Представления о мире скоро кардинально изменятся

22.06.2018

Шквал прорывов в «термодинамике вычислений» несет новое видение законов возникновения и эволюции жизни в мире, который все же оказывается компьютером

Ускорение прогресса науки и технологий огромно. Предпринятые в начале ХХ в. попытки представить мир через 100 лет, сегодня трогательны и смешны.

Сегодня же, пытаясь предсказать мир всего на 10 лет вперед, мы не менее смешны в своей наивной простоте экстраполяции видимых нами трендов и темпов.

Причина даже не в жутком ускорении темпов развития отдельных наук (в 5, 10, 100 раз). Причина в том, что прогнозы не учитывают характер ускорения междисциплинарных областей, где рост скорости развития области определяется умножением скоростей входящих в нее наук (в 5х5х5х5, 10х10х10х10 и т.п.)

Одной из таких самых фантастических областей стала «термодинамика вычислений», в которую входят элементы статистической физики, информатики, клеточной биологии и, возможно, даже нейробиологии.

«Термодинамика вычислений», в свое основе, отталкивается от работ моего великого коллеги по IBM Рольфа Ландауэра, еще в 1961 предположившего физическую суть информации, требующую потерь тепловой энергии при стирании всего одного бита (FYI мало кто знает, что Ландауэр также предсказал тупик в построении квантовых компьютеров, к которому нам еще только предстоит прийти).

Потом последовало открытие уравнения Ярзинского, описывающего преобразование информации в энергию. А затем и его экспериментальная проверка, показавшая, что при комнатной температуре, в полном соответствии с теорией, один бит превращается в 3 х 10 -21 джоулей …

И вот снова теоретико-экспериментальный прорыв, умножающий скорости междисциплинарной «термодинамики вычислений».

Только что опубликованная работа Вольперта и Грохова доказывает, что помимо интенсивности стирания битов (зависящей от точности/разрядности вычислений), термодинамическая эффективность (изменение энтропии системы из-за потерь тепловой энергии) зависит также от объема памяти и времени вычислений.

А теперь держитесь за стул, а кто стоит, лучше сядьте.

Это открытие, помимо очевидных кардинальных изменений для компьютерных наук и практик — изменение парадигмы охлаждения компов и, в целом, их архитектуры (от exascale до роёв крошечных роботов) — может поменять все наши представления о жизни и о мире!

Дело в том, что (далее следует «информация к размышлению»):

естественный отбор в высшей степени озабочен минимизацией термодинамической стоимости вычисления и делает все возможное, чтобы сократить общее количество вычислений, которые должна выполнять клетка.

Иными словами:

— в основе деятельности живых существ, лежит своего рода физика, а смысл и намерение — которые считались определяющими характеристиками живых систем — тогда могут естественным образом возникать по законам термодинамики и статистической механики;

— живые организмы можно рассматривать как объекты, которые приспосабливаются к окружающей среде с помощью информации, поглощая энергию и тем самым уклоняясь от равновесия;

— эволюция путем естественного отбора сама по себе есть лишь частный случай более общего императива по отношению к функции и очевидной цели, который существует в чисто физической вселенной;

— адаптация (главный стимул дарвиновской эволюции) может происходить даже в сложных неживых системах, приспосабливая объект эффективно поглощать энергию из непредсказуемой, изменчивой среды

(Конец «информации к размышлению»)

Так вот. Если к вышеназванному добавить результаты новейших исследований в области «термодинамики вычислений», получим следующее.

А) Адаптация живого и неживого достигается через предсказание/прогнозирование, а оно через оптимизацию памяти и времени вычислений (вспомните об упомянутом открытии Волперта и Грохова):

✔️ сложные структуры приспосабливаются к изменчивой среде путем хранения информации;

✔️ поскольку такие структуры — живые или нет — вынуждены эффективно использовать доступную энергию, они с большой вероятностью становятся «механизмами прогнозирования»;

✔️ термодинамически оптимальный механизм должен приводить в равновесие память и прогнозирование путем «минимизации ностальгии» — бесполезной информации о прошлом; он должен научиться аккумулировать значимую информацию — ту, которая с наибольшей вероятностью будет полезна для будущего выживания (для живого) или просто адаптации (для неживого).

Б) Термодинамика жизни и смерти определяется «каузальной энтропийной силой», ведущей, среди прочего, к возникновению интеллекта:

✔️ базовые особенности обработки информации живыми системами, в отсутствие эволюции или репликации, уже обусловлены неравновесной термодинамикой;

✔️ более сложные черты — скажем, использование орудий или социальное сотрудничество — казалось бы, должны обеспечиваться эволюцией, но нет: они могут рассматриваться, как результат проявления «каузальной энтропийной силы» — своего рода желания системы частиц (направляющее ее поведение) сохранить свободу действий в будущем;

✔️ старение является физическим, а не биологическим процессом, которым управляет термодинамика информации (компромисс между точностью и энергией при копировании информации, заставляющее тратить все большее количество энергии на исправление ошибок);

✔️ возникающее при моделировании «каузальной энтропийной силы» интеллектуальное поведение неживых систем ставит вопрос о кардинальном изменении подхода к разработке ИИ — сначала нужно найти систему, которая делает то, что вы хотите, чтобы она делала, а потом выяснить, как она это делает.

А теперь «перемножьте» описанные выше положения А и Б на кардинальное изменение парадигмы термодинамической эффективности, вытекающее из работы Волперта и Грохова.

И получится совсем иное представление о мире, чем наше сегодняшнее или прогнозируемое нами на ближайшее будущее:

I) Мир — это компьютер, в который поступает и в котором рождается новая информация, превращаясь потом в энергию, порождая тем самым материальный мир.
II) Появление и эволюция жизни — не просто возможный, а обязательный этап усложнения «мирового информационного компьютера» (и значит появилась она без привязки и задолго до появления Земли).
III) Появление и развитие интеллекта — естественное следствие адаптации и проявления «каузальной энтропийной силы» усложняющегося «мирового информационного компьютера».

И все это (1–3) определяется лишь физическими законами мироздания, опосредованные отражения которых в осколках нашего несовершенного мировосприятия мы сегодня называем химией, биологией и т.д.

Более подробно об этом можно прочесть здесь:

1. Wiki по «Термодинамике вычислений»

2. О новой физической теории жизни

3. О термодинамике предсказаний

4. О «каузальной энтропийной силе»

5. О компромиссе между точностью и энергией

6. Популярно обо всем вышеназванном:

6.1 Cooler computing through statistical physics?

6.2 How Life (and Death) Spring From Disorder (оригинал, перевод )

6.3 First Support for a Physics Theory of Life (оригинал, перевод)

_________________________

Хотите читать подобные публикации? Подписывайтесь на мой канал в Телеграме, Medium, Яндекс-Дзене

Считаете, что это стоит прочесть и другим? Дайте им об этом знать, кликнув на иконку “понравилось”