Wyobraź sobie, że nasz wszechświat jest znacznie prostszy. Nie dość, że dwuwymiarowy, to jeszcze rządzony przez banalne reguły, możliwe do streszczenia w kilku zdaniach.

Zanim przej­dziemy do istoty tego wpisu, rozważmy przez moment inte­lek­tu­alne starania naszego gatunku. Bez względu na to co sądzimy o wszech­świe­cie, od dawien dawna żywimy nadzieję, że jest on poj­mo­walny i istnieje szansa na pre­cy­zyjne opisanie two­rzą­cych go fun­da­men­tów. Zaczę­li­śmy od zro­zu­mie­nia zasad logiki, następ­nie prze­szli­śmy do praw mate­ma­tycz­nych, a w końcu roz­po­czę­li­śmy cier­ni­sty marsz ku wielkim teoriom fizycz­nym. Obecnie wyko­nu­jemy kolejny krok, który naj­kró­cej można nazwać poszu­ki­wa­niem uni­fi­ka­cji. Obser­wu­jąc nie­zli­czone procesy natu­ralne, nauczy­li­śmy się wsadzać je w ramy ele­ganc­kich i pre­cy­zyj­nych równań. Naj­nor­mal­niej­sza rzecz pod Słońcem, jednak po jakimś czasie dostrze­gli­śmy coś intry­gu­ją­cego. Niektóre z tych opisów dawały się ujed­no­li­cić! Dwa na pozór różne oddzia­ły­wa­nia fizyczne, w pewnych warun­kach mogły okazać się nie­odróż­nialne. W głowach uczonych zaświ­tała myśl, iż cała złożona powierz­chow­ność wszech­świata, wynika w istocie ze znacznie prost­szych zasad. Dziś każdy wie, że czas łączy się z prze­strze­nią, energia z materią, elek­trycz­ność z magne­ty­zmem i tak dalej. Uni­fi­ku­jemy wszystko co się da. Stąd mamy prawo domnie­my­wać, że dalsza zabawa w szukanie wspól­nych mia­now­ni­ków, pozwoli nam zauważyć wzór-matkę; równanie, od którego będzie można wypro­wa­dzić wszyst­kie inne. Osła­wioną teorię wszyst­kiego.

Ale ten wpis nie będzie o samej teorii wszyst­kiego, lecz o czymś, na pozór, zupełnie innym.

W latach 80. pewien ame­ry­kań­ski infor­ma­tyk, Chri­sto­pher Langton, napisał nie­wielki pro­gra­mik, którego boha­terką była… mrówka. W zasadzie, mogli­by­śmy w to miejsce wstawić dowolne stwo­rze­nie, ale autor wymarzył sobie mrówkę, więc nie będziemy go popra­wiać. Wir­tu­alny owad pana Langtona, poruszał się po dwu­wy­mia­ro­wej, podzie­lo­nej na kwa­dra­towe pola płasz­czyź­nie, z zacho­wa­niem kilku naprawdę banal­nych reguł. Przy wdep­nię­ciu na pole białe mrówka musiała zawsze skręcić w prawo, a przy wejściu na pole czarne, zawsze w lewo. Ale żeby było cie­ka­wiej, choć na starcie cała plansza jest jed­no­lita, to jednak przy każdym dotknię­ciu mrówki, czarny kwadrat zmienia się w biały, a biały w czarny. To wszyst­kie para­me­try kie­ru­jące zacho­wa­niem wir­tu­al­nego żyjątka. Pozo­staje tylko puścić pro­gra­mi­styczną zabawkę w ruch. W inter­ne­cie można znaleźć mnóstwo animacji i filmików przed­sta­wia­ją­cych mrówkę Langtona w akcji, ale ja nie­skrom­nie pod­lin­kuję własną apli­ka­cję, napisaną w ramach ćwiczeń w Java­Script.
Począt­kowo nie dostrze­żesz niczego inte­re­su­ją­cego. Ślad pozo­sta­wiony przez mrówkę Langtona cha­rak­te­ry­zuje się totalnym chaosem, kreśląc losowy, pozba­wiony sensu wzór. Sytuacja ta jednak nie trwa wiecznie. Nie­ocze­ki­wa­nie, po ponad 10 tysią­cach kroków z rze­ko­mego nie­po­rządku, wyła­niają się zor­ga­ni­zo­wane, sche­ma­tyczne struk­tury. Wir­tu­alny byt wpada w pewną regu­lar­ność i gdyby nie granice planszy, wędro­wałby sobie po skosie, naj­pew­niej w nie­skoń­czo­ność.

Z jednej strony mamy do czy­nie­nia ze zwykłą cie­ka­wostką i prostym, pro­gra­mi­stycz­nym ćwi­cze­niem. Oso­bi­ście lubię jednak patrzeć na pracę Langtona szerzej. Przyj­mijmy, że kom­pu­te­rowa mrówka została wypo­sa­żona w świa­do­mość i dosta­teczną inte­li­gen­cję, aby badać swoje oto­cze­nie. Zapewne po jakimś czasie zauwa­ży­łaby niektóre zależ­no­ści. Zro­zu­mia­łaby, że czarny kwadrat zmienia się w biały a także, że odmienny kolor wpływa na jej ruch. Z taką wiedzą mogłaby się pokusić o ukucie równania, które opi­sa­łoby ukrytą regu­lar­ność; główną zasadę kie­ru­jącą mrówczym żywotem. Pozna­łaby teorię wszyst­kiego.

Musimy przy tym pamiętać, że wzór wydaje się banalny tylko kiedy patrzymy nań z góry, z odpo­wied­niego dystansu, a per­spek­tywa mrówki czyni wyzwanie znacznie trud­niej­szym. Sukces wyma­gałby od wir­tu­al­nego żyjątka znacznej bystro­ści umysłu. Być może porów­ny­wal­nej ze świa­do­mo­ścią istot na tyle inte­li­gent­nych, aby taki świat zapro­gra­mo­wać. A przecież mówimy o bardzo prostej rze­czy­wi­sto­ści. Wystar­czy wrzucić do programu jedną dodat­kową zmienną, a proces poznaw­czy skom­pli­kuje się w sposób nie­po­mierny. A jeżeli dodamy miliony kolorów pól, kil­ka­dzie­siąt moż­li­wo­ści ruchu mrówki, wyższy wymiar prze­strzenny, oraz wrzucimy do gry jeszcze kilka owadów? Albo bytów funk­cjo­nu­ją­cych w inny sposób? Osta­tecz­nie możemy wymyślić tak wiele zmien­nych i stałych, że odczy­ta­nie ogólnego zało­że­nia będzie gra­ni­czyło z cudem. Dla roz­wią­za­nia zagadki tęgie umysły two­rzy­łyby teorie cząst­kowe, nie­rzadko pozornie sprzeczne, których żmudne uni­fi­ko­wa­nie trwałoby całe poko­le­nia. Bez gwa­ran­cji na zwy­cię­stwo.

Czyż to nie wspa­niała alegoria dla nauko­wych dociekań ludz­ko­ści? Teoria względ­no­ści i mecha­nika kwantowa, makro­świat i mikro­świat, prze­wi­dy­wal­ność i nie­ozna­czo­ność – to inte­gralne elementy tej samej fizycz­nej rze­czy­wi­sto­ści. Dostrze­gamy zależ­no­ści w ruchu dużych obiektów, jak również wspólne reguły funk­cjo­no­wa­nia cząstek ele­men­tar­nych, ale wciąż umyka nam wspólny mia­now­nik. Pojawia się pytanie: czy takie mrówki Langtona jak my, posia­dają dosta­tecz­nie złożone umysły aby poznać swój świat i ukuć własną teorię wszyst­kiego?
Literatura uzupełniająca
I. Stewart, T. Pratchett, J. Cohen, Nauka Świata Dysku I, Warszawa 1999; 
S. Weinberg, Sen o Teorii Ostatecznej, Warszawa 1993;
E. Weisstein, Langton’s Ant, MathWorld.wolfram.com. 
  • https://wszstk.wordpress.com/ Zacny­_Łoś

    No widzę, że nauka pro­gra­mo­wa­nia postę­puje 🙂
    Mrówka Langtona jest w sumie podobna do “Gry w życie”.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Arek Wit­t­brodt

      Dokład­nie o tym samym pomy­śla­łem.

      “Mrówka Langtona” jak i “Gra w życie” to piękne przy­kłady prostych reguł które powodują powsta­nie skom­pli­ko­wa­nych i nie­prze­wi­dy­wal­nych bez­po­śred­nio z tych reguł struktur oraz zachowań. Jeśli dobrze rozumiem ten termin, jest to tzw. emer­gen­cja.

      A skoro mowa o “Grze w życie” — wiem, że za jej pomocą, dzięki zbu­do­wa­niu odpo­wied­nich struktur (bardzo dużych) można zbudować symu­la­cję kom­pu­tera. Nie zdzi­wił­bym się wcale, gdyby można było budując jeszcze większe struk­tury symu­lo­wać nawet oddzia­ły­wa­nia między czą­stecz­kami (czyli de facto naszą rze­czy­wi­stość 😉 )

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • arthy

    Zasta­na­wiam się czy AI byłaby w stanie popchnąć rozwój ludz­ko­ści do przodu. Mam tu na myśli wymy­śla­nie nowej mate­ma­tyki i fizyki, która jest za trudna lub nie­osią­galna dla czło­wieka, czy granice AI byłby tam gdzie inte­lek­tu­alne granice ludzkie. Gdyby tak było to może wiele jed­no­stek AI dzia­ła­ją­cych jak np. sieć neuronów byłaby w stanie prze­sko­czyć tę barierę?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Marek Nowacki

    Jak na razie ludzki mózg i wyrosła na nim cywi­li­za­cja, to naj­bar­dziej złożona struk­tura znana ludz­ko­ści , to pocie­sza­jące.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Skate

    dlaczego ta struk­tura zaczyna się tworzyć dopiero po 10000 kroków?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Skate

      ok, sam sobie odpowiem po doczy­ta­niu — zgodnie z defi­ni­cją emer­gen­cji dostępną w Wiki­pe­dii — nie wiadomo 🙂 może w śre­dnio­wie­czu powie­dzie­liby CZARY

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Chem­py­Tuj

    Mrówka pozo­sta­wiona na dłuższy czas w “zamknię­tej” prze­strzeni
    wypełni ekran z pozoru losowym szumem. W tym przy­padku mrówki dzia­ła­ją­cej na planszy 240x140 kwa­dra­tów
    dopiero przy ponad 1mln 300 tys ruchów daje pełne zapeł­nie­nie.

    https://uploads.disquscdn.com/images/070aceea7a0df7e12914a01c56e4d7f731018212560c7875d99bdd7e4ab2c008.jpg
    https://uploads.disquscdn.com/images/ff30a6a469df8e15a5da7bed824245aa72c555305597e15d70a44846cf334e91.jpg
    https://uploads.disquscdn.com/images/2491b2dccecb4e7a0ae841ac1aca384b2219caef2b2230f80e51c77ab8256815.jpg

    Zasta­na­wia mnie jednak czy przy ∞ czasie pracy mrówki można by w końcu trafić na naprawdę złożony obraz, np. choćby coś takiego:

    https://uploads.disquscdn.com/images/59635233656d10f47ead1f049e2c9773fddaf6083c2b1271b9be18877ac9283c.jpg
    (240x140 czyli tyle ile ma mrówa w swoim świecie)

    Obrazek powyżej to przecież “tylko” jedna z nieco ponad miliard moż­li­wo­ści (1 128 960 000) ułożenia grafiki przy matrycy 240x140 z dwoma stanami czarny-biały, bo (240x140)^2. Czy ta mrówka potra­fi­łaby to zrobić?
    Mi oso­bi­ście wydaje się, że nie i to nawet przy ∞ czasu pracy mrówki. Mrówa jest cał­ko­wi­cie zde­ter­mi­no­wana i zapewne kiedyś tam wpadnie w błędne koło nawet przy tym szumie, który sobie zrobiła (np. po kil­ku­dzie­się­ciu bilio­nach ruchów powtarza cykl, wiecznie błądząc po szumie).

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0