الوحدة التوليفية ولماذا الابتكار الطبيعي - الجزء 1

الصورة من سكاي استوديوهات على Unsplash
"لقد ظهرت رماد الخيمياء النجمية في الوعي" - كارل ساجان

بالنسبة لأولئك الذين يميلون ، فإننا نسعى جميعًا إلى سرد كلي وشامل يشرح الطبيعة. هذه الحاجة إلى تفسير الجشطالت لبيئتنا هي المحرك لذكائنا العام. هذا هو الرابط المفقود في أنظمة الذكاء الاصطناعي اليوم. أكثر أنظمة الذكاء الاصطناعي تقدماً (أي التعلم العميق) غير قادرة على بناء طبقات من التجريد العالي. هذا على الرغم من كونه مكونًا من طبقات متعددة تهدف إلى دمج التمثيل من طبقة إلى أخرى.

طرحت هنا سردًا لسبب ظهور الحياة المعقدة ولماذا هي نفس الرواية عن سبب ظهور الإدراك العام. سأحاول سرد السرد الذي يبدأ أيضًا بالكون المبكر ويبني مبادئ الوحدة كما كشف عنها الكون المتطور. لقد ناقشت هذه الفكرة سابقًا في "التعاون والمنافسة وظهور الوحدة" ، ولكن هناك جاذبية مغرية لسرد يبدأ من بداية الوقت ويعمل في طريقه إلى الكون الحالي الذي يدرك ذاته.

إليكم روايتي.

في بداية عالمنا ، كان كل شيء مرتبطًا ، ثم في انفجار كبير واحد ، كان كل شيء غير ملزم على الفور. الظروف الأولية غير معروفة للفيزياء الحالية. تطور الكون في وقت لاحق إلى جزيئات كانت متميزة (أي fermions). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الرسل (أي البوزونات) يربطونهم معًا ويحافظون على تمييزهم.

المصدر: https://en.wikipedia.org/wiki/Force_carrier

في هذا الكون كان هناك ضوء ، يظهر نفسه على أنه الفوتون رسول القوة الكهرومغناطيسية. كان هناك رسل آخرون ، مثل الغلوون ، رسول القوة القوية. تربط الغلوونات باريونس (أي البروتونات والنيوترونات) في نواة الذرات معًا. ربطت الفوتونات النواة مع اللبتون المشحون (أي الإلكترونات). كانت هناك قوى في هذا الكون تربطها جميعًا (بوزونات) وكانت هناك أشياء يجب ربطها (فرميونات). وهكذا ، كان هناك دائمًا نوع من البدائية. المبدأ الأول للوحدة: هناك شيء ما يرتبط به شيء يجب الالتزام به. ملزمة يخلق الهوية والتفاعل.

هذا الكون غير محدود وقت الولادة. ظل الكون ، الذي كان مقيدًا في الأصل ، دائمًا على اتصال بعد الانفجار الكبير. ويكشف مبدأ التصوير المجسم والتشابك الكمومي عن هذا الارتباط. من خلال هذا التشابك تنشأ قوة الانتروبيا الجاذبية. يعطي الجاذبية للفضاء انحناءه ، وبالتالي فإن أي شكل ، والتوحيد الغائب ، يصبح الوقت ملحوظًا. الوقت هو نتيجة الانتروبيا والنتروب هو كيف نعلم الوقت. المبدأ الثاني للوحدة: يتطور الكون في اتجاه الانتروبيا العليا.

الجاذبية هي القوة التي تربط دائمًا الجسيمات بالكتلة معًا (من المتوقع أن تكون الكتلة مرتبطة بوزان هيجز). من خلال هذه القوة ، يولد النجوم وتتشكل المجرات. تتجمع النجوم من خلال الجاذبية وتشتعل مع الطاقة نتيجة القوة النووية القوية. هذا يخلق البلازما التي تعد حافزا لخلق عناصر أثقل. المبدأ الثالث للوحدة: الوسيط ذو الخصائص السائلة يدفع التجريب وبالتالي الابتكار.

في نهاية المطاف بعض النجوم مع انهيار كتلة كافية وتنفجر في السوبرنوفا. هذا هو نتيجة التنافس بين الجاذبية والقوى النووية. يدمج انفجار المستعر الأعظم هذا ذرات أثقل إضافية وتنتشر كل هذه العناصر الأحدث في الكون مع تدمير النجم. المنتجات الثانوية لل سوبرنوفا هي عناصر الجدول الدوري. هذا هو ما يشكل الكواكب والأرض التي نعيش فيها. الحياة كلها نتيجة لنجوم تموت. نحن "نجوم" وفقًا لكارل ساجان. تدمير يؤدي إلى الخلق. المبدأ الرابع للوحدة: القوى التنافسية تؤدي إلى تدمير يؤدي بعد ذلك إلى إبداعات مركبة جديدة.

حتى الآن ، كتبت فقط عن القوى التي ترتبط. هذا هو الجاذبية والقوة القوية ونصف القوة الكهرومغناطيسية. هناك قوى تتصدى ، وتصد الشحنات المختلفة وتؤدي القوة الضعيفة إلى التحلل الإشعاعي للذرات. يمكن القول أن الكون مثل عالمنا يمكن أن يوجد بدون قوة ضعيفة. ومع ذلك ، فإن تأثير مثل رسوم الشحن صد أمر ضروري لثراء التفاعل في الكون. ليس كل شيء يرتبط ببعضه البعض ، فهناك قيود تمنع الارتباط. تقتصر العناصر الأثقل على التركيبات الممكنة في ميكانيكا الكم. المبدأ الخامس للوحدة النمطية: التجليد انتقائي ويدفع لياقة السياق.

تعمل عناصر النجوم ، أعضاء الجدول الدوري للعناصر ، على إنشاء طرق جديدة للتفاعل بين العناصر المختلفة. مزيج العناصر في الجزيئات هو نتيجة لميكانيكا الكم. تم تصميم الجدول الدوري للعناصر لعكس قذيفة التكافؤ الخارجية للذرة التي تؤثر على الروابط الكيميائية. المبدأ السادس للوحدة: المكونات المركبة تؤدي إلى تفاعلات أكثر ثراء وإمكانيات أكبر.

الكيمياء تؤدي إلى مركبات أكثر تعقيدًا. الماء ، H2O هو مثال على مركب له الخاصية الناشئة التي تظهر عند درجة حرارة معينة كسائل. تشكل السوائل البيئة التي تسهل إعادة التركيب. هنا أعادت الطبيعة اكتشاف السائل الموجود في قلوب النجوم. السيولة هي الركيزة الأساسية للتجربة وبالتالي الابتكار. سيولة المياه تخلق الظروف لسوق للتجارة والتفاعل بين المركبات المعقدة

العناصر الثقيلة التي تظهر فرصًا أكثر ثراءً للتفاعل ، تشارك في كثير من الأحيان كمكون للمركبات المعقدة. الكربون وفي نهاية المطاف السيليكون ، كلاهما عناصر المجموعة 6 في الجدول الدوري ، تظهر القدرة على التكيف الجوهرية التي تشجع على بناء مركبات أكثر تعقيدا. كل الكيمياء العضوية هي نتيجة للكربون. يمكن أن يشكل الكربون أربعة روابط مختلفة مع عناصر أخرى ، مما يتيح المزيد من التفاعلات مع العناصر الأخرى ونفسها لتشكيل مجموعة أكثر ثراءً من المركبات. الأشياء التي تكيف بشكل جوهري تجد نفسها أكثر انتشارًا لمجرد الاحتمال (انظر: التكيف التبادلي). المبدأ السابع للوحدة: التكيف الجوهري يؤدي إلى فائدة تؤدي إلى انتشارها.

تتكون الكيمياء العضوية من جزيئات يمكن أن تتفاعل بطرق مختلفة أكثر من المركبات. في الرسوم البيانية أدناه ، من المتوقع أن تتفاعل كل مجموعة وظيفية بشكل مشابه. يمكن أن تتكون الجزيئات الأكثر تعقيدًا من أكثر من واحدة من هذه المجموعات ، وبالتالي يمكن أن تتفاعل بطريقة تشكل انفجارًا اندماجيًا لهذه المجموعات. أعادت الطبيعة ، في شكل كيمياء عضوية ، إعادة إنشاء طرق جديدة للتفاعل والربط بين المكونات.

الائتمان: https://www.compoundchem.com/2014/07/31/ heterocycles/

لا يزال هذا التنوع الثري في الكيمياء العضوية لا يمنحك وصولًا إلى الكائنات الحية. على ما يبدو ، فإن أساس الحياة العضوية على الأرض يتطلب الأحماض الأمينية ، اللبنات الأساسية لجميع الكائنات الحية. لا يزال الأصل الدقيق للكيفية التي تؤدي بها الكيمياء العضوية إلى الأحماض الأمينية خاضعا للتحقيق. دعنا ندمج في نظرية حديثة لكيفية وجود الحياة من مادة عضوية. لدى جيريمي إنجلترا اقتراحًا يُعرف باسم "التكيف التبادلي" ، وهو يشرح بشكل أساسي كيف تتسبب نظم الطاقة في البيئة في تكوين الهياكل التي تتوافق مع هذه الأشكال. كما اقترح Ilya Prigogine ، فإن النظام بعيد عن التوازن الذاتي وينظم النظام من الفوضى. يظهر شكل أكثر ديناميكية وأكثر ثراء من الذاكرة (أي تخزين المعلومات). مبدأ الثمانية للوحدة: المكونات التكيفية تقلل من الانتروبيا من خلال تعلم انتظام البيئة.

https://www.compoundchem.com/2014/09/16/aminoacids/

يوجد 20 من هذه الأحماض الأمينية ويبلغ متوسط ​​طول البروتين 200 من الأحماض الأمينية. وبالتالي ، يمكن تفسير هذه البروتينات كلغة مع مجموعات مختلفة 20 ⁰⁰ (أي 1.6x10²⁶⁰). يبلغ عمر الكون بالنانو ثانية 4.34 × 10 متر مربع ، لذلك من الواضح أنه لم يتم استكشاف جميع مجموعات الأحماض الأمينية. ليس من الضروري البحث في مساحة الاحتمالات بأكملها للعثور على التكوين الأمثل. المبدأ التاسع للوحدة: التطور يتطلب فقط ما هو ممكن.

ولكن ما الذي يجعل الأحماض الأمينية قيمة للغاية في خلق الحياة؟ اتضح أن البروتينات لديها القدرة المكتشفة مؤخرًا. البروتينات قادرة على التصرف بشكل كلي مثل السوائل. كانت الذرات تتطلب بلازما طاقة عالية لدفع الابتكار. المركبات المعقدة تتطلب الماء لدفع الابتكار. تخلق البروتينات بشكل متساوٍ بيئة السوائل الخاصة بها اللازمة لدفع التبادل وبالتالي الابتكار.

النوعان الآخران من الجزيئات الحيوية الموجودة في الحياة هما الدهون والحمض النووي. الدهون الدهنية التي تشكل أغشية الخلايا. هذا امتداد للمبدأ الأول. هناك دائمًا شيء ما يحصر الكيان ويعزله عن بيئته. يتم ترميز تعليمات إنشاء البروتينات (سلاسل الأحماض الأمينية) في الحمض النووي في شكل الحمض النووي. يكتشف Evolution آلية لترميز مجموعة التعليمات التي تتجاوز عمر كل شكل من أشكال الحياة الفردية. المبدأ العاشر للوحدة: ترميز قوي مقاوم للخطأ يحافظ على التعلم عبر فترات عمر المكونات.

قبل تطور الحمض النووي ، كان الدوام نتيجة لتوافر والقدرة على التكيف. وهذا هو ، ما كان أكثر انتشارا هي الكيانات التي كانت ببساطة أقل تعقيدا وقابلة للتكيف جوهريا. يقوم الترميز القوي بتكرار الأجهزة الأكثر تعقيدًا والآلات التي يمكن أن تكون أكثر تكيفية كلما زاد تعقيد الجهاز ، قل احتمال صيانته بسبب الانتروبيا. بمرور الوقت ، سوف تتدهور الأجزاء التي تتطلب الطاقة للحفاظ عليها. كلما زاد تعقيد النظام ، زاد احتمال أن يكون مفتاح الربط في الماكينة يجعل الماكينة بالكامل غير صالحة للعمل. الحياة المعقدة من غير المرجح دون ترميز الحمض النووي.

ستعمل الطبيعة دائمًا على تفضيل الآلات الأكثر بساطة وقوة ، لكن الحمض النووي يتيح طريقًا بديلاً يتجاوز الآليات الاحتمالية لخلق حياة معقدة غير محتملة إلى حد كبير. لا تزال هذه حقيقة بديهية اليوم على الرغم من أننا لا نرى سوى الحياة والتكنولوجيا المعقدة في حياتنا اليومية. الكائنات الحية الدقيقة يفوق عدد أشكال الحياة المعقدة على الأرض. يحتوي جسم الإنسان على كائنات دقيقة تفوق عدد الخلايا البشرية بمقدار 10 إلى 1. يحمل الإنسان 200 رطل حوالي 2 إلى 6 رطل من البكتيريا الضرورية لصحته.

وبالتالي مع الأحماض الأمينية والدهون والحمض النووي ، نصل إلى مجموعة جديدة من آليات السيولة والتغليف والحفظ التي كانت موجودة في المراحل السابقة. الذرات مجتمعة في البلازما ، تغلف عن طريق القوى الكهرومغناطيسية والحفاظ عليها عن طريق القوة القوية. تتحد الجزيئات في الماء ، وتغلف عبر روابط الكربون وتحافظ عليها من خلال التبديد التكيفي (أي القوى الدافعة الخارجية). في كل مستوى من التعقيد التطوري ، هناك وسيلة للتفاعل ، حدود تتوسط التفاعل وآلية تحافظ على الهوية. تؤدي هذه القدرات الثلاث إلى نظام توليفي أسميه بـ "النمط الكلي".

أحد الألغاز العظيمة لدراسة الحياة هو كيف تنشأ الأحماض الأمينية والحمض النووي والدهون عندما يعتمد كل منهما على الآخر. إنها مشكلة "الدجاج والبيضة". المفتاح لكشف هذا اللغز الدائري هو أن هناك آلية معادلة أكثر بدائية كانت موجودة سابقًا وأصبحت قديمة. التطور لا يحتاج إلى الإبقاء على الأجزاء التي تتطلب بعد الآن.

تعتبر الخلية حقيقية النواة ، وهي أساس كل الحياة المعقدة ، نتيجة لتعايش خلايا بدائية النواة أخرى. الميتوكوندريون ، محطة توليد الكهرباء ، في خلية لها الحمض النووي الخاص بها. هذه العملية التعاونية (انظر: الإندوسبيبيوس) لاستيعاب أشكال الحياة المنفصلة التي لها وظائف تكيفية فريدة خاصة بها هي السائدة في علم الأحياء. المبدأ الحادي عشر للوحدة: يكتسب التعلم الجديد من خلال تكافل السلوك المعقد الذي يتم تعلمه في سياقات مختلفة.

هذا يقودنا إلى هذا النموذج العام للتطور:

حيث يتم إنشاء مستويات أعلى من الوحدات من خلال الضغوط التنافسية التي تكتشف بشكل انتقائي اللياقة وتوطيد القدرات من خلال التعايش التعاوني. هذه قصة أكثر ثراءً من سرد المنافسة الموجود في "الانتقاء الطبيعي" لداروين. التطور يتطلب اختيار اللياقة البدنية وكذلك التعاون. التعاون ، في الواقع ، هو نتيجة للمجاور ممكن. يتطلب التعاون اكتشاف القدرات التكميلية والتآزرية لربطها. وبالتعاون ، يدفع التطور نحو حياة أكثر تعقيدًا.

حتى الآن في هذا السرد ، أكشف كيف يتطور الكون نحو درجة أعلى من التعقيد ، لكنني لم أكتشف أي قوة تدفع هذا الكون نحو درجة أعلى من التعقيد. هناك ممثل مفقود وغامض في هذه القصة. الكون يعمل دائما على مبدأ أقل عمل. بالنظر إلى أي سياق ، فإن الحل الطبيعي (وبالتالي الأكثر احتمالا) الذي يلبي شروط الحدود سيكون هو الحل الأقل تعقيدا. إذا فسرنا هذا المبدأ من حيث الطرز ، فهذا ينطبق على Occam’s Razor هنا. هذا هو مبدأ تحريض سليمان الذي يتطلب طولًا وصفيًا أقل لأي برنامج وبالتالي أقل تعقيدًا. ما الذي يدفع التعقيد العالي؟

دعونا ننظر إلى الكون قبل أي سوبر نوفا. هذا هو الكون مع ذرات الهيدروجين فقط. الجاذبية كقوة إنتروبيك تخلق نجمًا ينتج الهليوم ويعطي ثقلًا كافيًا ، ينفجر لصنع عناصر أثقل. كيف وجد هذا الكون الجديد الذي لم يكن في السابق عناصر أثقل؟ لا تذكر قوانين الكون البناءة شيئًا عن استحالة العناصر الأثقل ، على الرغم من أن هذه العناصر الثقيلة لم تكن موجودة سابقًا. بعض التكوينات مستقرة (أي البروتونات التي تحتوي على النيوترونات) وبعض التكوينات الأكثر بساطة ليست (مثل البروتونات فقط). لا يوجد قانون أكثر بساطة وهو أكثر احتمالًا في كل سياق. بدلاً من ذلك ، سيكون هناك دائمًا تكوينات أكثر تعقيدًا واستقرارًا من التكوينات البسيطة. هذه مجرد نتيجة للمواد الأصلية الموهوبة. بمعنى أن التطور يتواصل مع ما هو ممكن وبجوار ذلك السياق ، والأكثر تعقيدًا هو أن يكون ما هو ممكن وليس شيئًا أبسط مما هو مستحيل. المبدأ الثاني عشر للوحدة النمطية: الابتكار هو السياق ، أو الحلول المعقدة أو البسيطة هي التي تحركها ما هو ممكن وليس ما هو بسيط أو مثالي.

هناك موضوع شائع في التطور هو فكرة البنيوية. هذا هو تطور العائدات على مراحل والتي بنيت من المراحل السابقة. تستمد كل مرحلة جديدة من قدرات المرحلة السابقة. ومع ذلك ، فإن قدرات المرحلة الجديدة هي القدرات الناشئة التي لم تكن موجودة من قبل. من المثير للدهشة ، أن المفاهيم المجردة للوحدة النمطية تكشف عن نفسها مع كل مرحلة جديدة. هناك أنماط من وحدات المعلومات التي تكرر نفسها في كل مرحلة جديدة. هناك أنماط من نمطية المعلومات التي لا وجود لها في المراحل السابقة ولكنها أصبحت ناشئة مع كل مرحلة جديدة.

الآن وقد وصلنا إلى اللبنات الأساسية للحياة ، سأناقش كيف تؤدي هذه القدرة الجديدة على التكرار الذاتي نحو الذكاء العام.

الجزء الثاني: https://medium.com/intuitionmachine/information-modularity-leads- to-general-intelligence-65766bbfa707

استكشاف التعلم العميق: الحدس الاصطناعي: ثورة التعلم العميق غير المحتمل