Neste video, nós vamos ver como podemos aplicar nossas medidas ao mundo real.
Contudo, o mundo real pode parecer bem diferente da natureza na computação
Então nao aplica-se nossas medidas baseads em computacao fazer a suposicao de que
a natureza é, de alguma forma, comparável, nos permitindo aprender
algo sobre ela com ferramentas computacionais. Nós achamos que sim.
Então nestas três primeiras aulas nó vamos tentar fazer algumas relações
entre ideias do mundo real e a computação, para te convencer de
como uma pode ser relevante para a outra.
E como a abordagem da computação é para a natureza e o mundo físico talvez
mais relevante do que o esperado. Por exemplo, pode soar ridículo pensar que
alguém pode modelar a natureza a partir de uma máquina de Turing.
No final das contas, nada na Natureza parece ter uma fita dividida em células
com um cabeçote indo pra frente e pra trás. Especialmente coisas sofisticadas, como a mente.
Mesmo que alguns processamentos de DNA se pareçam com isso, eu vou mostrar
que algumas vezes o sistema se comporta exatamente como uma Máquina de Turing.
Apesar disso, não queremos dizer que a Natureza opera como uma Máquina de Turing.
Mas note que nós também não estamos dizendo que a mente trabalha como uma Máquina de Turing.
O jeito que uma Máquina de Turing funciona é basicamente irrelevante para nós.
E foi assim desde o começo, mesmo para Alan Turing. E é assim, pois ao mostrar que a Máquina de Turing é universal
a natureza particular se torna irrelevante.
Isso significa que eles simplesmente cobrem o espaço de todos os programas
computacionais possíveis, desprezando se são implementados por Maquina de Turing,
autômato celular, redes neurais, ou qualquer outro método.
Desta forma, não foque no fato de estarmos usando uma Maquina de Turing
pois é só um artefato. Isso, definitivamente, não é uma crítica
que pode ser suscitada por qualquer outra pessoa, pois
estariam perdendo o ponto principal.
Podem existir razões que apoiam a ideia da Natureza ser estudada e se comportar
como um programa de computador. Começando como nossos computadores
vão modelar baseando-se em mecânica clássica. Nós vamos falar sobre outras ideias
que podem ser necessárias para entender a aparente ou razoável efetividade da computação
no mundo real. Não podemos nos esquecer que
atualmente é quase impossível entender ciência sem o uso de computadores.
E que até equações diferenciais são numericamente resolvidas em aparelhos
simples, que nada mais são que programas de computador.
Eu vou falar de alguns assuntos que eu espero que vocês achem
tão empolgante quanto eu! Estes vão de vida artificial, até complexidade
e computação na Natureza. Eu acho que todos nós acreditamos saber
como um computador se parece. Esses são exemplos que todo mundo reconheceria
como um computador. Alguns outros computadores são menos óbvios de reconhecer
pois microprocessadores agora estão em todos os lugares, dentro de celulares,
carros e em todo tipo de coisa, onde a gente nem imagina.
O que, talvez, nós identifiquemos melhor seja com o que um computador não se parece.
Como, por exemplo, este organismo, um bolor amarelo (fungo),
o qual é um animal muito interessante, Essa é uma célula gigante formada por
muitas outras células que se fundiram para formar uma única, mesmo que
fique com milhares de núcleos dentro dela. Contudo, há não muitos anos atrás
o computador era considerado como humano e não um dispositivo eletrônico
De fato, o dicionário inglês de Oxford ainda define o computador como uma pessoa
empregada para fazer cálculos. Um ser humano especialista em cálculo.
Não foi até o trabalho de Alan Turing que a distinção entre computadores humanos
e computadores automáticos foi feita. Alan Turing é o pai da ciência da computação
Ele definiu o conceito fundamental que deu origem a este campo da ciência.
O conceito de computação universal. Ele fez isso numa forma muito intuitiva
definindo um modelo extremamente simples de computação.
Tão simples, que era óbvio. Era um dispositivo mecânico que funcionava passo a passo.
Na verdade, ele deveria imitar o jeito que o ser humano faz os seus cálculos.
E a pergunta que Turing fez foi: Quanto um humano e um computador
automático é capaz de calcular? Então me deixe explicar, brevemente,
o que é uma Máquina de Turing. Hoje em dia há uma forma de nomear
os dispositivos simples que Alan Turing criou para explorar os limites da computação.
Você pode ver aqui na tela uma Máquina de Turing que é um dispositivo X
Pode-se pensar que existe um cabeçote e uma fita, como aqueles gravadores de video VHS.
E assim como os gravadores de video, que leem e exibem frames na TV,
uma Máquina de Turing lê células que contém um símbolo, normalmente um
dígito binário (0 ou 1). A Máquina de Turing também tem um conjunto de estados.
Pense novamente num gravador de video, pois neste você pode tanto rodar
quanto gravar um video do seu programa de TV preferido. E essas são duas funções ou
estados diferentes do gravador de video. Ou ele está gravando ou mostrando o video.
Numa máquina de Turing acontece praticamente a mesma coisa.
Pode ter n números de estados ou funções
Na figura você pode ver uma representação de uma Máquina de Turing. Na esquerda,
o desenho mostra uma fita onde o programa está escrito. Na direita, tem um diagrama de espaco e tempo
que mostra a evolução da Máquina de Turing no tempo. Os 3 símbolos, representados por cores:
branco, que também é o fundo, laranja e amarelo. A pequena seta preta representa a célula ativa,
a direção da seta representa o estado da máquina. Se está apontando para cima, por exemplo,
significa estado 1 e se está apontando para baixo significa estado 2. E assim por diante.
Essa Máquina de Turing tem 3 símbolos ou cores e dois estados. Existe uma regra na direita do slide
que informa o comportamento da máquina de Turing após ler a informação na fita.
Se, por exemplo, a fita passa no laranja e a seta mostra estado 1, a máquina diz
para substituir aquela célula com uma célula amarela, mover o cabeçote
para esquerda e manter o estado 1. Portanto, começando de uma célula branca,
a máquina vai fazer esse desenho após 20 passos.
A regra também pode definir o momento de parar e a máquina vai parar ou não quando
encontrar a situação definida pela regra. Ou pode entrar num ciclo infinito.
Apesar da simplicidade deste tipo de máquina, esta é extremamente poderosa.
Seu próprio computador eletrônico funciona, de alguma forma, como uma Máquina de Turing (MdT).
De fato, qualquer cálculo que um computador realiza a Máquina de Turing também pode fazer.
O que é surpreendente na Máquina de Turing é que uma MdT pode simular outras Mdt.
Essas são chamadas Máquinas de Turing Universais. E o motivo pelo qual você não precisa de
um computador diferente para ouvir musica ou para jogar, você pode usar o mesmo computador,
porque o seu computador pode rodar qualquer programa de computador e se comportar
como o programa está dizendo pra ele se comportar.
Tudo isso é bem legal e bonito, mas aqui tem uma citação do grande Richard Feynman.
Este foi um físico quântico que, entre outras coisas, ganhou o prêmio Nobel de Física. E ele estava
aqui em Estocolmo, onde estou agora. Ele fez parte do projeto Manhattan, que
desenvolveu as bombas nucleares dos EUA. Também estava na comissão
que investigava o desastre espacial Challenger. Ele disse o seguinte:
"Eu não acredito na ciência da computação. Para mim ciência é o estudo do comportamento da natureza"
E eu acho que ele está absolutamente certo. Ele, de alguma forma, está apontando para
uma nova área, chamada computação natural. Este é um campo que percebe computação na natureza
Como o fungo amarelo, que ninguém acreditaria ser um tipo de computador ou ser capaz de
calcular qualquer coisa. E, de fato, pode realizar cálculos sofisticados, como
encontrar caminhos otimizados entre pontos. O que fornece soluções para certos problemas,
conhecidos na ciência da computação como problema do vendedor viajante, o qual
requer passar por lugares diferentes da forma mais eficiente possível.
Tem um artigo muito conhecido publicado na revista Wired sobre computação e coisa da natureza.
Este menciona minha própria pesquisa. Nós podemos perguntar agora: O que é um computador?
Coisas vivas ou não vivas são capazes de calcular? Tudo é um computador?
Outro exemplo claro é o ciclo circadiano das plantas e dos animais, o relógio que
te acorda pela manhã antes do alarme tocar. O seu ciclo circadiano calcula o tempo
após você acordar pela manhã. Então, se tudo é um computador, alguém pode perguntar
se um computador pode simular o universo e Feyenman teve uma resposta para isso também.
Ele, basicamente, tinha uma resposta para tudo. Sua resposta foi negativa, porque nenhum
computador digital poderia simular o fenômeno quântico. Isso precisaria de
muitos recursos para ser simulado com um computador digital.
Seriam necessários muitos computadores com ordem de magnitude maior que o próprio
Universo para modelar uma pequena parte deste.
Desta forma, Feynman teve a ideia dos computadores quânticos.
Se eles são viáveis ou não, é uma outra pergunta. Mas vamos voltar ao mundo macroscoópico
e às coisas que nós podemos ver na Natureza pra tentar entender o que seria a Vida
e como reconhecer vida natural da artificial a partir de uma perspectiva computacional