Hier haben Sie zwei Fotos,
die ich im Nordirland und Nordschottland gemacht habe.
An der linken Seite, da gibt es ein sogennante Hexenring von der Märchen.
Diese Kreise besteht aus Pils,
aber man würde nicht überraschend, dass sie im fasten perfekten Kreis organisieren
Wie setzen sie mit sich in Verbindung, sodass sie im korrekten Platz sitzen?
An der rechten Seite haben wir sechseckige Lavasteine.
Wie bildet sie sich?
Sie sehen sehr strukturiert aus, die man müssten nicht denken,
dass sie in der Natur stattfinden können,
denn sie bräuchten ein Schöpfer, der mit die Pils redet, um Kreise zu konstruieren,
und ähnliches bräuchten die Steine auch, um Sechsecke zu konstruieren.
Also wie unterscheiden wir künstliche Sachen und natürliche Sachen?
Mein Vorschlag ist, dass diese Strukturen Ergebnisse einer Berechnung sind.
Ich werde dies wieder zurückkommen.
Es gibt zwei Vorgehensweisen bei der Frage „Was ist Leben?“.
Eines davon ist ein Top-down-Prinzip, das besteht aus
der Veränderung eines Organismus.
Man könnte darüber denken,
dass die Funktionen eines Organismus verschwunden waren,
um die minimale Bedingungen, um die Leben zu existieren, zu finden.
Zum Beispiel könnte man die minimale Menge des Gene finden, die ein Zell herstellt,
sodass dieses Zell Informationen kopieren und umsetzen kann.
Diese Frage und viele andere gehören zu dem „Synthetische Biologie" Bereich,
wobei wir ändern lebenden Organismen.
Die andere Vorgehensweise ist ein Bottom-up-Ansatz,
der mit nichtlebende Organismen, um Organismen von Null anfängt.
Da wird die wesentlichste Eigenschaft studieren,
z.B. Selbstreplikation und Selbstorganisation,
im Bereich „Künstliche höhere Leben".
Viele Informatiker interresieren sich in Selbstreplikation
seit dem Bereich gegründet war.
Nils Barricelli und John von Neumann waren einen der Ersten,
die die Fragestellung untersuchen und diese Art von Versuche durchführen.
John von Neumann war ein besonderer Wissenschaftler wie Richard Feynman,
der ich schon bereits erwähnt.
Diese Wissenschaftler erleuchten jedes Bereich, das sie berühren.
John von Neumann war auch in dem Manhattan Projekt.
Er war auch ein Physiker, der wirkmächtig zur Quantenmechanik beitragen.
Höchst interresant ist, dass er sowohl
einer der Gründer des Computerwissenschafts als auch
einer der ersten Bauern der echten elektronischen Computers.
Ein offensichtliches Beispiel eines diesen Bauers ist Konrad Zuse aus Deutschland.
Und zwar entwerfen fast alle aktuelle Computers nach Entwürfe von Neumann.
Die Architektur diese Computers nennt man heute „von Neumann Architektur“.
Von Neumann interessiert sich in der Idee, wobei eine Maschine kann exakt replizieren
Hier stellt ein Bild die Idee dar.
Ein mechaniker Arm kriegt Rohstoffe von einem Regal,
um einen weiteren Arm zu konstruieren,
der dieselbe Art von Arm ist und
ohne Hilfe ein weitere Maschine konstruieren kann.
Von Neumann abstrahiert die Idee von Zellrepilkation mit Hilfe von einem
anderen Manhattan Projekt Wissenschaftler, Stanislaw Ulam.
Sie entwickelten das Konzept einem zellularer Automat.
Zellulare Automaten sind eine Art von Maschinen,
sehr ähnlich wie eine Turingmaschine,
aber sie verändert viele Zellen in einem Mal, statt sofort ein Zell im Speicherband
und zwar darf diese Bände zweidimensional statt eindimensional sein.
Diese Maschine ist sehr interessant,
um das Konzepte der Zellreplikation zu forschen.
Hier ist ein Beispiel eines eindimensionalen zellularer Automat.
Wir fangen von die erste Reihe der Zellen an.
Jedes Zell verändert sich nach obender Regel.
Also wenn man von ein schwarzes Zell zwischen zwei weiße Zellen anfangen,
die nächste mittele Zelle wird schwarz.
Man bringt die Evolution wie diese hervor, durch diese einfache Regel.
Dies sogenanntes „Regel 30“-zellularer Automat in der Aufzählung von Wolfram
kommt von der binäre Darstellung des Regelsymbols.
Betrachten Sie, dass wenn die ertse Reihe festgelegt wurde,
die zweite Reihe ist eine binäre Zahl, die in decimal wird 30.
Hier ist der gleiche zellulare Automat nach mehr Schritte.
Man kann sehen, dass ein einfache Computerprogramm
kann eine reiche Verhalten entwickeln.
Dieser besondere Automat war von Wolfram erfundet,
der nach einem vollständigen Experiment
jede Menge Computerprogramme mit vielen fazinierende Eigenschaften fanden.
Und zwar trotz der extreme Einfachheit.
Dieses „Regel }0“-Automat ist das kleinste Computerprogramm, das Zufälligkeit ergibt,
durch meiste Normale.
Es zeigt alle dieser Komplexität auf dein Bildschirm.
Mann kann fragen, ob diese einfache Regeln in der Natur stattfinden können.
Wenn man Muschelschalen beobachtet, deren Schalen lagenweise wachsen,
wie ein zellular Automat, man kann erstaunlicherweise Vorlage finden.
Also von Neumann setzte dieser zweidimensionale Automat um, der
nicht nur selbst replizieren können, sondern auch robust genug ist,
um Veränderung zu leisten und replizieren.
Zum Beispiel ist hier der originelle zellularer Automat,
der replizieren können.
Wenn eine Mutation wird einführen, der Automat fangen zu replizieren an,
ein weiterer Automat, darin liegt noch die Mutation.
Sie können von dieser kleinen Blume sehen, die mit Code
auf dem Band reproduziert wurde.
Dies war natürlich ein Meilenstein in der Informatik und im künstlichen Leben -
ein vollständig künstliches System,
fähig, eine grundlegende Eigenschaft in einer Computersimulation zu replizieren.
Einige Forscher haben zum Spaß das Konzept der Selbstreplikation
von von Neumann implementiert, und zwar haben 3-D-Druckmaschinen hergestellt,
die sich ausdrucken können, wie diese in dieser Foile.
Hier können Sie ein Elternteil und ein Kind sehen,
die von diesen Forschern in Großbrittanien stammt.
Eines der berühmtesten zellularen Automaten ist Conways „Spiel des Lebens“.
Dies ist ein zweidimensionaler zellularer Automat,
der nur vier sehr einfache Regeln hat, die man überall in der Natur finden kann
und zwar bestimmen des Zusammenlebens von Organismen.
Die Regeln sind: wenn es Leben gibt, das mit schwarzen Zelle darstellt,
mit weniger als zwei schwarzen Nachbarn, stirbt die Zelle durch Isolation.
Wenn eine schwarze Zelle mehr als drei Nachbarn hat,
stirbt die Zelle durch Überbelegung.
Wenn eine tote Zelle genau drei schwarze Nachbarn hat,
wird es eine schwarze oder lebende Zelle durch Fortpflanzung.
Schließlich, wenn es eine schwarze Zelle mit zwei oder drei schwarzen Nachbarn gibt
dann überleben sie zur nächsten Generation.
Mit dieser vier Regeln zeigt dies Automat sehr beeindruckende Komplexität und
viele Eigenschaften, die wir lebende Systeme zuschreiben, z.B. Bewegung,
Ausdauer und Evolution.
Möglicherweise sehen Sie auf dem Bildschirm
ein Video des „Spiel des Lebens“.
Es stelltte sich heraus, dass das „Spiel des Lebens“ lässt sich selbst zu
replizieren, sogar auch turingmächtig zu sein.
Es gibt eine Eigenschaft, die ich schon Sie geredet hab.
Das ist, die Eigenschaft, die irgendeine Computation durchführen können,
sowie Ihrem eigenen Computer.
Also in Prinzip können Sie Microsoft Windows oder Mac OS auf diesem extrem
einfachen Computer ausführen, basierend auf Regeln, die die Regeln des
natürlichen Organismens imitieren.
Es wird sehr ineffizient, aber Sie können in Prizip
ein beliebtiges Programm ausführen.
Zellulare Automaten können uns helfen, zu modellieren und verstehen
wie Dinge wie Hexenringe, die wir am Anfang gesehen haben, werden gebildet.
Pilse, die wachsen und fortpflanzen endlich sterben wird,
und die können nur außerhalb das überfüllte Zentrum fortpflanzen.
Da baut schließlich diese bestimmte Kreise.
Wann diese Simulationen ausgeführt werden, sie sehen wie dem „Spiel des Lebens“ sehr
ähnlich, denn schließlich der Hauptkreis breitet sich aus und bewirkt die
Entwicklung neue Kreise. Dadurch zeigen sie die Vorlage der Pilse.
Vielleicht errinern Sie sich an das Bild mit Hexenringe,
das ich Ihnen gezeigt habe.
Also das ist die Erklärung: zellulare Automaten.
Und von Neumann dachte, dass ein System der Macht
eines Universalrechners bräuchte.
Also hier stelle ich Ihnen eine Frage:
Kann Leben mit universeller Berechnung definiert werden?
Die Antwort ist nicht offensichtlich. Ich denke persönlich,
dass ein starker Fall für die Verbindung zwischen Leben und Berechnung
gemacht werden kann. Aber ein anderer zellularer Automat, den Sie am Bildschirm
sehen können, der heißt „Langtons Schliefe“, zeigt, dass ohne turingmächtig
ist es unmöglich selbst zu replizieren.
„Langtons Schleife“ kann selbstreplizieren, aber die ist sehr leicht zu rechnen.
Man dürfen nicht viel damit berechnen.
Ein anderes Ding zu bemerken ist, dass deutliche nichtlebende Systeme lässt sich
zu selbstreplizieren, z.B. Krystalle.
Also ist Selbstreplikation wahrschenlich eine notwendige Voraussetzung
für das Leben, aber nicht ausreichend.
Also was sind die Bedingungen des Lebens, wenn nicht nur Selbstreplikation ist?
Ist es ein Stoffwechsel, der Ernergie aus der Umwelt umwandelt? Oder sonst noch was?
Es hat einige interessante Versuche gegeben, um das Leben in den
abstraktesten Begriffen zu definieren.
Z.B. dieser Autor, Joyce, würde ein System als lebend betrachten, wenn es mehr Bits
enthält als die Zahl, die erforderlich waren, um seinen Betrieb einzuleiten.
Diese Definition ist interessant, hat aber einige Schwierigkeiten,
denn man braucht genaue Definitionen der Information und zwar
der Hinzufügen der Information, um dies zu verstehen.
Hopfield dachte auch, dass biologische Systeme eine Art von Berechnung ausführen,
und zwar, dass diese Berechnung Biologe von Physik unterschiedet.
In jüngerer Zeit hat Leroy Cronin vorgeschlagen, dass das Leben alles ist,
was Evolution, die in der Form des Überlebens der Stärkesten, machen kann.
Das heißt, dass Materie, die sich entwickeln kann, lebend ist.
Wahrscheinlich kann auch Krystalle und Viren lebend sein,
gegen die Intuition der meisten Biologen.
Und weil ich die Frage des Lebens mit der Frage des Berechnung verbinden möchte,
ich muss fragen, ob lebende und nichtlebende Dinge berechnen können,
oder ob sie überhaupt etwas berechnen.
Hier gab es auch zwei interessante Ansätze.
Z.B., Wolframs Ansatz vorschlägt, dass es eine einfach und berechbar Regel gibt
für das ganze Weltall.
An der anderer Seite hat Seth Lloyd zwar vorgeschlagen,
dass das Weltall ein Computer ist, aber er denkt wie Feynman,
dass wenn das Weltall ein Computer ist, muss es ein Quantencomputer sein.
Diese Ansichten lenkten sich auf Kritik, die aus einem verwandten Bereich
entstehen, der heißt „Funktionalismus“.
Da betrachtet man die menschliche Seele als eine Art von Computers.
Einer der Hauptkritik sagt, dass es gibt keine deutliche Unterschiedung der
Bedeutung der Berechnung, falls wir überlegen, dass nichtlebende Dinge
berechnen können. Dann kommen wir zu absurde Ergebnisse
wie David Chalmers spöttische Aussage, dass ein Stein jeder endlicher Automat
implementiert wurde. Das heißt, dass Steine wie Computers sind,
aber das ist Quatsch.
Mein Ziel ist, nicht nur um eine hohe Berechnungsfähigkeit mit Computers
(z.B. Menschen und elektronische Computers) in Verbindung zu bringen,
sondern auch um eine niedrige Berechnungsfähigkeit mit Dinge, z.B.
Steine und das Wetter, in Verbindung zu bringen.