместно

. Однако это привело к довольно пессимистический сценарий для будущей судьбы Вселенной: "смерть тепла" — вполне равномерное состояние повсюду. Никакой разницы, никакой разницы. Нет жизни. Это было абсолютно противоположное тому, что хотел достичь Болцман, что привело его к глубокой депрессии. Он потерпел неудачу. Где Дарвин показал, как может с & # 39; явиться новый вид, развиваясь от простого к более сложному, Больцман только показал развитие от комплекса назад к простому.

Но в каком-то смысле он преуспел. Однако пессимистическим результатам он продемонстрировал необратимость времени. В конце концов, вся современная физика, как классическая, так и квантовая, описывает траектории частиц (классических) или волновых функций (квантов) как обратный по времени. Уравнения, как Ньютона, так и Шриджер, являются симметричными. Коллапс волновой функции, широко призван продемонстрировать необратимость квантовых систем, ничего не объясняет, так как он оказывается за пределами формализма квантовой механики, во взаимодействии между квантовой системой и классическим наблюдателем: квантовая система необратимо меняется, как только она наблюдается Можно сказать, что коллапс волновой функции — это еще одна формулировка парадокс времени. Уравнения ясно говорят, что время оборотный. Однако мы хорошо знаем из нашего жизненного опыта, яйцо, когда разорвано, никогда не вернется к целому.

Некоторые ученые пошли далеко, чтобы утверждать, что время на самом деле является обратным, что мы просто не живем достаточно долго, чтобы это заметить. Вероятно, в конечном итоге, через несколько миллионов лет, где-то во Вселенной, яйцо таинственное возвращает целое от некоторого случайного движения частиц

. Нужно Ильи Пригожина завершить, что начал Болцман, и показать, почему точку зрения, выраженная в предыдущий пункт неправильный.

Вместо того, чтобы изучать простые системы, близкие к равновесию, как и все остальные, в то время, Пригожин выбрал в качестве своего предмета сложные нелинейные системы, далекие от равновесия. Простые системы — естественный первый шаг в научной разведке. Они могут быть точно решены, выраженные в формулах. Их решения могут быть приняты как интуитивно понятный баллов, что можно ожидать от более сложной системы, по крайней мере в определенном приближении. Они хорошо определены, более легко воспроизводятся и, следовательно, более подвержены контролируемом эксперимента. Более того, это так, как мы склонны к дизайну. Подавляющее большинство наших технологических устройств, от древних времен до наших дней, являются простыми и максимально закрытыми, поскольку это делает их управляемыми, более debuggable — то есть, предсказуемыми. Трудно осознать неуклюжий хаос!

Проблема с простыми системами заключается в том, что они уже находятся вблизи равновесия. Недаром Больцман пришел к сценарию "тепловой смерти"

Но системы дальние от равновесия ведут себя совершенно по-разному. Понятно, что энтропия замкнутой системы все еще растет. Но система открытой системы теоретически может уменьшить свою энтропию, пройдя ее к внешней среде, так что общая энтропия все еще подчиняется второму закону термодинамики. Невероятно, что, как обнаружил Пригожин, открытые системы, которые находятся вдали от равновесия, проявляют тенденцию, совершенно противоположную сценария "тепловой смерти": в среднем снижают свою энтропию, стихийно самоорганизуючись! Подумайте об этом как о множестве "четвертого закона термодинамики".

Смесь горячей и холодной воды, когда остается по одному в изолированном сосуде, выравнивает в температуре. Но если вода постоянно нагревается, когда оно закипает, клетки конвекции гексагональную спонтанно развивающихся вода движется вверх и вниз в гексагональных цилиндрах. Как только тепло снимается, вода останавливает кипения и выравнивает. Чтобы сохранить свою энтропию и, таким образом, увеличивать порядок, система должна оставаться открытой, она должна оставаться в постоянном обмене энергией с окружающей средой

Вода не может быть вечной. Также не может быть даже более сложной системой, гораздо дальше от равновесия, такими как функция человеческого тела навсегда. Каждая индивидуальная система в конце концов подвергается энтропии. Но статистически, с точки зрения популяций, спонтанная самоорганизация растет. И так, энергетический обмен продолжает расти. Живые системы, например, меняют энергию гораздо быстрее и много других каналов, чем неживые вещества.

Но эволюция, которая понимается в широком смысле как постоянно растущая спираль самоорганизации, не ограничивается живыми системами. От фрактальной крупномасштабной структуры Вселенной к образованию и эволюции галактик, к звезд и планет, в геологических процессов, в жизни — это не грязь, а для мозга и сознания, общества и культуры и экономики, самоорганизация постоянно растет. И в бесконечном Вселенной, которая является единственно по-настоящему замкнутой системой, эта прогрессия может продолжаться без ограничений

Кто знает, что дальше?

Вот почему открытие Пригожина столь важно. Это универсальное, охватывающая все. Это дает нам совершенно новую научную парадигму — науку о сложности — приведение эволюционного принципа ко многим различным дисциплинам в самом общем виде. Пригогин упоминается давно после того, как большинство научных любовников ХХ века были забыты.

Системы, разрабатываемые по эволюционным принципом, называли комплексными адаптивными системами Мюррея Гелл-Манна (б. 1929)) Они и сложные нелинейные системы, далекие от равновесия вообще, имеют важное свойство. Любую классическую или квантовую систему можно описать в терминах траекторий индивидуальных частиц (классических) или волновых функций (квантовых), а также в терминах статистической функции распределения плотности (классической) или матрицы плотности (квантовой). Для простой системы эти описания эквивалентны; эти системы обратно. Но сложные системы далеки от равновесия имеют статистические решения, которые вообще не могут быть выражены с точки зрения индивидуальных частиц (это означает, что он означает чтобы быть далеким от равновесия). Вся это больше, чем сумма его частей. И именно эти решения являются необратимыми.

Важно понимать, что предмет науки — это вид знаний, который можно испытать экспериментом. Поэтому цель науки состоит не в том, чтобы установить абсолютную истину — это принципиально невозможно, поскольку эксперименты не могут доказать, а лишь потенциально опровергнуть теорию. Цель науки заключается в том, чтобы примерно реальности построить модель, которая позволяет предсказать эксперимент с разумной точностью. Наука не является монолитной, а достаточно слабо д & # 39; связанной совокупности теорий, каждая из которых имеет свою специфическую область применения. Классическая механика, например, не применяется к очень высоких скоростей и очень малых размеров. Квантовая механика, будучи линейной, касается только простых систем (как мы увидим в ближайшее время) и так далее. Теории, как правило, заменяются через некоторое время новыми. Значительная часть научного знания не является абсолютной

. Учитывая это, вышеупомянутое определяющее свойство систем, далеких от равновесия, означает, что многие отрасли науки не могут быть сведены к физике. Изучение поведения дельфинов невозможно путем деконструювання их в элементарные частицы, даже если у него есть бесконечная способность обработки для решения уравнений

Это также потому, что не существует единой теории всего

Комплекса нелинейные системы не решаются точно, даже не численно, в многих случаях. Как описано в [1] Т. Петроський, один из учений Пригожина, запустил комп & # 39; Компьютерное моделирование системы с одной звездой, одной планетой и кометой. Он пытался предсказать количество орбит, комета будет делать перед исключением из системы. Если начальные координаты и скорости были округлены до одной части в миллион, то ответ составляла 757 орбит. Если в одной части в десять миллионов, это было 38 орбит; одна часть на сто миллионов, 235 орбит; одна часть в 1016, 17 орбит. Однако разные результаты можно было бы получить с помощью различных способов округления промежуточных результатов расчетов. Без абсолютных знаний и бесконечной точности в расчетах орбита кометы была просто непредсказуемой. Но не было случайности. Система управлялась детерминистическими законами механики Ньютона.

Это пример явления детерминированным хаоса также известный как эффект баттерфляй . Как показал Анри Пуанкаре (1854-1912), всегда существуют хаотические или биты в гравитационных системах с более чем двумя телами. Хаотические орбиты никогда не проходят одно и то же место два раза, и могут приблизиться к нему как угодно. Поэтому даже небольшое отклонение может сделать огромную разницу позже.

Мир может быть детерминистическим, но это не предусмотрено.

Цифровые системы также могут продемонстрировать очень сложное поведение. Некоторые из них даже NP-hard, это технический термин, означающий, что нет лучшего алгоритма для прогнозирования состояния системы, кроме простого выполнения его шагов. Но более быстрая система может ее имитировать быстрее, тем самым прогнозируя ее. С комплексными аналоговыми системами, демонстрирующие эффект бабочки, это принципиально невозможно.

Можно утверждать, что Вселенная, по мнению квантовой механики, фактически не является непрерывной, но дискретной в пространстве и времени. Но это неправильно, потому что только простые квантовые системы являются дискретными. И только простые квантовые системы являются обратимыми во времени. То, что мы называем коллапсом волновой функции, является результатом взаимодействия простой квантовой системы со сложной нелинейной системой наблюдателя. Поэтому квантовая система перестает быть простой и перестает быть обратимой.

Илья Пригожин таким образом восстановил стрелку времени (см. [2]). Нет, неправда, это время, кажется, необратимо, как утверждают некоторые. Просто наши простые системы — наши идеальные, линейные приближения к гораздо более сложной, нелинейной реальности — выглядят обратимыми. Реальный мир не являются.

По самой природе сложных адаптивных систем они чувствуют события, когда небольшие количественные изменения приводят к качественным изменениям огромной величины. Более того, это д & # 39; связано с любой сложной адаптивной системой, в настоящее время: рождение нового вида, рака, эпифании, экономического кризиса, политической революции и тому подобное. В целом это называется сингулярностью .

Революция является особенностью аспекта эволюции.

Наука о сложности все еще находится в зачаточном состоянии, развивается новая научная методология. Илья Пригожин был удостоен Нобелевской премии по химии в 1977 году за то, что он открыл спонтанную самоорганизацию в системах, далеких от равновесия. До своей смерти он был президентом Международной академии наук. Несмотря на это, его работа сравнительно неизвестна вне научными кругами. Некоторые эт & # 39; связанные с ними эволюционные парадигмы хорошо воспринимаются основной наукой, например, нейронным дарвинизмом. Некоторые из них все еще игнорируются, как плазма Вселенной.

Противопоставление такому взгляду можно найти в упорном характера ученых, Вселенная должна быть качественной элегантной простотой, что хорошая теория просто должна быть правдой. Но древние греки тоже считали, что орбиты планет просто должны были быть идеальными кругами, закончившись дьявольской, искусственно сложной системой птолемеивських эпициклов

Вселенной есть красота, но не красота простой идеальной формы. Красота натуральной сложности — красоты дерева, а не многогранника

[1] Лернер, Эрик. Большой взрыв никогда не случился. Vintage, 1992.

[2] Пригожин, Илья Р. Конец определенности Free Press, 1997.

[ad_2]