Deci Jim Crutchfield este invitatul nostru
pentru această lecție. Este profesor de Fizică la
Univesitatea din California, Davis și Director al Centrului de Știința Complexității.
Este și profesor asociat al Institutului Santa Fe.
Jim este unul din pionierii care s-au implicat în domeniul de cercetare al teoriei haosului și a lucrat
mulți ani la mai multe abordări în cercetarea complexității
mai ales în ceea ce privește procesarea informației în cadrul sistemelor complexe.
Bun venit Jim. Bună Melanie, ce faci? Bine. O să te întreb
care crezi că este rolul informației în procesul de înțelegere a sistemelor complexe?
Răspunsul scurt și simplu este că
reprezintă un concept cheie. Unul dintre
rolurile pe care îl joacă este definitoriu
pentru cantitățile de care suntem interesați.
Din punct de vedere al contrastului, sau paralela pe care o fac cu domeniul fizicii
este că reprezintă un obiect, concept sau entitate dominantă
și suntem interesați de energia ei.
În mod cert sunt multe aplicații de succes
în ceea ce privește fizica tradițională, de exemplu, fizica tranzițiilor de faza
la sistemele complexe. Dar multe sisteme complexe
dacă ne gândim la rețelele sociale sau la sistemele create de oameni - Internetul -
nu au neapărat
o noțiune de energie, deci informația definește
în multe feluri modul în care se poate descrie sistemul complex.
Diversele modalități de procesare și stocare a informației
pot fii asociate cu modul în care este organizat sistemul.
Deci este un concept cheie. În mod sigur noțiunea inițiala de ”inforamție” prezentată de Shannon
care are un anume grad de surpriză,
de impredictibilitate într-un sistem sau cat de impredictibil este un sistem trebuie îmbunătățită
deci pe acest lucru se centrează foarte mult munca mea,
încercând să definesc faptul că sunt mai multe feluri de informație, nu doar informația prezentată de Shannon
care reprezintă, în contextul teoriei comunicării
gradul de ”surpriză”.
Să discutăm acum despre un anumit exemplu. Am discutat, de exemplu, despre coloniile
de furnici... Cum crezi că se aplică notțiunea de ”informație”
în acest caz și care sunt diferitele tipuri de informație (din sistem)?
Abordarea de bază este să începem cu
viziunea lui Shannon în privința oricărui tip de proces, sistem natural sau sistem creat
ca fiind un canal de comunicare. Acest concept poate fii
aplicat în multe, multe feluri. La nivel general
ne putem gândi că orice proces temporal este un canal de comunicare
prin care se comunică ”trecutul” către ”viitor”.
Și putem aplica acest tip de comunicare la o colonie de furnici
Și se poate aplica la mai multe nivele, astfel
există noțiunea de de organizare a mușuroiului
și ce fel de informație socială sau chiar legată de de arhitectura mușuroiului
este creată în cadrul organizației sociale,
sau în cadrul organizației coloniei toate aceste lucruri exprimă
un anumit tip de rezumat al comportamentului furnicilor în trecut
care este important pentru ele ca să poată supraviețui
și deci să trăiască pe viitor. Putem să intram puțin mai în detaliu și să ne punem întrebarea
ce se comunică
și cum este organizată colonia pentru ca anumite sarcini să fie îndeplinite?
Acesta lucru implică un nivel individual.
Poate o sursă de hrană apare la o anumită distanță față de mușuroi. Cum este comunicat acest lucru?
Cum se schimbă anumite grupuri de lucrători și de furnici culegătoare
în timp ca urmare a modului în care anumite resurse le sunt la îndemână?
Și putem discuta despre acest lucru tot în termeni de ”informație”,
cum se schimbă structura informațională a coloniei ca răspuns la această nouă informație venită din exterior
cat de mută memorie este utilizată, etc.
Deci informația este reală în sensul în care masa și energia sunt reale?
Are aceași
cantitate fizică?
Încă cercetăm acest aspect.
Da. Este bine să ne gândim care au fost
primele discuții legate de energie acum 400, 500 de ani
care sunt bazele fizicii.
În secolele XVI - XVII erau multe dezbateri dacă energia,
depindea de viteza unui obiect (energia cinetică)
sau viteza la pătrat a acestuia. Și putem vedea că atunci
se făcea o confuzie între viteză și energie cinetică.
Cred că, dintr-un anumit punct de vedere, suntem în aceeași perioadă
încercând să înțelegem mai întâi că nu există o noțiune unitară în ceea ce privește informația.
Există diferite tipuri de informație care au diferite contexte semantice
în diverse medii.
Cred că sunt multe dovezi în acest sens pe care nu le voi detalia aici, credeți-mă pe cuvânt sau încercați să analizați voi înșivă. Este ceva folositor?
Da, sunt multe aplicații ale acestei teorii. Am arătat că
felul în care este stocată și procesată informația este relevant pentru felul în care apar caracteristicile emergente
și poate fi măsurată cantitativ în sisteme care formează modele sau în sistemele
dinamice non-lineare. Sunt multe ramuri din fizica matematică,
din dinamica non-lineară în care conceptul este foarte util
și sper ca raza sa de aplicare să crească și pe măsură ce se întâmplă acest lucru,
ideea noastră despre ce înseamnă informația și ce fel de informație există să se îmbogățească.
În acest curs am discutat despre definiția complexității
și cât de dificil este acest lucru.
Iar oamenii au diverse definiții, deci ce rol are informația în propria ta definiție
a complexității?
Dintr-un punct foarte simplist de vedere în opinia mea sunt sinonime.
Dar nu definiția informației dată de Shannon. Bun, OK, deci...
Da, există definiția matematică
a informației dată de Shannon, care,
în mod simplu,
ne spune cât de multă informație există
în niște evenimente cu caracter probabilistic. Din punct de vedere matematic
înseamnă cat de uniformă este distribuția probabilității
de-a lungul evenimentelor. Aceeași structură matematică se folosește din nou
și din nou, dar distribuția pe care o descriem se schimbă
în funcție de contextul în care este aplicată și,
de exemplu, putem vorbi de informația definită de Shannon
în arhitectura obișnuită a unui sistem, și asta măsoară
cantitatea de memorie stocată, nu cât de dificil este de prevăzut comportamentul acelui sistem.
Prin ”arhitectura obișnuită”, te referi la cauzalitatea care are loc într-un sistem?
Da. Ce grad de libertatea are. Dacă mă uit la un fluid turbulent
sau la motorul mașinii mele este puțin în repaos, câte nivele active
de libertate există în aceste sisteme?
Câtă informație din trecut stochează sistemul într-un anumit moment?
Care este locația pe care o ocupă această informație stocată?
Folosim aceeași formulă matematică
propusă de Shannon în teoria informației
dar o aplicăm la un alt fel de distribuție și. astfel
sensul acelei informații este diferit față de cel al
noțiunii originale care are în vedere câtă informație este produsă de-a lungul timpului de
de către o sursă de informație.
OK, acum te voi întreba... Știu că
ai făcut cercetări cu rezultate recunoscute în domeniul
teoriei haosului și al dinamicii înainte. Cum te-au determinat acestea
să te îndrepți spre domeniul informației și al procesării informației? Păi, în ceea ce privește istoria cercetării
în domeniul fizicii non-lineare și al dinamicii non-lineare ceiel mai importanți pați
de început i-au făcut matematicianul rus
Andrey Kolmogorov și elevul său Yakov Sinai, au împrumutat
noțiunea de ”informație” propusă de Shannon la jumătatea anilor 40
și au aplicato la sistemele dinamice non-lineare.
Ce îi interesa pe ei era faptul că există 2 sisteme
dinamice diferite, cumva, la nivel intuitiv știau că acestea sunt haotice, sau imprevizibile
într-o anumită măsură dar nu au putut să le măsoare din punct de vedere cantitativ până nu au
împrumutat noțiunea de ”informație” propusă de Shannon.
Au preluat acest concept al ratei de entropie la sursă
și au descoperit ceea ce acum se numește ”noțiunea de entropie Kolmogorov-Sinai”. Deci avem un sistem haotic non-linear
un set de ecuatii deterministe diferențiale și putem să măsurăm
rata de producere a informației. Ți vă pot spune că unul dintre cele două sisteme este mai haotic
și mai imprevizibil decât celălalt, deci răspunsul direct, din punct de vedere istoric
că dacă studiezi sistemele dinamice non-lineare, mai ales cele haotice
noțiunea de informație are o istorie lungă de jumătate de secol
legată de felul în care înțelegem, la nivel de bază,
cum se produce informația în sistemele naturale. OK.
La ce lucrezi acum? Care este cel mai pasionant lucru
care ți-a atras atenția? Am coparat noțiunea de ”informație”
așa cum o percep eu cu ceea ce se întâmpla la început când se încerca
să se înțeleagă ce este energia, deci aș spune că cel mai captivant lucru acum
este întrebarea: există o relație fundamentală într-un sistem natural
în care există diferite tipuri de energie și care are un anume comportament
în timp și care este relevanța acestora pentru modul în care sistemul
produce și stochează informația. Întrebarea este: dacă există
limite fundamentale cu privire la
cantitatea de informație procesată care se se pot stabili pentru
un sistem natural sau pentru un sistem creat precum un computer și căt
este de mare dispersia de energie? Este un nou sistem de cercetare denumit termodinamica informației.
Încercăm să înțelegem relația directă dintre energie și informație.
Interesant. Deci Liz Bradley, am discutat cu ea
în timpul cursului trecut. Ne-a vorbit despre faptul că cercetează calculatoarele ca pe niște sisteme dinamice
și le analizează din această perspectivă.
Acest lucru se leagă de ceea ce cercetezi tu acum? Da, Eu și Liz discutăm despre
modalitatea de a aplica măsurătorile noastre în ceea ce privește procesarea și stocare informației
la circuitele simple logice și să vedem dacă se pot aplica
și dacă există o legătură între nivelul de procesare a informației
și dispersarea de energie. Ideile de bază aparțin lui
Rolf Landaue de la IBM Research. Rolf a murit de curând
și a avut această idee care acum face parte din principiul
Landauer care spune că pentru orice manipulare logică pe care o face un sistem
se dispersează o anumită cantitate de energie
care este proporțională cu numărul de biți..
legat de numărul de alegeri pe care le face un sistem în timpul operațiunilor sale logice
și a afirmat că există o limită fundamentală, deci
acum testăm această idee. Revizuim noțiunea
Demonului lui Maxwell.
Maxwell a introdus demonul său mic și isteț pentru a sorta
moleculele rapide ți lente în compartimente diferite din cutie, astfel contribuind la creșterea
diferențelor de temperatură și să poată fii măsurata munca depusă
Astfel, există noțiunea de cât de inteligent este acest demon pentru a face o anumită muncă.
Deci revizuim acest lucru și acest sistem prototip
care ne permite să discutăm despre inteligență sau procesarea de informație pe de-o parte
și despre disiparea energie și munca depusă pe de altă parte
OK, foarte intersant. O ultimă întrebare.
Mulți dintre studenți au întrebat cum
sa apucă cineva să studieze sistemele complexe și faptul că nu există specializări
în sisteme complexe în majoritatea universităților
deci ce le recomanzi celor care sunt interesați de acest domeniu?
Cred că trebuie să participe la cursul tău on-line.
Și de asemenea pregătesc și eu un curs și cred că
având în vedere discuțiile pe această temă
în privința cursurilor on-line destinate publicului larg
s-ar putea ca acest lucru să fie din ce în ce mai ușor.
din ce în ce mai ușor.
Sunt anumite domenii de bază pe care le pot studia
și am propria mea listă favorită: fizica statistică,
teoria informației, teoria matematică a sistemelor dinamice non-lineare...
Este o anumită... am spus aici lista mea
iar a mea conținea ”învățarea”, ”învățarea evolutivă”.
Da, acestea sunt aplicațiile de bază.
Dar ai dreptate...alte feluri de sisteme, în mod sigur
alte întrebări legate de stocarea informației și procesarea, chiar și disiparea energiei
se aplică sistemelor ecologice și sistemelor care învață, se adaptează
și evoluează.
Deci acestea constituie informații de bază
pentru inițierea în domeniul sistemelor complexe. Să sperăm că în viitor
cu toate că încă nu s-a realizat acest lucru până acum după cum ai spus și tu
va exista o universitate care va iniția un program
în privința sistemelor complexe, și care rezultat trebuie să ai puțin spirit de aventură.
Există cărți mai mult sau mai puțin cunoscute
deci poate că în cadrul cursului vei propune o listă
care să cuprindă astfel de materiale, dar totuși trebuie să
deschidem drumul împreună. Așa este.
Bun... mulțumesc foarte mult. A fost nemaipomenit. Apreciez foarte mult.
Sigur , mă bucur că pot fii de ajutor. OK.