계산의 기원에 대해 생각해 보라고 하면 배비지(Babbage), 러브레이스(Lovelace), 폰 노이만(von Neumann)을 떠올릴 수 있다. 그러나 적어도 지구만큼 오래된 튜브와 트랜지스터 이전에도 계산이 항상 우리와 함께 있었다는 사실은 놀랄 수도 있다.
물이 담긴 작은 양동이도 진동할 때 퍼셉트론으로 기능하여 1과 0을 구분할 수 있다. 상호 작용하는 유체의 다양한 표면 장력인 마랑고니 효과(Marangoni effect)를 적용하여 두 가지 다른 화학 물질 사이의 최단 거리인 미로를 통과하는 최적의 경로를 찾을 수 있다.
생물학에서 작은 단세포 유기체는 미세소관 기반의 유한 상태 기계를 적용하여 걷는 방법을 계산할 수 있다.
유리나 결정, 심지어 얼음 결정을 사용하여 기본 신경망으로 기능하는 것도 가능하다. 이는 MNIST(손으로 쓴 숫자)와 같은 고전적인 머신러닝 데이터 세트를 해석하는 데 충분하다.
따라서 계산에는 컴퓨터가 필요하지 않다. 올바른 구성의 물리적 물질이면 충분하다. 우리 우주는 모든 수준에서 계산으로 가득 차 있다.
또 다른 예에서는 전극이 금속구를 매달아 놓은 미네랄 오일 페트리 접시에 전류를 가하고 있다. 그 전류 시트는 이 공들을 함께 끌어당겨 자체 조직된 방식으로 덩굴손을 형성한다. 그들은 가능한 최대의 에너지 처리량을 얻기 위해 자체 조직화된다.
우리는 자연의 여러 곳, 생물학, 지리학, 전기물리학 내에서 유사한 패턴이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 다양한 형태는 시스템이 최대 에너지 처리량(단위 질량당 단위 시간당 시스템 전체의 에너지 양)을 위해 진화하기 때문에 나타난다. 우주학자 에릭 체이슨(Eric Chaisson)은 이것을 “에너지 속도 밀도”라고 명명했다.
이러한 종류의 현상을 지배하는 기본 원리가 가정되어 왔다. 이것은 “구조 법칙”으로 설명되며 강의 지류, 폐, 나무 및 번개가 동일한 패턴을 공유하여 에너지 흐름에 최적화되도록 한다.
삶: 따뜻함의 주머니
엔트로피는 사물이 평형을 향해 표류하고 차가워지는 과정이다. 음의 엔트로피는 냉각되는 것을 적극적으로 저항하는 따뜻함의 주머니를 나타낸다.
생명은 에너지를 흡수하고 다시 발산함으로써 차가운 우주에 저항하는 온기 주머니로 묘사될 수 있다. 에너지를 흡수하고 방출하는 이러한 과정을 "소산"이라고 한다.
우주는 우리 모두를 차갑게 만들고 모든 것을 분산시키려고 한다. 삶은 그런 일이 일어나지 않는 주머니, 순전히 정적인 것과 매우 분산되고 무질서한 것 사이의 섬세한 균형점, 즉 준안정성 지점에서 발견되는 과정이다.
이 한계 공간에서는 음의 엔트로피, 즉 네겐트로피의 주머니를 유지하는 것이 가능하다. 금속 공과 마찬가지로 시스템은 지속적으로 발전하여 사물을 따뜻하게 유지하는 능력이 향상된다. 그들은 화학적, 물리적, 생물학적 시스템, 심지어 기술적, 상징적 시스템까지 최대의 네겐트로피를 위해 발전한다.
미래를 예측하는 엔트로피 극대화
하버드 대학교 연구원 알렉산더 위스너 그로스(Alexander Wissner-Gross)는 이 네겐트로피 극대화 원리를 지능 자체에 적용한다. 그는 인과 엔트로피 힘이라고 부르는 것을 설명한다. 여기서 그는 시스템이 최대한 많은 미래 경로 또는 미래에 가능한 가장 많은 잠재적 옵션을 최적화하도록 스스로 진화한다고 생각한다.
그는 이 원칙을 적용하여 잠재적인 옵션을 유지할 가능성을 보존하려는 AI 시스템을 만들었다.
예를 들어, 콩주머니 게임에서 공을 놓치면 플레이가 종료된다. AI 시스템은 이러한 폐쇄 상태를 방지하여 잠재적으로 무한한 길이의 결과를 허용하려고 노력하고 있다.
이 원리는 인간 사이의 네트워크에도 적용될 수 있다. 관계는 다른 모든 것과 마찬가지로 엔트로피를 겪는다. 그러므로 우리는 그것을 유지하기 위해 끊임없이 에너지를 투자해야 한다. 에너지를 투자하지 않음으로써 관계가 위축되게 놔두면 기회를 잃을 수도 있다.
일반적으로 타인의 관계나 생명, 건강을 파괴하는 것은 윤리적으로 바람직하지 않다. 일반적으로 정복, 약탈, 강탈은 한 번만 작동한다. 다른 사람에게 해를 끼치면 협력을 통해 보존할 수 있는 지속 가능한 기회가 배제된다.
대신 무한한 결과를 허용하는 규칙을 사용하여 선택성을 보존하려는 노력을 윤리 모델로 적용할 수 있다.
예측으로서의 지능
옵션이 거의 없거나 전혀 없는 경로를 피하면서 미래에 가장 많은 수의 경로를 보존함으로써 이러한 모든 문제를 모델링할 수 있다. 연구원 알렉산더 위스너 그로스(Alexander Wissner-Gross)와 카메론 프리어(Cameron Freer)는 엔트로피 극대화가 개체나 에이전트가 가장 높은 에너지 처리량으로 미래를 목표로 삼을 수 있도록 하는 지능 프로세스라고 가정한다.
기대 효용을 예측하고 거기에서 다시 작업하는 프로세스로 지능 자체를 모델링할 수 있다. 이는 엔트로피 극대화 과정의 새로운 속성으로 발생한다. 따라서 에이전트는 예측을 하고 확률적 감각을 계획 메커니즘에 추가하여 가능한 한 많은 환경을 제어하려고 한다.
어디에서나 의식
이러한 발진기의 동기화는 생물학적 세포에서 인간의 정신에 이르는 규모에서도 발견된다. 신경과학자들은 최근 사람들이 자신의 신경 리듬을 다른 마음과 동기화하는 것처럼 보인다는 사실을 발견했다고 의식의 신경과학 저널에 보고했다. 그 연구 결과는 우리의 현재 의식 모델을 뒤집을 수 있다.
이탈리아 볼로냐 전파 천문학 연구소의 천체물리학자 프랑코 바자(Franco Vazza)와 아지엔다 오스페달리에로(Azienda Ospedaliero)의 신경과학자 알베르토 펠레티(Alberto Feletti)에 따르면 이러한 엔트로피 극대화의 구조적 법칙은 인간 뇌의 신경 세포 네트워크와 은하계 사이의 암흑물질 필라멘트 사이의 유사성에서도 볼 수 있다고 한다. -이탈리아 모데나 대학교.
그들은 신경망과 은하계 네트워크의 복잡성을 비교했다. “비교의 첫 번째 결과는 정말 놀랍다.”라고 그들은 Nautilus에서 보고한다.
“우주는 크기가 10억 10억 배로 다른 규모에 걸쳐 자기 유사성을 가질 수 있다.”고 그들은 발견했다. “인간 두뇌의 총 뉴런 수는 관측 가능한 우주에 있는 은하계의 수와 동일하다.”
우주 그물의 시뮬레이션된 물질 분포(왼쪽)와 소뇌에서 관찰된 신경체 분포(오른쪽). (제공: Nautilus 및 Ventana Medical System)
다른 유사성에는 생물막, 벌집 및 뇌와 유사하게 동기화되는 것으로 관찰되는 초기 우주의 궤도를 도는 달, 쌍성계 및 우주 웹 필라멘트의 대규모 공통 스핀이 포함될 수도 있다.
나선은하는 초기 우주에서 대규모 회전을 드러냈다(제공: NASA, ESA 및 허블 SM4 ERO 팀)
그들은 세계에서 가장 강력한 관측소 세 곳인 슬론 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)를 사용했다. 파노라마 측량 망원경 및 신속 대응 시스템; 그리고 허블 우주 망원경 — 하늘을 가로지르는 200,000개 이상의 물체의 회전 방향을 찾아낸다.
천문학자들은 또한 "우주 거미줄"이라는 광대한 네트워크로 연결된 "이상한 동정심"(예: 동시성으로 진동하는 크리스티안 호이겐스의 이중 진자처럼)에서 "원거리에서의 으스스한 작용"을 통해 일관되게 연결되어 있는 은하들을 발견했다.
은하 필라멘트, 벽 및 공극은 대규모 거미줄 같은 구조를 형성한다(제공: Andrew Pontzen 및 Fabio Governato/UCLA)
또한 왜소은하의 별 형성은 천체 물리학적 제트가 방출되는 순간에 발생하지만 그러한 제트의 경로 내에 있지 않은 지역에서 발생한다. 이는 먼 거리에 걸쳐 있는 현상들 사이의 간접적이지만 즉각적인 연결을 암시한다.
이 "신비한 일관성"에 대한 또 다른 설명은 "가까운 이웃의 평균 운동과 일관성을 유지하는 경향이 있는" 은하의 회전 방향에 기반을 두고 있다.
이러한 관찰은 공간이 우리가 일반적으로 믿는 것만큼 비어 있을 수 없음을 보여준다. 일부 힘, 구조, 은하간 매체, 중력 파문, 시공간의 틀 또는 미세하게 분포된 물질은 이러한 거대하고 먼 개체를 연결해야 하며, 이 힘을 통해 전달되는 진동은 시간이 지남에 따라 개체를 일관성 있게 만든다.
따라서 매체에 관계없이 엔트로피 최대화 원리는 자기 조직화된다.
우주의 모든 에너지 물체는 어느 정도 소산된다. 별은 열역학적 네겐트로피 엔진으로서 우주의 수명이 2억년이 되기 전에 처음으로 진화했다. 그 이후로 보다 정교한 네겐트로피 엔진(우리가 "생명"이라고 부르는)이 진화했다.
이러한 과정은 굴절 얼음과 같은 확산 매체를 통해 햇빛에 흠뻑 젖은 따뜻한 기수 주머니인 아미노산 또는 리보자임의 농도 및 확산 내에서 진동하는 흐름을 통해 자연에서 자발적으로 발생할 수 있다.
그러한 자연적인 계산 활동은 RNA와 인지질 원형세포 내에서 자가 복제 과정을 부트스트랩하는 결정 불변 형태의 소금과 함께 풍부한 유기물과 얼음 내에서 발생하는 "생명의 불꽃"의 기원일 수 있다.
종 또는 상수 수준의 자연 선택은 단순히 빙하 형태의 "역전파"(또는 더 정확하게는 다르지만 비교할 수 있는 역방향 최적화 프로세스)로 모델링될 수 있다. 잠재적인 미래에 도달하고 최적의 다음 단계를 찾으려고 노력한다.
이러한 (소산 중심의) 손실 최소화 기능은 생명의 진화를 조직화하는 것으로 보이며, 뿐만 아니라 거대한 규모로 우주를 조직한다.
이 흐름의 창발적 특성은 훨씬 더 높은 수준의 집단적 소산을 위해 대규모로 우주 내 행동을 조직하고 있으며 박테리아 생물막, 살아있는 유기체, 의식, 숲, 지구 문명, 항성단, 은하 초은하단 등의 규모에 관계없이 결과적으로 나타나는 사회적 협동과 무리 현상이 발생한다.
무한히 작은 것부터 거대한 것까지 모든 규모에서 동일한 특성이 나타나므로 모든 수준에서 응집이 촉진되지만 규모가 클수록 효율성이 높아진다. 더 높은 규모에서 더 큰 효율성은 보편적인 진화를 가능하게 한다.
이 모든 계산은 우주 내 고유의 엔트로피 극대화의 부산물로 발생하는 것으로 보인다. 만약 그렇다면 의식은 매우 제한된 수준의 미생물부터 인간, 범은하계 너머에 이르기까지 모든 규모에 존재할 수 있으며, 모두 동일한 원리에 따라 기능하지만 규모는 다르다.
이미지 출처: Tesfu Assefa
실리콘 칩을 넘어서
같은 질량의 별 물질보다 조류 양동이의 에너지 속도 밀도(에너지 흐름의 소산)가 더 높다. 그러나 생명을 넘어서도 우리는 지구상에서 매우 특별한 일을 하고 있다. 알려진 우주에서 가장 큰 소산 물체는 컴퓨터 칩이다.
그러나 머지않아 우리는 실리콘을 피하고 생물학적 세포, 순수 광학 또는 원자재 자체로 계산할 수 있다. 우리는 이미 전통적인 CPU 중심의 von Neumann 모델에서 머신러닝 및 암호화폐에 적용되는 대규모 병렬 GPU 아키텍처로의 전환을 목격했다.
아마도 패러다임은 각 세포나 분자의 작은 계산 과정으로 다시 전환될 것이지만 전체적으로는 거대할 것이다.
우리가 우리 자신을 전기적 존재로 인식한 것처럼 우리는 의심할 여지없이 우리의 많은 계산 과정을 인식하게 될 것이다. 모든 물리학은 디지털이며 우리는 컴퓨터 생명체이다. 이는 당사의 합성 유사체와의 추가 통합을 향한 길을 열어준다.
오늘날 우리는 주머니에 슈퍼컴퓨터를 가지고 다닌다. 언젠가 기판 독립적인 계산(실리콘 대신 원자재 또는 에너지 자체로 계산)의 비밀을 통해 우리는 혈당에 힘입어 내부 및 내부 감각과 연결된 우리 존재의 섬유 내외부에서 "부조종사"를 수행할 수 있게 된다.
이 부조종사는 우리가 겪는 모든 경험, 모든 전율, 모든 충동, 기억, 성격의 패턴을 목격하게 될 것이다.
이러한 경험의 합은 일종의 테세우스의 배가 된다. 원래의 그릇은 분해될 수 있지만 복사본은 뇌 전체가 업로드되는 동안이 아니라 순간적으로 단편적으로 생성되어 남아 있다.
언젠가는 그러한 과정을 통해 우리 대부분이 필멸의 삶을 초월할 수 있게 될 것이다.
