Generatiivinen modulaarisuus ja miksi luonnollinen innovaatio - osa 1

Kuva Skye Studios on Unsplash
"Tähtien alkemian tuhka oli ilmestynyt tietoisuuteen" - Carl Sagan

Niille, joilla on taipumus, me kaikki etsimme kokonaisvaltaista ja täydellistä kertomusta, joka selittää luontoa. Tämä ympäristömme gestalt-tulkinnan tarve on oman yleisen älykkyytemme veturi. Tämä on puuttuva linkki nykypäivän AI-järjestelmissä. Edistyneimmät AI-järjestelmät (ts. Syväoppiminen) eivät pysty rakentamaan korkeampien abstraktioiden kerroksia. Tämä on huolimatta siitä, että se on rakennettu useista kerroksista, joiden tarkoituksena on vakiinnuttaa esitys kerroksesta toiseen.

Esittelin tässä kertomuksen siitä, miksi monimutkainen elämä syntyy ja miksi se on sama kerronta miksi yleinen kognitio syntyy. Aion yrittää kerrontaa, joka alkaa myös varhaisesta maailmankaikkeudesta ja rakentaa modulaarisuuden periaatteita sellaisina kuin ne ilmenevät kehittyvästä maailmankaikkeudesta. Olen keskustellut tästä ajatuksesta aiemmin ”Yhteistyössä, kilpailussa ja modulaarisuuden esiintymisessä”, mutta kertomuksessa on houkutteleva vetoomus, joka alkaa ajan alusta ja toimii tiensä nykyiseen itsetietoiseen maailmankaikkeuteen.

Tässä on minun kertomukseni.

Universumin alussa kaikki oli sidottu toisiinsa ja sitten yhdellä isolla painalluksella kaikki oli heti sitoutumatonta. Alkuolosuhteet eivät tunne nykyistä fysiikkaa. Sitten maailmankaikkeus kehittyi erillisiksi hiukkasiksi (ts. Fermioineiksi). Lisäksi lähettiläiset (ts. Bosonit) sitoisivat ne toisiinsa, mutta säilyttäisivät niiden erottelun.

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

Tässä maailmankaikkeudessa oli valoa, joka ilmeni fotonina, joka oli sähkömagneettisen voiman lähettiläs. Oli muita lähettiläitä, kuten gluonia, voimakkaan voiman lähettäjää. Gluonit sitoutuivat atomien ytimeen baroneoneja (ts. Protoneja ja neutroneja). Fotonit sitoivat ytimen varautuneella leptonilla (ts. Elektronit). Tässä maailmankaikkeudessa oli voimia, jotka sitoivat sen kaiken toisiinsa (bosonit), ja siellä oli tavaroita, joita sitoa (fermioneja). Siten primitiivinen modulaarisuus on aina ollut olemassa. Modulaarisuuden ensimmäinen periaate: On jotain, joka sitoo ja jotain sitovaa. Sidonta luo identiteetin ja vuorovaikutuksen.

Tämä sitomaton maailmankaikkeus sai aikaan ajan. Alun perin sidottu maailmankaikkeus on aina pysynyt kytkettynä Ison räjähdyksen jälkeen. Holografinen periaate ja kvanttinen takertuminen paljastavat tämän yhteyden. Juuri tämän takertumisen kautta syntyy painovoiman entrooppinen voima. Painovoima antaa avaruuden aikakaarevuutensa ja siten mikä tahansa muoto, ilman tasaisuutta, aika tulee havaittavissa. Aika on seurausta entropialle ja entropia on se, kuinka meille tehdään tietoinen ajasta. Modulaarisuuden toinen periaate: Universumi kehittyy korkeamman entropian suuntaan.

Painovoima on voima, joka sitoo partikkelit aina massan kanssa yhdessä (oletetaan, että massa on sidottu Higgin bosoniin). Tämän voiman kautta tähdet syntyvät ja galaksit muodostuvat. Tähdet vakiintuvat painovoiman kautta ja syttyvät energialla voimakkaan ydinvoiman seurauksena. Tämä luo plasman, joka on katalysaattori raskaampien alkuaineiden luomiseksi. Kolmas modulaarisuuden periaate: Väliaine, jolla on nesteominaisuudet, vetää kokeiluja ja siten innovaatioita.

Lopulta jotkut tähdet, joilla on riittävä massa, romahtavat ja räjähtävät supernovaksi. Tämä on seurausta painovoiman ja ydinvoimien välisestä kilpailusta. Tämä supernoova-räjähdys sulauttaa edelleen muita raskaampia atomeja ja kaikki nämä uudemmat elementit ovat hajallaan kosmokseen tähden tuhoutuessa. Supernovan sivutuotteet ovat jaksollisen taulun elementtejä. Se on mikä muodostaa planeetat ja maan, jossa elämme. Kaikki elämä on seurausta tähtien kuolemasta. Olemme Carl Saganin mukaan "tähtijuttuja". Tuhoaminen johtaa luomiseen. Modulaarisuuden neljäs periaate: Kilpailevat voimat johtavat tuhoon, joka sitten johtaa uusiin komposiittiluomuksiin.

Toistaiseksi olen kirjoittanut vain sitovista voimista. Se on painovoima, voimakas voima ja puolet sähkömagneettisesta voimasta. On voimia, jotka myös torjuvat, erilaiset varaukset hylkivät ja heikko voima johtaa atomien radioaktiiviseen hajoamiseen. Voidaan väittää, että meidän kaltainen maailmankaikkeus voi olla olemassa ilman heikkoa voimaa. Kuitenkin samanlaisten varausten hylkivä vaikutus on välttämätöntä vuorovaikutuksen rikkaudelle maailmankaikkeudessa. Kaikki ei sitoudu yhteen, olemassa on rajoituksia, jotka estävät sitoutumisen. Raskeammat elementit rajoittuvat yhdistelmiin, jotka ovat mahdollisia kvanttimekaniikassa. Viides modulaarisuuden periaate: sitominen on selektiivistä ja ohjaa kontekstin kuntoa.

Tähdet, jaksollisen elementtitaulun jäsenet, luovat uusia tapoja vuorovaikutukseen eri elementtien välillä. Elementtien yhdistäminen molekyyleiksi on seurausta kvanttimekaniikasta. Jaksoittainen elementtitaulukko on rakennettu heijastamaan atomin ulointa valenssikuorta, joka vaikuttaa kemiallisiin sidoksiin. Modulaarisuuden kuudes periaate: Komposiittikomponentit johtavat rikkaampaan vuorovaikutukseen ja parempiin mahdollisuuksiin.

Kemia johtaa monimutkaisempiin yhdisteisiin. Vesi, H2O on esimerkki yhdisteestä, jolla on syntyvä ominaisuus, joka tietyssä lämpötilassa osoittaa olevansa neste. Nesteet muodostavat rekombinaation helpottavan ympäristön. Täällä luonto on löytänyt uudelleen nestettä, joka löytyy tähtiytimistä. Fluiditeetti on kokeilun ja siten innovoinnin substraatti. Veden juoksevuus luo edellytykset kaupan ja vuorovaikutuksen markkinoille monimutkaisten yhdisteiden välillä

Raskaat elementit, joilla on rikkaampia vuorovaikutusmahdollisuuksia, osallistuvat useammin kompleksisten yhdisteiden ainesosana. Hiilellä ja lopulta piillä, molemmilla jaksollisen ryhmän 6 elementeillä, on luontainen mukautuvuus, joka kannustaa rakentamaan monimutkaisempia yhdisteitä. Kaikki orgaaninen kemia on seurausta hiilestä. Hiili voi muodostaa neljä erilaista sidosta muiden elementtien kanssa, mikä mahdollistaa enemmän vuorovaikutusta muiden elementtien kanssa ja itsessään muodostaen rikkaamman joukon yhdisteitä. Aine, joka on luontaisesti mukautuva, havaitsee olevansa yleisempi yksinkertaisesti todennäköisyyden vuoksi (katso: Dispersiivinen sopeutuminen). Modulaarisuuden seitsemäs periaate: Luonnollinen adaptiivisuus johtaa hyödyllisyyteen, joka johtaa kaikkialle ulottuvuuteen.

Orgaaninen kemia koostuu molekyyleistä, jotka voivat reagoida jopa enemmän eri tavoin kuin yhdisteet. Alla olevissa infografikoissa kunkin funktionaalisen ryhmän odotetaan reagoivan samalla tavalla. Monimutkaisemmat molekyylit voivat koostua useammasta kuin yhdestä näistä ryhmistä ja voivat siten olla vuorovaikutuksessa tavalla, joka on näiden ryhmien kombinatorinen räjähdys. Luonto on orgaanisen kemian muodossa jälleen luonut uusia tapoja vuorovaikutuksessa ja komponenttien sitomisessa.

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

Tämä orgaanisen kemian rikas monimuotoisuus ei vieläkään vie sinua elävien asioiden tekoon. Ilmeisesti maan orgaanisen elämän perusta edellyttää aminohappoja, kaikkien elävien organismien rakennuspalikoita. Tarkka alkuperä, kuinka orgaaninen kemia johtaa aminohappoihin, on edelleen tutkittavana. Liittäkäämme mukaan viimeaikainen teoria siitä, kuinka elämä syntyi orgaanisesta aineesta. Jeremy Englannilla on ehdotus, joka tunnetaan nimellä "Disissiptiivinen sopeutuminen". Periaatteessa se selittää, kuinka ympäristön energian säännönmukaisuudet saavat aikaan rakenteita, jotka ovat näiden lainmukaisuuksien kanssa sopusoinnussa. Kuten Ilja Prigogine oli ehdottanut, järjestelmä on kaukana tasapainon itsejärjestelyistä ja kehittää järjestystä kaaoksesta. Esiin tulee dynaamisempi ja rikkaampi muisti (ts. Tiedontallennus). Modulaarisuuden kahdeksan periaatetta: Adaptiiviset komponentit vähentävät entropiaa oppimalla ympäristön säännöllisyydet.

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

Näitä aminohappoja on 20, ja proteiinin keskimääräinen pituus on 200 aminohappoa. Siksi nämä proteiinit voidaan tulkita kieleksi, jolla on 20² (eli 1,6 x 10 2) erilaista yhdistelmää. Universumin ikä nanosekunnissa on 4,34x10²⁶, joten on selvää, ettei kaikkia aminohappojen yhdistelmiä ole tutkittu. Optimaalisen kokoonpanon löytämiseksi ei ole tarpeellista etsiä koko mahdollisuuksien tilaa. Modulaarisuuden yhdeksäs periaate: evoluutio vaatii vain sen, mikä on vierekkäin mahdollista.

Mutta mikä tekee aminohapoista niin arvokkaita elämän luomisessa? Osoittautuu, että proteiineilla on äskettäin löydetty kyky. Proteiinit kykenevät toimimaan aggregaattina kuten nesteet. Atomit vaativat korkeaenergiaplasmaa innovoinnin vauhdittamiseksi. Monimutkaiset yhdisteet vaativat vettä innovoinnin vauhdittamiseksi. Proteiinit luovat vastaavasti oman nestemäisen ympäristön, joka tarvitaan vaihdon ja siten innovaatioiden edistämiseksi.

Kaksi muuta elämässä esiintyvää biomolekyyliä ovat lipidit ja nukleiinihappo. Rasvaiset lipidit, jotka muodostavat solujen kalvot. Tämä on jatkoa ensimmäiselle periaatteelle. Aina on jotain, joka kapseloi ja eristää entiteetin ympäristöstä. Ohjeet proteiinien (aminohappoketjut) luomiseksi koodataan nukleiinihappoon DNA: n muodossa. Evolution havaitsee mekanismin koodata käskyjoukko, joka ylittää kunkin yksittäisen elämänmuodon elinkaaren. Kymmenes modulaarisuusperiaate: Vankka virhesuojattu koodaus säilyttää oppimisen komponenttien elinkaareilla.

Ennen DNA: n kehitystä pysyvyys oli seurausta saatavuudesta ja sopeutumiskyvystä. Toisin sanoen, läpinäkyvämpiä olivat entiteetit, jotka olivat yksinkertaisesti vähemmän monimutkaisia ​​ja luonnostaan ​​mukautuvia. Vahva koodaus toistaa monimutkaisempia koneita ja mahdollisesti mukautuvampia koneita. Mitä monimutkaisempi kone, sitä vähemmän todennäköistä, että se säilyy entropian takia. Ajan myötä osat, jotka tarvitsevat energiaa ylläpitämiseen, lopulta huononevat. Mitä monimutkaisempi järjestelmä, sitä todennäköisempää, että koneessa oleva jakoavain tekee koko koneen käyttökelvottomaksi. Monimutkainen elämä on epätodennäköistä ilman DNA-koodausta.

Luonto suosii aina yksinkertaisempia ja vankempia koneita, mutta DNA mahdollistaa vaihtoehtoisen polun, joka ylittää todennäköisyysmekanismit, luodakseen monimutkaisen elämän, joka on erittäin epätodennäköistä. Tämä on edelleen truismia, vaikka näemme päivittäisessä elämässämme vain enimmäkseen monimutkaista elämää ja tekniikkaa. Mikro-organismit ylittävät monimutkaisten elämänmuotojen maapallolla. Ihmiskehossa on mikro-organismeja, jotka ylittävät ihmisen solut 10: llä. 200-kiloinen ihminen kantaa noin 2–6 kiloa bakteereja, jotka ovat välttämättömiä terveydelle.

Niinpä aminohappojen, lipidien ja DNA: n kanssa saamme aikaan uuden joustavuuden, kapseloinnin ja säilymisen mekanismien sarjan, jotka olivat olemassa aiemmissa vaiheissa. Plasmassa yhdistyneet atomit kapseloituvat sähkömagneettisten voimien kautta ja säilyvät vahvan voiman kautta. Molekyylit yhdistyvät vedessä, kapseloituvat hiilisidosten kautta ja säilyvät adaptiivisen hajoamisen (eli ulkoisten käyttövoimien) kautta. Jokaisella evoluution monimutkaisuuden tasolla on väliaine vuorovaikutukselle, raja, joka välittää vuorovaikutusta, ja mekanismi, joka säilyttää identiteetin. Nämä kolme ominaisuutta johtavat generatiiviseen järjestelmään, jonka merkitsen generatiiviseksi modulaarisuudeksi.

Yksi elämän tutkimuksen suurista arvoituksista on kuinka aminohapot, DNA ja lipidit syntyivät, kun kukin on riippuvainen toisistaan. Se on "kana ja muna" -ongelma. Avain tämän pyöreän ymmärtämisen purkamiseen on siinä, että primitiivisempi mekanismi ekvivalentti mekanismi oli olemassa ennen ja lopulta vanhentunut. Evoluution ei tarvitse pysyä osissa, jotka eivät enää vaadi.

Eukaryoottisolu, kaiken monimutkaisen elämän perusta, on seuraus muiden prokaryoottisolujen symbioosista. Solujen mitokondrioilla, voimalaitoksella, on oma DNA. Tämä yhteistyöprosessi (katso: endosymbioosi) erillisten elämämuotojen omaksumisesta, joilla on oma ainutlaatuinen mukautuva toiminnallisuus, on yleinen biologiassa. Modulaarisuuden yhdestoista periaate: Uuden oppiminen saavutetaan monimutkaisen käyttäytymisen symbioosilla, joka opitaan eri konteksteissa.

Tämä johtaa meidät tähän yleiseen evoluutiomalliin:

missä korkeammat modulaarisuustasot luodaan kilpailupaineiden avulla, jotka selektiivisesti löytävät kuntoa ja vakiinnuttavat kykyjä yhteistyökykyisen symbioosin avulla. Tämä on tarina, joka on rikkaampi kuin Darwinin "luonnollisessa valinnassa" löydetty kilpailukertomus. Evolution vaatii kuntovalintaa ja yhteistyötä. Yhteistyö on itse asiassa seurausta mahdollisesta viereisestä. Yhteistyö edellyttää sellaisten täydentävien ja synergististen kykyjen löytämistä, joihin sitoutua. Juuri yhteistyössä evoluutio ajaa kohti monimutkaisempaa elämää.

Toistaiseksi tässä kerronnassa paljastelen kuinka maailmankaikkeus kehittyy kohti suurempaa monimutkaisuutta, mutta en ole paljastanut mitään voimaa, joka ajaa tämän maailmankaikkeuden kohti korkeampaa monimutkaisuutta. Tässä kertomuksessa on puuttuva ja salaperäinen näyttelijä. Universumi toimii aina vähiten toiminnan periaatteella. Mikä tahansa tilanne huomioon ottaen, luonnollinen (ja siten todennäköisimpi) ratkaisu, joka tyydyttää rajaolosuhteet, on vähemmän monimutkainen. Jos tulkitsemme tätä periaatetta malleilla, kyseessä on käytännössä Occamin partakone. Tämä on Solomonoffin johdantoperiaate, joka vaatii pienempää kuvaavaa pituutta mille tahansa ohjelmalle ja siten vähemmän monimutkaista. Mikä johtaa suurempaan monimutkaisuuteen?

Katsotaanpa universumia ennen mitään supernovaa. Se on universumi, jossa on vain vetyatomeja. Painovoima entrooppisena voimana luo tähden, joka luo heliumin ja jolla on riittävä painovoima, räjähtää raskaampien elementtien tekemiseksi. Kuinka tämä uusi maailmankaikkeus olemassa, jossa aiemmin ei ollut raskaampia elementtejä? Maailmankaikkeuden rakentavissa laeissa ei sanota mitään raskaiden elementtien mahdottomuudesta, vaikka tällaisia ​​raskaita elementtejä ei aiemmin ollutkaan. Tietyt konfiguraatiot ovat vakaita (ts. Protoneja neutronien kanssa) ja tietyt yksinkertaisemmat eivät (ts. Vain protonit). Ei ole olemassa lakia, jonka mukaan yksinkertaisempi on todennäköisempi ja monimutkaisempi kaikissa tilanteissa. Pikemminkin on aina olemassa kokoonpanoja, jotka ovat monimutkaisempia ja vakaampia kuin yksinkertaiset kokoonpanot. Tämä on vain seurausta alkuperäisestä materiaalista, jonka kanssa olet lahjakas. Eli evoluutio etenee sen kanssa, mikä on vierekkäin mahdollista, ja siinä yhteydessä, mikä on lisäksi monimutkaisempaa, sattuu vain olemaan mikä on mahdollista eikä minkään yksinkertaisemman asian kanssa, mikä on mahdotonta. Modulaarisuuden kahdestoista periaate: Innovaatio on asiayhteyttä, monimutkaisia ​​tai yksinkertaisia ​​ratkaisuja ohjaa se, mikä on mahdollista eikä mikä ole yksinkertaista tai optimaalista.

Yhteinen teema evoluutiossa on tämä käsitys konstruktivismista. Eli evoluutio etenee vaiheittain ja on rakennettu aiemmista vaiheista. Jokainen uusi vaihe johtuu edellisen vaiheen ominaisuuksista. Uuden vaiheen kyvyt ovat kuitenkin esiin nousevia kykyjä, joita ei aiemmin ollut. Yllättäen modulaarisuuden abstraktit käsitteet paljastuvat jokaisessa uudessa vaiheessa. Tietojen modulaarisuudesta on malleja, jotka toistuvat jokaisena uudessa vaiheessa. On olemassa tietomallinnusmalleja, joita ei ole olemassa aiemmissa vaiheissa, mutta jotka ilmenevät jokaisella uudella vaiheella.

Nyt kun olemme saapuneet elämän perusrakenteisiin, keskustelen siitä, kuinka tämä uusi itsetoistuva kyky johtaa yleiseen älykkyyteen.

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

Tutustu syväoppimiseen: keinotekoinen intuitio: Mahdoton syvän oppimisen vallankumous