Generativna modularnost i zašto prirodna inovacija - 1. dio

Fotografiju Skye Studios na Unsplash-u
"Pepeo zvjezdane alkemije izronio je u svijest" - Carl Sagan

Za one koji su skloni, svi tražimo holistički i cjelovit narativ koji objašnjava prirodu. Ta potreba za gestalt interpretacijom našeg okoliša pokretač je vlastite opće inteligencije. Ovo je veza koja nedostaje u današnjim AI sustavima. Najnapredniji AI sustavi (tj. Duboko učenje) nisu u mogućnosti konstruirati slojeve viših apstrakcija. Unatoč tome što je izgrađen od više slojeva koji imaju za cilj konsolidaciju predstavljanja iz jednog sloja u drugi.

Ovdje sam iznio pripovijedanje zašto nastaje složen život i zašto je to isti narativ kao i zašto se pojavljuje opća spoznaja. Pokušat ću pripovijedanje koje započinje također s ranim svemirom i izgrađivati ​​principe modularnosti kakve otkriva evoluirajući svemir. Ranije sam raspravljao o ovoj ideji u „Suradnji, konkurenciji i nastanku modularnosti“, ali postoji primamljiva privlačnost naracije koja počinje od početka vremena i djeluje svoj put do sadašnjeg samosvjesnog svemira.

Evo moje pripovijesti.

U početku našeg svemira sve je bilo povezano zajedno, a zatim u jednom velikom naletu, sve je odmah bilo povezano. Početni uvjeti su trenutnoj fizici nepoznati. Svemir je nakon toga evoluirao u čestice koje su bile različite (tj. Fermioni). Pored toga, glasnici (tj. Bozoni) povezali bi ih zajedno, ali sačuvali svoju razliku.

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

U ovom svemiru postojalo je svjetlo, koje se manifestiralo kao foton glasnik elektromagnetske sile. Bilo je i drugih glasnika, poput gluona, glasnika jake sile. Gluoni su vezali Barione (tj. Protone i neutrone) u jezgri atoma zajedno. Fotoni su vezivali jezgro sa nabijenim leptonom (tj. Elektronima). U ovom svemiru bile su snage koje su sve to povezale (bozoni) i bilo je stvari koje treba vezati (fermioni). Tako je uvijek postojala primitivna vrsta modularnosti. Prvo načelo modularnosti: Postoji nešto što veže i nešto se veže. Vezivanje stvara identitet i interakciju.

Ovaj nevezani svemir je započeo vrijeme. Svemir, koji je bio izvorno vezan, uvijek je ostao povezan nakon Velikog praska. Holografski princip i kvantno zapletenost otkrivaju tu vezu. Upravo kroz ovo zapletanje nastaje entropna sila gravitacije. Gravitacija daje prostornom vremenu svoju zakrivljenost i samim tim se može primijetiti bilo koji oblik, bez uniformnosti, vremena. Vrijeme je posljedica entropije i entropije je način na koji postajemo svjesni vremena. Drugo načelo modularnosti: Svemir se razvija u smjeru više entropije.

Gravitacija je sila koja uvijek veže čestice s masom zajedno (pretpostavlja se da je masa vezala Higgsov bozon). Kroz ovu silu rađaju se zvijezde i stvaraju se galaksije. Zvijezde se konsolidiraju putem gravitacije i zapale energijom kao rezultat jake nuklearne sile. To stvara plazmu koja je katalizator za stvaranje težih elemenata. Treće načelo modularnosti: Medij s fluidnim karakteristikama pokreće eksperimentiranje i samim tim inovaciju.

Na kraju neke zvijezde s dovoljnom masom propadnu i eksplodiraju u supernovu. To je rezultat natjecanja između gravitacije i nuklearnih sila. Ova eksplozija supernove spaja dodatne teže atome i svi ti noviji elementi raspršeni su u kosmos s uništenjem zvijezde. Nusprodukti supernove su elementi periodične tablice. To je ono što oblikuje planete i zemlju u kojoj živimo. Čitav život je posljedica zvijezda koje umiru. Prema Carlu Saganu "stvari smo zvijezde". Razaranje vodi stvaranju. Četvrti princip modularnosti: Konkurentske sile dovode do uništenja što onda dovodi do novih složenih kreacija.

Do sada sam pisao samo o silama koje se vežu. To je gravitacija, jaka sila i polovica elektromagnetske sile. Postoje sile koje se također odbijaju, različiti naboji se odbijaju i slaba sila dovodi do radioaktivnog raspada atoma. Može se tvrditi da svemir poput našeg može postojati i bez slabe sile. Međutim, učinak sličnog odbacivanja naboja ključan je za bogatstvo interakcije u svemiru. Ne vezuje se sve zajedno, postoje ograničenja koja sprečavaju vezanje. Teži elementi ograničeni su na kombinacije koje su moguće u kvantnoj mehanici. Peto načelo modularnosti: Vezivanje je selektivno i pokreće pogodnost konteksta.

Zbirke zvijezda, članovi periodne tablice elemenata, stvaraju nove načine interakcije između različitih elemenata. Kombinacija elemenata u molekule posljedica je kvantne mehanike. Periodna tablica elemenata strukturirana je tako da odražava najudaljeniju valentnu ljusku atoma koja utječe na kemijske veze. Šesti princip modularnosti: Kompozitne komponente dovode do bogatijih interakcija i većih mogućnosti.

Kemija dovodi do složenijih spojeva. Voda, H2O je primjer spoja koji ima novo svojstvo koje se na određenoj temperaturi ispoljava kao tekućina. Tekućine tvore okoliš koji olakšava rekombinaciju. Ovdje je priroda ponovno otkrila tekućinu koja se nalazi u jezgrama zvijezda. Fluidnost je supstrat eksperimentiranja, a time i inovacije. Tečnost vode stvara uvjete za trgovinu i interakciju složenih spojeva

Teški elementi koji pokazuju bogatije mogućnosti za interakciju, češće sudjeluju kao sastavni dio složenih spojeva. Ugljik i na kraju Silicij, oba elementa grupe 6 u periodičnoj tablici, pokazuju unutarnju adaptivnost koja potiče izgradnju složenijih spojeva. Sva organska kemija posljedica je Carbona. Ugljik može stvoriti četiri različite veze s drugim elementima, omogućujući više interakcija s drugim elementima i samim sobom stvoriti bogatiji niz spojeva. Stvari koje su intrinzično adaptivne samo se smatraju vjerovatnijim zbog vjerojatnosti (vidi: Disipativna prilagodba). Sedmo načelo modularnosti: Unutarnja adaptivnost dovodi do korisnosti koja vodi u sveprisutnost.

Organska kemija sastoji se od molekula koje mogu reagirati na čak i drugačije načine od spojeva. U donjim infografikama očekuje se da svaka funkcionalna skupina reagira na sličan način. Složenije molekule mogu se sastojati od više od jedne od tih skupina i na taj način mogu komunicirati na način koji je kombinatorna eksplozija ovih skupina. Priroda je u obliku organske kemije ponovno stvorila nove načine interakcije i vezanja komponenata.

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

Ova bogata raznolikost organske kemije još uvijek vas ne tjera da živite. Očito, osnova organskog života na zemlji zahtijeva aminokiseline, građevne blokove svih živih organizama. Točno podrijetlo kako organska kemija dovodi do aminokiselina još se uvijek istražuje. Uključimo u nedavnu teoriju o tome kako je život nastao iz organske materije. Jeremy England ima prijedlog poznat kao "disipativna prilagodba", a u osnovi objašnjava kako pravilnosti energije u okolišu uzrokuju da se formiraju strukture koje su u skladu s tim pravilima. Kao što je Ilya Prigogine predložio, sustav je daleko od ravnoteže koji se samoorganizira i razvija red izvan kaosa. Nastaje dinamičniji i bogatiji oblik memorije (tj. Pohrana podataka). Osmo načelo modularnosti: Prilagodljive komponente smanjuju entropiju učenjem zakonitosti okoliša.

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

Postoji 20 ovih aminokiselina, a prosječna duljina proteina je 200 aminokiselina. Stoga se ti proteini mogu protumačiti kao jezik sa 20²⁰⁰ (tj. 1.6x10²⁶⁰) različitim kombinacijama. Starost svemira u nanosekundi iznosi 4,34x10²⁶, pa je očito da nisu istražene sve kombinacije aminokiselina. Nepotrebno je pretraživati ​​čitav prostor mogućnosti za pronalaženje optimalne konfiguracije. Deveti princip modularnosti: Evolucija zahtijeva samo ono što je susjedno moguće.

Ali što aminokiseline čini toliko vrijednim u stvaranju života? Ispada da proteini imaju nedavno otkrivenu sposobnost. Proteini mogu djelovati u obliku nalik tekućini. Atomi su zahtijevali visoko energetsku plazmu da bi pokrenuli inovacije. Složeni spojevi zahtijevaju vodu da pokrenu inovacije. Proteini ekvivalentno stvaraju vlastito fluidno okruženje neophodno za pokretanje razmjene i samim tim inovacija.

Dvije druge vrste biomolekula koje se nalaze u životu to su lipidi i nukleinska kiselina. Masni lipidi koji tvore membrane stanica. Ovo je proširenje prvog načela. Uvijek postoji nešto što enkapsulira i izolira subjekt iz njegove okoline. Upute za stvaranje proteina (lanci aminokiselina) kodiraju se nukleinskom kiselinom u obliku DNK. Evolucija otkriva mehanizam za kodiranje skupa uputa koji nadilazi životni vijek svakog pojedinog oblika života. Deseti princip modularnosti: Čvrsto kodiranje otporno na pogreške čuva učenje kroz životni vijek komponenata.

Prije evolucije DNA, postojanost je bila posljedica dostupnosti i prilagodljivosti. Odnosno, ono što je bilo prodornije jesu entiteti koji su bili jednostavno manje složeni i intrinzično prilagodljivi. Robusno kodiranje replicira složenije strojeve i potencijalno prilagodljivije strojeve. Što je složeniji stroj, to je manja vjerojatnost da ga se može sačuvati zbog entropije. S vremenom će se dijelovi kojima je potrebna energija za održavanje s vremenom pokvariti. Što je sustav složeniji, to je vjerojatnije da će ključ u strojevima učiniti čitav stroj neradnim. Bez slogovnog kodiranja malo je vjerojatno da je složen život.

Priroda će uvijek favorizirati jednostavnije i robusnije strojeve, ali DNK omogućuje alternativni put koji nadilazi vjerojatne mehanizme kako bi stvorio složeni život koji je vrlo nemoguć. To i danas ostaje truizam iako u svakodnevnom životu vidimo samo uglavnom složen život i tehnologiju. Mikroorganizmi premašuju složene oblike života na zemlji. Ljudsko tijelo sadrži mikroorganizme koji broje ljudske stanice za 10 do 1. Čovjek od 200 kilograma nosi oko 2 do 6 kilograma bakterija koje su ključne za njegovo zdravlje.

Na taj način s aminokiselinama, lipidima i DNK stižemo novi set mehanizama za fluidnost, kapsulaciju i očuvanje koji su postojali u prethodnim fazama. Atomi kombinirani u plazmi inkapsuliraju se pomoću elektromagnetskih sila i čuvaju se jakom silom. Molekule se kombiniraju u vodi, kapsuliraju preko ugljikovih veza i čuvaju se adaptivnom disipacijom (tj. Vanjskim pokretačkim silama). Na svakoj razini evolucijske složenosti postoji medij za interakciju, granica koja posreduje interakciju i mehanizam koji čuva identitet. Ove tri mogućnosti dovode do generativnog sustava koji ja označavam kao generativnu modularnost.

Jedna od glavnih enigmi proučavanja života je kako nastaju aminokiseline, DNK i lipidi kada svaki ovisi jedni o drugima. To je problem "piletine i jaja". Ključ za razrješenje ove kružne zagonetke je u tome što je prije postojao primitivniji mehanizam ekvivalentni mehanizam i na kraju je postao zastario. Evolucija se ne treba zadržavati oko dijelova koji to više zahtijevaju.

Eukariotska stanica, osnova čitavog složenog života, posljedica je simbioze drugih prokariotskih stanica. Mitohondrion, elektrana u stanici, ima vlastiti DNK. Ovaj kooperativni proces (vidi: Endosimbioza) asimilacije zasebnih životnih oblika koji imaju vlastitu jedinstvenu adaptivnu funkcionalnost prevladava u biologiji. Jedanaesti princip modularnosti: Novo učenje stječe se simbiozom složenog ponašanja koja se uči u različitim kontekstima.

To nas vodi do ovog općeg modela evolucije:

gdje se viši nivoi modularnosti stvaraju kroz natjecateljske pritiske koji selektivno otkrivaju kondiciju i učvršćuju sposobnosti kroz simbiozu suradnje. Ovo je naracija bogatija od naracije konkurencije pronađene u Darwinovoj "prirodnoj selekciji". Evolucija zahtijeva odabir za kondiciju, kao i suradnju. Suradnja je, zapravo, posljedica mogućeg susjedstva. Suradnja zahtijeva otkrivanje komplementarnih i sinergističkih sposobnosti za povezivanje. Evolucija je u suradnji s ciljem složenijeg života.

Do sada u ovoj pripovijesti otkrivam kako se svemir razvija prema većoj složenosti, ali nisam otkrio nijednu silu koja ovaj svemir usmjerava prema većoj složenosti. U ovoj pripovijesti nedostaje i tajanstveni glumac. Svemir djeluje uvijek na principu najmanje akcije. S obzirom na bilo koji kontekst, prirodno (a time i najvjerojatnije) rješenje koje će zadovoljiti granične uvjete bit će ono manje složeno. Ako taj princip tumačimo u smislu modela, ovdje je na snazi ​​Occamova britva. Ovo je Solomonoff-ovo načelo indukcije koje zahtijeva manju duljinu opisa za bilo koji program, a samim tim i manje složenosti. Što pokreće veću složenost?

Pogledajmo svemir prije bilo koje supernove To je svemir sa samo atomi vodika. Gravitacija kao entropna sila stvara zvijezdu koja stvara helij i ako mu daje dovoljno gravitacije, puše da bi stvorila teže elemente. Kako je postojao ovaj novi svemir koji prethodno nije imao teže elemente? Konstruktivni zakoni svemira ne govore ništa o nemogućnosti težih elemenata, iako takvi teški elementi ranije nisu postojali. Određene konfiguracije su stabilne (tj. Protoni s neutronima), a neke jednostavnije nisu (tj. Samo protoni). Ne postoji zakon koji je jednostavniji, vjerojatniji i složeniji u svakom kontekstu. Umjesto toga, uvijek će postojati konfiguracije koje su složenije i stabilnije od jednostavnih konfiguracija. To je samo posljedica izvornog materijala kojim ste nadareni. Odnosno, evolucija se odvija s onim što je susjedno moguće i unutar toga konteksta, štoviše, složeno je samo što je moguće, a ne neka jednostavnija stvar koja je nemoguća. Dvanaesti princip modularnosti: Inovacija je kontekstualna, složena ili jednostavna rješenja vođena onim što je moguće, a ne onim što je jednostavno ili optimalno.

Česta tema u evoluciji je ovaj pojam konstruktivizma. To je evolucija teče u fazama i temelji se na prethodnim fazama. Svaka nova faza proizlazi iz sposobnosti prethodne faze. No, mogućnosti nove faze su nove mogućnosti koje ranije nisu postojale. Iznenađujuće se apstraktni pojmovi modularnosti otkrivaju sa svakom novom fazom. Postoje obrasci modularnosti informacija koji se ponavljaju kao svaka nova faza. Postoje obrasci modularnosti informacija koji ne postoje u prethodnim fazama, ali postaju hitni sa svakom novom fazom.

Sad kad smo stigli do osnovnih sastavnih dijelova života, raspravljat ću kako ova nova sposobnost samoobnavljanja vodi prema općoj inteligenciji.

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

Istražite Duboko učenje: Umjetna intuicija: Nemoguća revolucija dubokog učenja