Неполная природа - Incomplete Nature

Неполная природа: как разум возник из материи
	Обложка издания 2011 года
Автор	Терренс В. Дикон
Страна	Соединенные Штаты
Язык	английский
Предмет	Наука
Опубликовано	W. W. Norton & Company; 1 выпуск (21 ноября 2011 г.)
Тип СМИ	Распечатать
Страницы	670
ISBN	978-0393049916
OCLC	601107605
Десятичная дробь Дьюи	612.8/2

Неполная природа: как разум возник из материи это книга 2011 года автора биологический антрополог Терренс Дикон. Книга охватывает темы в биосемиотика, философия разума, и истоки жизни. В целом книга стремится натуралистически объяснять "близость ", то есть такие понятия, как преднамеренность, смысл, нормативность, цель и функция; которые Дьякон группирует вместе и называет преднамеренный явления.

Основные идеи

Первая книга диакона, Символические виды сосредоточился на эволюция человеческого языка. В этой книге Дикон отмечает, что большая часть загадок, связанных с происхождением языка, происходит от глубокого заблуждения относительно природы языка. семиотический обрабатывает себя. Соответственно, в центре внимания Неполная природа сдвигается с человеческое происхождение к происхождение жизни и семиозис. Неполная природа можно рассматривать как значительный вклад в растущий объем работ, утверждающих, что проблема сознание и проблема происхождение жизни неразрывно связаны.^[1]^[2] Дикон решает эти две взаимосвязанные проблемы, возвращаясь к основам. Книга расширяет классические концепции работай и Информация чтобы дать отчет о интенциональность это соответствует элиминативный материализм и все же не пытается объяснить или выдать себя за эпифеноминальный нефизические свойства жизнь.

Ограничения

Центральный тезис книги состоит в том, что отсутствие все еще может быть эффективным. Дьякон утверждает, что, как и концепция нуль произвел революцию в математике, думая о жизни, разуме и других преднамеренный явления в терминах ограничений (то есть того, что отсутствует) могут аналогичным образом помочь нам преодолеть искусственную дихотомию проблема разума и тела. Хорошим примером этой концепции является отверстие, которое определяет ступицу колеса вагона. Отверстие само по себе не является физическим предметом, это скорее источник ограничения, который помогает ограничить конформационные возможности компонентов колеса, так что в глобальном масштабе проявляется свойство качения. Ограничения, которые производят возникающий Явления не могут быть процессом, который можно понять, глядя на состав составляющих узора. Возникающие явления трудно изучать, потому что их сложность не обязательно распадается на части. Когда шаблон нарушается, ограничения больше не действуют; нет дыры, нет отсутствия, чтобы заметить. Представьте себе ступицу, отверстие для оси, которое образуется только тогда, когда колесо катится, поэтому поломка колеса может не показать вам, как ступица выходит.

Ортоградные и контрастные

Дьякон отмечает, что очевидные образцы причинность проявляемые живыми системами кажутся в некотором смысле инверсными причинным паттернам неживых систем.^{[нужна цитата ]} В попытке найти решение философских проблем, связанных с телеологический объяснения, Дьякон возвращается к Аристотеля четыре причины и пытается модернизировать их с помощью термодинамический концепции.

Ортоградный изменения вызываются внутренне. Это спонтанные изменения. То есть ортоградные изменения вызываются спонтанным устранением асимметрий в термодинамической системе, находящейся в неравновесном состоянии. Поскольку ортоградные изменения вызваны внутренней геометрией изменяющейся системы, ортоградные причины можно рассматривать как аналогичные Аристотеля формальная причина. Более свободно, Аристотеля последняя причина также может считаться ортоградным, потому что целенаправленные действия вызываются изнутри.^[3]

Contragrade изменения навязываются извне. Это не спонтанные изменения. Контрастное изменение индуцируется, когда одна термодинамическая система взаимодействует с ортоградными изменениями другой термодинамической системы. Взаимодействие переводит первую систему в более высокоэнергетическое, более асимметричное состояние. Контрастные изменения делают работай. Поскольку контрастные изменения вызваны внешними взаимодействиями с другой изменяющейся системой, контраградные причины можно рассматривать как аналогичные Аристотеля действенная причина.^[4]

Гомеодинамика, морфодинамика и телеодинамика

Большая часть книги посвящена развитию идей классического термодинамика, с расширенным обсуждением того, насколько последовательно вдали от равновесных систем могут взаимодействовать и объединяться для создания романа возникающий характеристики.

Дикон определяет три иерархически вложенных уровня термодинамических систем: Гомеодинамический системы объединяются для производства морфодинамический системы, которые объединяются для производства телеодинамический системы. Телеодинамические системы могут быть дополнительно объединены для получения более высоких порядков самоорганизация.

Гомеодинамика

Гомеодинамические системы по сути эквивалентны классическим термодинамические системы как газ под давлением или растворенное вещество в растворе, но этот термин служит для подчеркивания того, что гомеодинамика - это абстрактный процесс, который может быть реализован в формах, выходящих за рамки классическая термодинамика. Например, диффузная мозговая активность, обычно связанная с эмоциональными состояниями, может рассматриваться как гомеодинамическая система, потому что существует общее состояние равновесия, по которому распределяются ее компоненты (нейронная активность).^[5] В общем, гомеодинамическая система - это любой набор компонентов, который самопроизвольно устраняет ограничения, переставляя части до максимума. энтропия состояние (неупорядоченность) достигнуто.

Морфодинамика

Морфодинамическая система состоит из соединения двух гомеодинамических систем, так что диссипация ограничений каждой дополняет другую, создавая макроскопический порядок из микроскопических взаимодействий. Морфодинамические системы требуют постоянного возмущения для поддержания своей структуры, поэтому они относительно редки в природе. Парадигмальный пример морфодинамической системы - это Ячейка Рэлея-Бенара. Другие распространенные примеры: образование снежинки, водовороты и стимулированное излучение из лазер свет.

Benard Cell

Максимальное производство энтропии: Организованная структура морфодинамической системы способствует максимальному производству энтропии. В случае Ячейка Рэлея-Бенара тепло в основании жидкости приводит к неравномерному распределению молекул с высокой энергией, которые имеют тенденцию диффундировать к поверхности. По мере увеличения температуры источника тепла плотность эффекты вступают в игру. Простой распространение больше не может рассеивать энергию так быстро, как она добавляется, поэтому дно жидкости становится горячим и т. жизнерадостный чем более холодная и плотная жидкость наверху. Дно жидкости начинает подниматься, а верх - опускаться, производя конвекция токи.

Две системы: Значительный перепад тепла в жидкости создает две гомеодинамические системы. Первая - это диффузионная система, в которой молекулы с высокой энергией внизу сталкиваются с молекулами с более низкой энергией вверху, пока добавленная кинетическая энергия от источника тепла не распределяется равномерно. Вторая - это конвекционная система, в которой жидкость с низкой плотностью внизу смешивается с жидкостью с высокой плотностью наверху, пока плотность не станет равномерно распределенной. Вторая система возникает, когда слишком много энергии не может быть эффективно рассеяно первой, и как только обе системы будут установлены, они начнут взаимодействовать.

Самостоятельная организация: Конвекция создает в жидкости токи, которые нарушают распределение тепла снизу вверх. Тепло начинает распространяться в более плотные области тока, независимо от вертикального расположения этих более плотных частей жидкости. Области жидкости, где диффузия происходит наиболее быстро, будут наиболее вязкими, поскольку молекулы трутся друг о друга в противоположных направлениях. Конвекционные потоки будут избегать этих областей в пользу частей жидкости, где они могут течь легче. Таким образом, жидкость самопроизвольно разделяется на ячейки, в которых жидкость с высокой энергией и низкой плотностью течет вверх из центра ячейки и более холодная, более плотная жидкость течет вниз по краям, причем эффекты диффузии преобладают в области между центром и краем каждой ячейки. клетка.

Синергия и ограничение: Что примечательно в морфодинамических процессах, так это то, что порядок возникает самопроизвольно, потому что упорядоченная система, которая в результате, более эффективна в увеличении энтропии, чем хаотическая. В случае Ячейка Рэлея-Бенара, ни диффузия, ни конвекция сами по себе не производят столько энтропии, сколько оба эффекта вместе взятые. Когда оба эффекта взаимодействуют, они ограничивают друг друга определенной геометрической формой, потому что эта форма способствует минимальному вмешательству между двумя процессами. Упорядоченная гексагональная форма стабильна до тех пор, пока сохраняется дифференциал энергии, и все же упорядоченная форма более эффективно ухудшает дифференциал энергии, чем любая другая форма. Вот почему морфодинамические процессы в природе обычно столь недолговечны. Они самоорганизуются, но также и самоуничтожаются.

Телеодинамика

Телеодинамическая система состоит из соединения двух морфодинамических систем, так что качество саморазрушения каждой ограничивается другой. Каждая система не позволяет другой рассеивать всю доступную энергию, что обеспечивает долгосрочную организационную стабильность. Дикон утверждает, что мы должны определить момент, когда две морфодинамические системы взаимно сдерживают друг друга, как точку, когда преднамеренный такие качества как функция, цель и нормативность появляться.^[6]

Аутогенез

Дикон исследует свойства телеодинамических систем, описывая химически правдоподобную модельную систему, называемую автогеном. Дьякон подчеркивает, что конкретный автоген, который он описывает, не является предложенным описанием первой формы жизни, а скорее описанием видов термодинамической синергии, которыми, вероятно, обладало первое живое существо.^[7]

Автоген стр. 339

Взаимный катализ: Автоген состоит из двух частей: катализирующий циклические морфодинамические химические реакции, аналогичные хемотон. В одной реакции органические молекулы реагируют в замкнутой последовательности, продукты одной реакции становятся реагентами для следующей. Эта циклическая реакция самоусиливается, производя все больше и больше реагентов, пока не будет израсходован весь субстрат. Побочным продуктом этого взаимно каталитического цикла является липид который можно использовать в качестве реагента во второй реакции. Эта вторая реакция создает границу (либо микротрубочка или какой-то другой закрытый капсид как структура), который служит для сдерживания первой реакции. Граничные пределы распространение; он хранит все необходимое катализаторы в непосредственной близости друг от друга. Кроме того, граница препятствует тому, чтобы первая реакция полностью поглотила весь доступный субстрат в окружающей среде.

Первое я: В отличие от изолированного морфодинамического процесса, организация которого быстро устраняет градиент энергии, необходимый для поддержания его структуры, телеодинамический процесс является самоограничивающимся и самосохраняющимся. Обе реакции дополняют друг друга и гарантируют, что ни одна из них никогда не достигнет равновесия, то есть завершения, прекращения и смерть. Итак, в телеодинамической системе будут структуры, которые воплощают предварительный набросок биологическая функция. Внутренняя реакционная сеть функционирует для создания субстраты для граничной реакции и функции граничной реакции для защиты и ограничения внутренней реакционной сети. Любой процесс по отдельности был бы абиотический но вместе они создают систему с нормативный статус зависит от функционирования его составных частей.

Работа

Как и в случае с другими концепциями в книге, в его обсуждении работай Диакон пытается обобщить Ньютоновский концепция работы, при которой этот термин можно использовать для описания и дифференциации ментальных феноменов - для описания «того, что затрудняет решение проблем, связанных с мечтаниями, но с метаболической эквивалентностью».^[8] Работа обычно описывается как «деятельность, необходимая для преодоления сопротивления изменениям. Сопротивление может быть активным или пассивным, и поэтому работа может быть направлена на принятие изменения, которое иначе не произошло бы, или предотвращение изменения, которое произошло бы в его отсутствие».^[9] Используя терминологию, разработанную ранее в книге, работу можно рассматривать как «организацию различий между ортоградными процессами таким образом, что создается локус противоположного процесса. Или, проще говоря, работа - это спонтанное изменение, вызывающее не спонтанное изменение в происходить."^[10]

Термодинамическая работа

Способность термодинамической системы выполнять работу меньше зависит от общей энергии системы и больше от геометрического распределения ее компонентов. Стакан с водой при 20 градусах Цельсия будет иметь такое же количество энергии, как и стакан, разделенный пополам крышкой. жидкость при 30 градусах, а нижняя - на 10, но только во втором стакане верхняя половина сможет работать с нижней. Это потому, что работа происходит на обоих макроскопический и микроскопический уровни. С микроскопической точки зрения, при столкновении одна молекула выполняет постоянную работу. Но возможность для этой микроскопической работы аддитивно суммировать макроскопическую работу зависит от наличия асимметричного распределения скоростей частиц, так что среднее столкновение толкает в сфокусированном направлении. Микроскопическая работа необходимо, но недостаточно для макроскопических работ. Также требуется глобальное свойство асимметричного распределения.

Морфодинамическая работа

Признавая, что асимметрия является общим свойством работы - эта работа выполняется, когда асимметричные системы спонтанно стремятся к симметрии, Дикон абстрагирует концепцию работы и применяет ее к системам, симметрии которых намного сложнее, чем те, которые покрываются. классическая термодинамика. В морфодинамической системе тенденция к симметрии порождает неглобальные равновесие, но сложной геометрической формы вроде шестиугольника Ячейка Бенара или резонансная частота флейты. Эту тенденцию к запутанно симметричным формам можно использовать для работай на другие морфодинамические системы, если системы правильно связаны.

Пример резонанса: Хорошим примером морфодинамической работы является индуцированная резонанс это можно наблюдать, спев или играя на флейте рядом со струнным инструментом, таким как арфа или гитара. Вибрирующий воздух, исходящий из флейты, будет взаимодействовать с натянутыми струнами. Если какая-либо из струн настроена на резонансная частота соответствующий проигрываемой ноте, они тоже начнут вибрировать и издавать звук.

Изменение контраграда: Когда энергия добавляется к канавке за счет вдувания в нее воздуха, система имеет спонтанную (ортоградную) тенденцию рассеивать добавленную энергию, заставляя воздух внутри канавки вибрировать с определенной частотой. Эта ортоградная морфодинамическая генерация формы может быть использована для индукции контрастных изменений в связанной с ней системе - обучаемой струне. Игра на флейте действительно воздействует на струну, заставляя ее переходить в состояние высокой энергии, которое не может быть достигнуто спонтанно в несвязанном состоянии.

Структура и форма: Важно отметить, что это не просто макромасштабное распространение случайных микровибраций от одной системы к другой. Глобальная геометрическая структура системы имеет важное значение. Общая энергия, передаваемая от флейты к струне, имеет гораздо меньшее значение, чем образцы, которые она принимает при передаче. Это амплитуда сопряженной ноты не имеет значения, важно то, частота. Ноты, которые имеют более высокую или более низкую частоту, чем резонансная частота струны, не смогут выполнять морфодинамическую работу.

Телеодинамическая работа

Работа обычно определяется как взаимодействие двух систем ортогонального изменения, при котором происходит изменение контраста.^[11] В телеодинамических системах спонтанная ортоградная тенденция заключается не в уравновешивании (как в гомеодинамических системах) и не к самоупрощению (как в морфодинамических системах), а скорее в стремлении к самосохранению. Живые организмы спонтанно стремятся лечить, к воспроизводить и изыскивать ресурсы для достижения этих целей. Телеодинамическая работа воздействует на эти тенденции и подталкивает их в противоположном, неспонтанном направлении.

Чтение иллюстрирует логику телеодинамической работы. Пассивный источник когнитивных ограничений потенциально обеспечивается буквами на странице. Грамотный человек структурировал свои сенсорные и когнитивные привычки, чтобы использовать такие буквенные формы для реорганизации нейронной активности, составляющей мышление. Это позволяет нам выполнять телеодинамическую работу по смещению ментальных тенденций от тех, которые являются спонтанными (например, мечтания), к тем, которые ограничены текстом. Художник: Джованни Баттиста Пьяцетта (1682–1754).

Эволюция как работа: Естественный отбор или, возможно, точнее, приспособление, можно рассматривать как повсеместную форму телеодинамической работы. Отоградные тенденции к самосохранению и воспроизводству отдельных организмов имеют тенденцию подрывать те же самые тенденции у сородичей. Эта конкуренция порождает ограничение, которое имеет тенденцию формировать организмы в формы, более приспособленные к их среде обитания, - формы, которые в противном случае не могли бы спонтанно существовать.

Например, у населения Новой Зеландии рибилл кто зарабатывает на жизнь поиском личинок под камнями, те, у кого изогнутый клюв, получают доступ к большему количеству калорий. Люди с загнутыми клювами могут лучше обеспечивать своих детенышей, и в то же время они удаляют непропорционально большое количество личинок из окружающей среды, что затрудняет тем, у кого прямые клювы, обеспечивать собственное потомство. На протяжении всей своей жизни все рибиллы в населении действительно работают, чтобы структурировать форму следующего поколения. Повышенная эффективность изогнутого клюва заставляет эту морфологию доминировать в следующем поколении. Таким образом, в популяции создается асимметрия распределения формы клюва - асимметрия, вызванная телеодинамической работой.

Думал как работает: Решение психических проблем также можно рассматривать как телеодинамическую работу. Формы мыслей генерируются спонтанно, и задача решения проблемы заключается в формировании этих форм в соответствии с контекстом рассматриваемой проблемы. Дикон делает явной связь между эволюцией как телеодинамической работой и мыслью как телеодинамической работой. "Быть разумным - вот что значит быть эволюция ".^[12]

Возникающие причинные силы

Дьякон утверждает, что, представляя себе работу таким образом, «мы можем начать различать основа для формы причинной открытости во вселенной ".^[13] Хотя увеличение сложности никоим образом не меняет законы физики, путем сопоставления систем можно сделать доступными пути спонтанных изменений, которые были немыслимо невероятными до объединения систем. Причинная сила любой сложной живой системы заключается не только в ее основе. квантовая механика но также и в глобальном расположении его компонентов. Тщательное расположение частей может ограничить возможности, так что явления, которые раньше были невероятно редкими, могут стать невероятно обычными.

Информация

Одна из центральных целей Неполная природа сформулировать теорию биологического Информация. Первый формальный теория информации был сформулирован Клод Шеннон в 1948 г. в своей работе Математическая теория коммуникации. Работе Шеннона широко приписывают начало информационный век, но, как это ни парадоксально, ничего не сказал смысл и ссылка, т.е. что это за информация о. Как инженер Шеннон был озабочен проблемой надежной передачи сообщения из одного места в другое. Смысл и содержание сообщения в значительной степени не имели значения. Итак, хотя теория информации Шеннона сыграла важную роль в разработке таких устройств, как компьютеры, это оставило открытыми многие философские вопросы относительно природы информации. Неполная природа пытается ответить на некоторые из этих вопросов.

Информация о Шеннон

Ключевой вывод Шеннона заключался в том, чтобы признать связь между энтропия и Информация. Энтропия часто определяется как измерение беспорядка или случайности, но это может вводить в заблуждение. Для целей Шеннона энтропия системы - это количество возможных состояний, в которых система способна находиться. Любое из этих потенциальных состояний может составлять сообщение. Например, машинописная страница может содержать столько разных сообщений, сколько различных комбинаций символов можно расположить на странице. Информационное содержание сообщения можно понять только в контексте всех сообщений, которые могли быть отправлены, но не были. Информация производится за счет уменьшения энтропии в среде сообщения.

Три вложенных концепции информации

Энтропия Больцмана

Информационную концепцию энтропии Шеннона следует отличать от более классической термодинамический концепция энтропии, разработанная Людвиг Больцманн и другие в конце девятнадцатого века. В то время как энтропия Шеннона статична и связана с набором всех возможных сообщений / состояний, которые может принимать система, несущая сигнал, энтропия Больцмана имеет отношение к тенденции всех динамических систем стремиться к равновесию. То есть существует гораздо больше способов хорошо перемешать совокупность частиц, чем отделить их по скорости, массе или любому другому свойству. Энтропия Больцмана занимает центральное место в теории работы, разработанной ранее в книге, потому что энтропия определяет направление, в котором система будет спонтанно стремиться.

Важная информация

Дополнением Дикона к теории информации Шеннона является предложение метода описания не только того, как сообщение передается, но и того, как оно интерпретируется. Дьякон сплетает энтропию Шеннона и энтропию Больцмана, чтобы развить теорию интерпретации, основанную на телеодинамической работе. Интерпретация по своей сути нормативна. Данные становятся информацией, когда они имеют значение для их интерпретатора. Таким образом, системы интерпретации являются телеодинамическими - процесс интерпретации предназначен для сохранения самого себя. «Интерпретация чего-либо как информации косвенно усиливает способность сделать это снова».^[14]