Sobre a Entropia Natural das “Forças Causais”

“A lógica pura só nos conduz…a tautogias ela não pode criar o novo… e não é apenas dela que uma nova ciência pode emergir… Foi o espírito matemático, que desdenha da matéria para captar a forma pura, quem nos ensinou as mais profundas verdades, aquelas que os olhos não veem, mas a razão adivinha. Para fazer aritmética, geometria – qualquer ciência… é necessário alguma outra coisa…a qual chamamos intuição“. (Henri Poincaré)

pdrões simétricos

Padrões menos simétricos e mais complexos ocorrem com mais frequência devido ao fenômeno físico da entropia (divulgação)

Complexidade natural” 

Como átomos e moléculas podem se reunir para formar aglomerados intrincados é algo que… há muito tempo tem chamado a atenção da ciência.   Desvendar estes planos da natureza permitiria desenvolver a engenharia de sistemas artificiais.   Nesse sentido, pesquisadores de Harvard‘, em recente artigo…demonstraram como, e por que, grupos de átomos e moléculasadotam formas    e padrões assimétricos complexos e flexíveis.    E a resposta está — no conceito de…’entropia‘.

Os pesquisadores liderados por Vinothan Manoharan e Michael Brenner … tomaram como ponto de partida brinquedos de montar compostos por peças magnéticas – em  que bastões e esferas são unidos em ‘formas geométricas’  como explicou Manoharan:      “Para a formação de aglomerados, colocamos em microtúneis cilíndricos cheios d’água, minúsculas esferas de poliestireno. As partículas agiram como esferas grudentas…e, naturalmente se uniramdo mesmo modo como moléculas e átomos costumam fazer”.

Os pesquisadores esperavam a formação de desenhos mais simples, e bastante simétricos, mas 2 fenômenos pertinentes se manifestaram quando o nº de partículas no experimento chegou a 6, ou passou de 9… Seis partículas podem formar um ‘octaedro’ simétrico…e um mais complexo ‘tritetraedro’. Em termos de estrutura química, cada figura com 12 arestas possui a mesma quantidade de energia potencial…Assim, Manoharan acreditou que as 2 formas ocorreriam na mesma proporção. Entretanto, surpreendentemente, o tritetraedro ocorreu com uma frequência 20 vezes maior que o octaedro. – Para o cientista… “A única explicação possível para isso – é a…’entropia‘. – A maioria das pessoas a considera uma medida de…’desordem, porém, sua definição mais adequada (Boltzmann) corresponde ao número de diferentes formas…pelas quais um punhado de partículas pode se agrupar”.

Como o número de estruturas possíveis com 9 partículas ou mais é muito extenso, os pesquisadores se centraram nas chamadas estruturas flexíveis. A ausência de rigidez ocorre quando um aglomerado tem a metade de um octaedro, que divide pelo menos         um vértice – permitindo que o agrupamento gire sem quebrar… e forme outra aresta,        algo facilmente observável nas peças magnéticas de montar. E, concluiu Manoharan:      “Como podem se mover flexivelmente aglomerados não rígidos têm alta entropia vibracional. – Em casos com 9…ou mais partículas aglomerados simétricos não surgem tão frequentemente – devido à… entropia rotacional. – Não obstante…tal capacidade é útil… – pois permite a criação de…’arestas extras‘…aos aglomerados”.

Como regra geral, os pesquisadores verificaram que, para todos os aglomerados de        até 8 partículase para determinado número de estruturas com até 12 partículas, as        mais simétricas — ocorreram com menor frequência. #### (‘texto base’jan/2010)  *****************************************************************************

A tentativa de criar vida inorgânica (set/2011)                                                                  Um químico da Universidade de Glasgow, Escócia, acredita ter dado os 1ºs                    passos para criar uma espécie de “vida”…usando componentes inorgânicos.

Cientista quer criar vida inorgânica

A primeira célula inorgânica é um aglomerado de compostos. Nessa representação é possível observar a cristalização de um fino túbulo em direção ao exterior, lembrando o brotar de uma raiz. [Imagem: Cronin Group]

A química orgânica se define como, a química que lida com o ‘elemento carbono’, componente essencial da vida terrestre…Na biologia o termo orgânico é usualmente relacionado àquilo que é vivo – essencialmente, carbono, na forma de aminoácidos, nucleotídeos, açúcares etc… Assim, o mundo inorgânico é considerado um mundo não-vivo…(inanimado).  Porém, por ser químico – para Lee Cronin, a vida inorgânica de fato é uma…”forma de vida”…só que não baseada na…”química do carbono”.

“Vida é matéria em evolução”                                                                                                  “Tentamos criar células inorgânicas capazes de evoluir… que, essencialmente,              poderão ser consideradas vivas. Podemos chamar isso de biologia inorgânica”.

Para Cronin…a questão começa com… “Qual é a menor unidade de matéria que pode passar por uma evolução darwiniana?”, mas também envolve questões mais filosóficas, como…“O que é vida?”…  Ele resolve a questão que tem desafiado filósofos há séculos, sugerindo que…vida é matéria capaz de evoluirTudo o que é necessário fazer então para provar isso…é construir unidades de matéria inorgânica com moléculas.  E, com efeito, na prática, Cronin afirma ter encontrado uma forma de criar…”células químicas inorgânicas” – que ele chama de iChells – uma junção de “inorganic-chemical-cells”.

célula inorgânica

Processo de sintetização da célula inorgânica NULL, um pequeno túbulo cristalino que se projeta a partir da célula. [Imagem: Cronin Group]

As primeiras células inorgânicas são pequenos aglomerados mantidos coesos por membranas internas controlando a passagem de materiais, e energia através deles. A primeira delas é um pequeno agregado de compostos … no qual é possível de se observar a…”cristalização de um fino túbulo em direção ao exterior”,  lembrando o brotar de uma raiz… Por meio de tal procedimento…uma série de ‘processos químicos’ podem ser isolados – no interior de uma mesma célula inorgânica…de uma forma semelhante ao que, normalmenteocorre em uma bem conhecida… “célula biológica”.

Segundo Cronin, estas células podem acumular coisas interessantes, como eletricidade, o que as tornaria úteis para aplicações em medicinacomo sensores, ou como carreadores de medicamentos e outros compostos químicos…mas também como minúsculos reatores capazes de executar… reações químicas – dotadas de um relevante interesse indústrial.  Consequentemente, o que falta agora, na prática… – é tornar estas “células”, compatíveis com a definição de… “vida” – de acordo com o pesquisador – isto é, “fazê-las evoluir” o que – evidentemente… exigirá uma etapa subsequente de… autorreplicação… — um mecanismo capaz de executar um…programa de reproduçãodas ‘células inorgânicas’.

“O grande objetivo é construir células químicas complexas com propriedades similares    às características orgânicasque nos ajudem a entender como a vida emergiu, e assim, empregar essas novas peças na montagem de novas ‘tecnologias’  com base na evolução do mundo material – como uma espécie de… tecnologia inorgânica viva“.

Em caso de sucesso, tal experimento trará novas ideias sobre a ‘evolução’, mostrando que esta não é apenas um ‘processo biológico’. – Significará também uma prova de que a vida não baseada em carbono pode existir…E Cronin conclui: – “Bactérias são essencialmente microorganismos unicelulares feitos de compostos químicos orgânicos. – Talvez também possamos fazer microorganismos de compostos químicos inorgânicos evoluírem”. (texto***********************************************************************************

Trechos do livro…”O Universo Inteligente” de Fred Hoyle”                                      A teoria darwinista está incompleta, porque as variações aleatórias                         tendem a piorar os resultados – como aliás…o senso comum sugere.”

universo inteligente

Não há dúvidas de que … as formas de “vida terrestres” evoluíram das mais simples — para as mais complexas,   ao longo dos períodos geológicos…Mas, como os genes não podem produzir-se a si mesmos dentro do sistema, devem provir do exterior deste – significando queOs “genes“…componentes básicos da vida, juntam-se na Terra…vindos do espaço!… Em vez de se constituir no centro biológico do Universo, vejo nosso planeta como apenas um privilegiado ‘casulo‘ (linha de montagem), dispondo porém, de uma grande vantagem em relação      a outros locais. A abundante presença de ‘água líquida’ permite à vida desenvolver sua maior “complexidade”, dentro do processo a que denominamos…”evolução“.

Antes de Copérnico, pensava-se que a Terra constituía o centro geométrico e físico do Universo. Atualmente, a ciência oficial ainda considera a Terra como centro biológico       do Universo — o que constitui uma repetição quase inacreditável do mesmo erro. Não existe qualquer prova objetiva em apoio à hipótese de que a vida se iniciou numa sopa orgânica… aqui na Terra. – Nestas condições… por que razão continuam os biólogos a aceitar fantasias sem consistência?… – Com o único fim de negar o que é obvio … que,       as 200 mil cadeias de aminoácidos – e portanto… – a vida, não apareceu por acaso!…

É a água (provavelmente vinda dos cometas) que assinala a nossa presença aqui,            não como ‘organismos’ surgidos casualmente numa ‘sopa’ primordialmente local,            mas sim, como descendentes da vida cujas…”sementes“…provêm do…”espaço.        *****************************************************************************

Forças Entrópicas Causais

cience

Avanços recentes em áreas – que vão da ciência da computaçãoà cosmologia – têm sugerido a possibilidade de uma profunda conexão entre a inteligência e maximização da entropia; mesmo  que…entre elas…nenhuma relação física formal ainda ter sido estabelecida…Nesse atual estudo, é proposto um 1º passo nessa direção através de um modelo termodinâmico, de espontâneo comportamento adaptativo causalmediando forças entrópicassurgidas em sistemas físicos clássicos, no desequilíbrio em sistemas abertos.

Alexander Wissner-Gross… – físico da Universidade de Harvard, e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts)… e Cameron Freer… – matemático da Hawaii University, chegaram numa equação, que julgam descrever muitos dos comportamentos cognitivos (inteligentes) como caminhar na posição ereta ou utilização de ferramentas e utensílios.  De acordo com um artigo escrito por eles…e publicado na Physical Review Letters…o comportamento inteligente, vem do impulso em controlar eventos futuros no ambiente. Um cenário exatamente oposto ao da ficção científica, em que computadores…ou robôs    se tornam inteligentespara em seguida, definir seus “planos de conquista do mundo”.

Tais resultados descrevem uma ‘relação matemática’…que espontaneamente pode induzir comportamentos ultra sofisticados associados ao ser humano, como o uso de ferramentas, e ‘cooperação social’. — A matemática, por trás da pesquisa, vem da ‘termodinâmica‘; teoria sobre como a energia térmica pode realizar trabalho…ao se propagar no tempo. Definindo o conceito fundamental de “entropia” comoa tendência de sistemas abertos evoluírem para desordem, a 2ª lei termodinâmica explica como em todo ‘sistema isolado’, a quantidade de “entropia” … tende a aumentar… — ‘Um espelho pode quebrar em vários pedaços…mas, a coleção de peças quebradas, por si só, não vai  se remontar num espelho’. 

Este trabalho é…basicamente… uma tentativa de descrever a inteligência como um processo fundamentalmente termodinâmico. A pesquisa sugere que a entropia está diretamente ligada ao comportamento inteligente.

Os pesquisadores projetaram um mecanismo de software chamado ‘Entrópica’, incluindo aí…modelos para uma série de situações…as quais demonstrassem comportamentos, que mais se assemelhassem a inteligentes, padronizando a maior parte destes testes…a partir dos testes clássicos com inteligência animal… tais como utilizar objetos como ferramenta para remover outros objetos de uma caixa – ou equilibrar verticalmente uma haste no ar.

CausalEntropicForcesImage

Manter a haste vertical maximiza a entropia. Isso mantém possível todas histórias futuras que podem começar a partir desse estado… – incluindo as que requerem a queda da haste.

Regido por simples “princípios da termodinâmica…o software correspondeu à risca, exibindo comportamento semelhante ao de pessoas ou animais; tudo sem uma meta específica para qualquer cenário. De acordo com Gross…“De fato, ele autodetermina       seu próprio objetivo…Essa inteligência artificial, ao contrário de qualquer outra, não   exige a especificação explícita de um objetivo…o comportamento inteligente emerge          do processo físico da tentativa de capturar…o maior nº possível de futuras histórias”.

(‘Histórias futuras‘ segundo Feynman representaria a soma de todas os resultados possíveis disponíveis para um sistema, num dado momento.)

Wissner-Gross chama o conceito principal como “forças entrópicas causais“…Essas forças são a motivação para o comportamento inteligente. Elas incentivam um sistema a preservar tantas histórias futuras quantas possível… Por exemplo, no teste da haste, o sistema controla para manter a haste vertical…assumindo que a haste, ao cair, reduziria drasticamente o número restante de “histórias futuras”, ou seja, a “entropia” do sistema.

“O universo existe no presente estado atual, podendo, a partir daí, assumir                          muitas direções diferentes…Minha ideia é que a inteligência é um processo                            que tenta capturar as possíveis histórias futuras”  assim analisou Gross.

O estudo foi inspirado por diversos  projetos de ponta … em muitas outras disciplinas. Por exemplo … a sugestão de certas…”constantes fundamentais” da natureza terem seu valor atribuído  à ‘capacidade humana’ de observação do Universo; ou aindade softwares avançados, estarem aptos a competir com os melhores jogadores de xadrez.  As pesquisas empregaram também, a Teoria do Nicho Cognitivousada na explicação de como a “inteligência” pode influenciar a…”seleção natural“.

A nova teoria requer que o sistema seja capaz de processar informações, e prever futuras histórias muito rapidamente – de modo a poder apresentar comportamento inteligente. Gross sugeriu que a nova descoberta melhor se encaixa dentro de um argumento ligando     a origem da inteligência à seleção natural e evolutiva de Darwin – assim… dessa forma: nada – além das leis naturais … seria necessário para explicar a inteligência.

Muito embora Wissner-Gross tenha deixado transparecer confiança nos resultados, ele admitiu que há espaço para aperfeiçoamentos, tais como incorporação de princípios da física quântica no desenvolvimento do modelo Além disso, a empresa que ele fundou está explorando aplicações comerciais da pesquisa em diversas áreas, como robótica, e  economia. Gross considera tudo isso como uma “teoria unificada da inteligência”…que, apesar de parecer bastante ambiciosa…a unificação de muitas áreas – de fato acontece,  para uma boa variedade de tópicosde cosmologia à ciência da computação, juntando   tais campos numa bela imagem termodinâmicaE Gross conclui da seguinte maneira:

“Espero poder trabalhar no futuro em estreita colaboração com pessoas de                         diversas áreas, a fim de entender como diferentes domínios…respondem à                         pesquisa, e como essas novas ideias podem ser úteis em várias aplicações”.

Physicist proposes new way to think about Intelligence # (texto base) (2013)                p/consulta…“Máquinas quase vivas começam a se mexer em laboratórios” **************************(funções inversas)***************************

 “Ao longo da história, a matemática tem se inspirado em 2 fontes complementares: o ‘mundo natural’…e o da imaginação humana”  (Ian Stewart – ‘Em Busca do Infinito’)

curva logística

The Birth of the Universe: The Current State of Cosmology (Yale)

A ‘função logística’ (acima) representa o modelo de uma função sigmoide de crescimento para um dado conjunto de elementos. O estado inicial é aproximadamente exponencial. Com o tempo…a competição entre membros do conjunto (por recursos críticos) se estabelece (‘gargalo’)…e, a taxa de crescimento diminui até, finalmente… se deter em umpatamar de equilíbrio. Já o gráfico à esquerda representa a função de crescimento do universo considerando a aceleração da expansão, na teoria, causada pela ‘energia escura’ e um início ‘inflacionário’.  ************************************************************************************

Campos eletromagnéticos auto-organizados (Out/2012)                                        “Experimentos feitos com plasma…gerado por laser…podem estudar a microfísica da interação de plasma…bem como a formação de estruturas em condições controladas”.

Um dos mistérios da ciência moderna, é entender como estruturas altamente ordenadas  se formam em meios turbulentos, com partículas se movendo aleatoriamente. Exemplos de ordem emergindo do Caos podem ser encontrados, tanto em objetos astrofísicos, que    se estendem por milhões de anos-luz…quanto na origem da vida na Terra. Para o caso astrofísico, foi feito um experimento tentando explicar como “campos eletromagnéticos” ajudam a organizar o plasma em estrelas jovens. Como resultado, foi criado um modelo    de “fluxos opostos”, em que estes campos magnéticos – depois de determinado período, acabam por dar forma ao jato de plasma, criando estruturas complexas no gás ionizado.

Os “jatos de plasma” se movendo rapidamente… a princípio, deveriam passar uns pelos outros livremente; a observação de estruturas organizadas foi surpreendente. – Temos assim uma nova ferramenta para explorar como a ‘ordem emerge do caos’. (texto base*********************************************************************************

Cérebro humano… e Universo… – crescem da mesma maneira…  (nov/2012)      “Dinâmicas de crescimento natural são as mesmas – para diferentes ‘redes reais’, como internet ou redes neurais. A equivalênciadescoberta entre o crescimento do Universo,      e o das redes complexas sugere que leis semelhantes regem a dinâmica destes sistemas”.

cérebro-universo

neurônio (à esquerda) e a estrutura simulada do universo (direita)

Um novo estudo da Universidade da Califórnia em San Diego/EUA garante que a estrutura em ‘larga escala’ do universo, se assemelha bastante…à estrutura e design de outras grandes ‘redes complexas’, como cérebro humano e internet.  A pesquisa sugere que alguma lei fundamental ainda desconhecida poderia monitorar o crescimento de “sistemas complexos” (grande ou pequeno porte)…como a descarga elétrica entre as células cerebrais; o crescimento das redes sociais; e até a expansão galática…Mas isso não quer dizer que cérebros e Universos sigam algum tipo idêntico de ‘plano mestre‘…apenas que regras subjacentes às estruturas complexas podem evoluir de forma similar. E explica Dmitri Krioukov, coautor do estudo: 

“O próximo passo da pesquisa é tentar descobrir essa ‘regra universal’,                                  ou…”sistema de leis”… – que controla o desenvolvimento dessas redes                                  complexas…e assim tentar prever, ou controlar seu comportamento”.

Simulando “redes complexas”                                                                                                O resultado é um gráfico que se parece muito com representações de                                outras ‘redes complexas’…como internet…redes sociais…e biológicas.

Os pesquisadores criaram uma ‘simulação computacional’, que quebrou o Universo primordial nas menores unidades possíveis quanta de ‘espaçotempo’, menores do que partículas subatômicas. – A simulação associou todo quantum causalmente relacionado.  Por exemplo, nada viaja mais rápido que a luz…por isso, se uma pessoa envia um sinal da Terra…os efeitos em cascata desse evento nunca poderiam alcançar um alienígena, numa galáxia distante num período razoável de tempo, ou seja, essas 2 regiões do espaçotempo não são causalmente relacionadas. — Como não é possível simular o infinito a título de comparação – foi considerado o Universo como algo “enorme”…pelo menos 10 elevado a 250 átomos de espaço e tempo. – Reduzido a um tamanho “gerenciável”, os dados foram postos num supercomputador (Trestles), para simulações da “rede causal” do Universo.

Todas as redes se ampliaram, de forma semelhante, por ligações entre vias com as quais      já tinham muitas conexões. Por exemplo, um colecionador…”navegando” na “internet“,  pode visitar sites de busca – tipo ‘Google’…ou também pode buscar vídeos no ‘YouTube’. Células cerebrais mais próximas, da mesma maneira, tendem a se conectar. — Contudo, neurônios também se vinculam a… “células tronco”… — do tipo … “Google”.

“Quem imaginaria que o surgimento do espaçotempo quadridimensional do nosso universo no ‘vácuo quântico’… teria a ver com o crescimento da internet?… – A causalidade está no coração de ambos, por isso, talvez, a semelhança fosse esperada” comentou Michael Norman… da ‘UCLA’.

Essa semelhança estrutural é muito forte para ser coincidência, então, provavelmente não é. Por conta disso, supõe-se que existam regras universais regendo essas redes…mas, com alguns ‘fatores limitantes’, como exemplo…a gravidade. POPSCI LiveScience ‘texto base’  ************************************************************************************

A hiper-relação entre ‘redes neurais’ e a natureza do Universo (set/2016)              Segundo Henry Lin (Universidade de Harvard)…e Max Tegmark (MIT)…a razão pela qual matemáticos estão boquiabertos com a incrível eficácia das “redes neurais profundas”…se deve à natureza do cosmo; a resposta está mais nos domínios da física que da matemática.

a-beautiful-glasswing-butterflyNos últimos 2 anos, técnicas deaprendizado profundomudaram o mundo da inteligência artificial… Uma a uma, habilidades e técnicas          que – (nós humanos) imaginávamos serem exclusivamente nossas…começaram a cair no domínio de ‘máquinas’ que são cada vez mais desenvolvidas. Hoje em dia, ‘redes neurais profundas’ são melhores que humanos, em      vários jogos e tarefasMas, há um problema        que está desorientando os matemáticos; qual        seja apesar do enorme sucesso ninguém      sabe…ao certo como estas“redes neurais” alcançaram tal estágio. — A princípio, não há qualquer…’razão matemática’, para que estas        redes estratificadas sejam assim, tão eficazes.

Configurando o problema em megabitsfoi empregado o exemplo de classificação de uma imagem em escala de cinza, para determinar sua natureza. – Essa imagem consiste em um milhão de pixels – cada um com 256 valores em escala de cinza. – Portanto…teoricamente, pode haver 256^(1 milhão) de imagens possíveis…e para cada uma é necessário calcular se é mostrado um gato ou um cachorro. No entanto, “redes neurais” com apenas milhares, ou milhões de parâmetrosde algum modo gerenciam a ‘tarefa classificatória’ com facilidade.

Na linguagem matemática, as ‘redes neurais’ funcionam aproximando complexas funções matemáticas, com as mais simples. Quando se trata de classificar imagens de cães e gatos,  por exemplo, a rede neural deve implementar a função um milhão de pixels, em escala de cinza, que recebe como entrada, e gerar a distribuição de probabilidade, do que ela pode representar. O problema são ordens de magnitude a mais de“funções matemáticas”, do que redes capazes de deduzi-las. Contudo, “redes neurais profundas”, de alguma forma até então inexplicável, obtêm a resposta certa. Mas agora, com base em seu estudo…Lin e Tegmark alegam ter descoberto a resposta. E a resposta é que o universo é governado por um minúsculo subconjunto de todas funções possíveis. Ou seja, quando as leis da física são escritas matematicamente, todas elas podem ser descritas por funções…que possuem um conjunto especial de propriedades triviais. – Portanto, “redes neurais profundas” não precisam acessar todas as possíveisfunções matemáticas’, apenas um subconjunto delas.

Para colocar isso em perspectiva, considere a ordem de uma função polinomial…que é o tamanho do seu expoente mais alto. Portanto, uma equação quadrática como y = x² tem ordem 2, a equação y = x³ tem ordem 3, e assim por diante Obviamente, o número de ordens é infinito, e no entanto, apenas um pequeno subconjunto de polinômios aparece nas leis da física — Como dizem Lin e Tegmark “Por razões ainda não totalmente compreendidas, nosso universo pode ser bem descrito por “hamiltonianos polinomiais”      de baixa ordem”. (normalmente, descrito por polinômios cujas ordens variam de 2 a 4).

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Simetria & Hierarquia

As leis da física têm outras propriedades importantes. Por exemplo, geralmente são simétricas — quando se trata de rotação, e translação Gire um gato/cachorro a 360 graus e terá a mesma aparência; desloque-    o por 10…100 metros, ou 1 km… – e terá a mesma aparência. Isso também simplifica    o processo de reconhecimento de gatos ou cães…Tais propriedades significam que as “redes neurais” não precisam acessar uma infinidade de funções matemáticas … mas somente…um pequeno subconjunto delas.

Outra propriedade do universo explorada pelas redes neurais — é a sua “estrutura hierárquica“. Partículas elementares formam átomosque formam moléculas, células…organismos…planetas…sistemas solares, galáxias etc. E assim…estruturas complexas” são frequentemente formadas através de uma sequência de etapas mais simples… É também por isso, que a estrutura        das redes neurais é importantecada etapa dessa rede pode acessar cada passo causal.

Lin e Tegmark dão o exemplo da radiação cósmica de fundo em microondas, o eco do Big Bang que permeia o Universo…Nos últimos anos, várias sondas espaciais mapearam essa radiação em resoluções cada vez maiores. – E, lógico, os físicos ficaram intrigados com o motivo pelo qual esses mapas assumem a forma que apresentam. Mas, dizem eles, seja qual for o motivo, este ésem sombra de dúvida, o resultado de uma “hierarquia causal”.  Um conjunto de parâmetros cosmológicos (densidade da matéria escura, etc.) determina  o “espectro de potência” das flutuações de densidade no Universo, o que, por sua vez, determina o padrão da radiação cósmica de fundo em microondas que nos chega a partir do‘Universo primordial’, combinado com o ruído de rádio em primeiro plano da nossa galáxia…para produzir, em função da frequência, os mapas do céuregistrados por uma sonda espacialCada uma dessas etapas causais, progressivamente, contém mais dados.

Existem apenas alguns parâmetros cosmológicos, mas os mapas e o ruído que eles                contêm são compostos por bilhões de nºs. O objetivo da física então…é analisar os            grandes números, para revelar os menores. E quando os fenômenos têm estrutura hierárquica, as redes neurais tornam o processo de análise bem mais fácil … como explicam Lin e Tegmark… “Mostramos que o sucesso deste tipo de processo – não depende apenas da matemática, mas também da física…o que acaba por favorecer              determinadas classes de ‘distribuições de probabilidade’ – extremamente simples,              as quais…o ‘conhecimento intuitivo’…é especialmente adequado — para modelar”.

Esse é um interessante trabalho, comimplicações significativas. As “redes neurais artificiais” são reconhecidamente baseadas nas biológicas. Portanto as ideias de Lin e Tegmark, não só explicam como máquinas de aprendizado intuitivo funcionam tão bem, mas também explicam, por que cérebros humanos podem vir a entender o cosmo… A evolução,  por algum modo, adequou uma ‘estrutura cerebral’ para afastar    toda complexidade do universo.

Este estudo abre caminho a progressos significativos sobre“inteligência artificial”. Agora que finalmente entendemos por que as…’redes neurais profundas’…funcionam tão bem, os matemáticos podem enfim explorar “propriedades específicas” – que permitam expressivo desempenhoComo dizem Lin e Tegmark…“Fortalecer analiticamente o entendimento do “aprendizado intuitivo” pode então sugerir maneiras de aprimorá-lo”. (artigo original************************************************************************************

O cérebro humano tem intrigante semelhança com teias cósmicas de galáxias  Há 27 ordens de magnitude entre as 2 imagens…mas ambas têm intrigantes similaridades.

Um astrofísico e um neurocirurgião pode parecer uma dupla que tenha pouco em comum, mas Franco Vazza (Universidade de Bologna), e Alberto Feletti (Universidade de Verona), mostraram que é possível estabelecer paralelos entre campos do saber que aparentam ser totalmente desconexos. Eles compararam a rede de neurônios do cérebro humano, com a rede cósmica das galáxias“… — e, surpreendentemente… — encontraram similaridades.

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À esquerda, uma seção do cérebro; à direita, uma seção da teia cósmica.  [Franco Vazza/Alberto Feletti]

É fato que a diferença de dimensões é descomunal, mas a dupla não partiu do nada…Eles começaram o estudo ao descobrirem alguns paralelos interessantes. Por exemplo, estima-se uma “teia cósmica” observável com cerca de 100 bilhões de galáxias – enquanto para o cérebro humano são calculados 69 bilhões de neurônios. Nos 2 sistemas, apenas 30% são constituídos pela massa das galáxias e dos neurônios. Ambos…se organizam em longos filamentos, com nós entre os filamentos. E, nos dois sistemas70% da distribuição de massa ou energia é composta de elementos executando um papel aparentemente passivo — a “água”…no caso do cérebro; e a “energia escura”, para o Universo observável.

Dessa forma…não é tão surpreendente que a análise quantitativa feita pelos 2 cientistas revele que processos físicos muito diferentes podem dar origem a estruturas com níveis similares de complexidade e auto-organização. Iniciando pelas características similares    do cérebro e Universo, eles compararam uma simulação da rede de galáxias, com outra,    de seções do córtex cerebrale cerebelo. O objetivo era observar flutuações de matéria,    se espalhando nas 2 redes…de tamanhos tão distintos…mas com nº comparável de nós.  Assim, foi calculada a ‘densidade espectral’ dos 2 sistemas – numa técnica muito usada    em cosmologia no estudo da distribuição espacial das galáxias. E, como explicou Vazza:

Eles também calcularam alguns parâmetros que caracterizam – tanto a rede neuronal, quanto a teia cósmica – O “nº médio de conexões” em cada nó…e a “tendência grupal”    das várias conexões, em nós centrais relevantes dentro da rede. E, acrescentou Feletti:  “Outra vez…parâmetros estruturais identificaram níveis de concordância inesperados. Provavelmente, a ‘conectividade’ no interior das duas redes evolui segundo princípios físicos similares — apesar da diferença absurda entre as potências físicas que regulam galáxias e neurônios… Essas ‘redes complexas’ mostram mais similaridades do que as compartilhadas entre teia cósmica e galáxia…ou, entre rede neuronal e um neurônio.”

Parece haver uma forma de ordenamento muito similar – relacionando a teia cósmica do Universo – com os neurônios do nosso cérebro. [Franco Vazza/Alberto Feletti]

Os pesquisadores gostaram tanto dos resultados que já pensam em desenvolver            técnicas de análise que possam ser usadas em ambos os campos – cosmologia e neurocirurgia – para obter melhor compreensão da dinâmica dos dois sistemas,              conforme seu processo evolutivo“…ao longo do tempo. (texto base) nov/2020  ***************************(texto complementar)***************************

Padrão fractal em um material quântico                                                                          A palavra “fractal” torna-se cada vez mais popular, embora o conceito venha do século 17,  com o grande matemático e filósofo Gottfried Wilhelm Leibnitz. Acredita-se que Leibnitz tenha abordado pela 1ª vez a noção recursiva de auto-similaridade‘, mas foi somente em 1960 — que o conceito foi formalmente oficializado — através de ‘insights matemáticos’ e visualizações computacionais — por Benoit Mandelbrot — que batizou o nome…“fractal”.

Fractais são basicamente definidos por três características:

  1. Auto-similaridade: formas idênticasou, muito semelhantes, em todas as escalas.
  2. Interação recursiva: apenas limitada pela ‘capacidade computacional’…(que, com desempenho suficientemente alto, podem ser infinitas). – Isso permite formas muito detalhadas em toda escala, se modificando em relação à primeira iteração – contudo, manifestando sua forma original em alguns níveis…Dessa forma, ‘fractais’ podem ter ‘propriedades emergentes’, os tornando ferramenta adequada a ‘sistemas complexos’.
  3. Dimensão fractal: descreve a noção contra-intuitiva de que o comprimento muda com o tamanho da régua usada quantifica como o número de unidades necessário para medir, por exemplo, uma linha costeira, muda com a escala aplicada à régua. A dimensão fractal de uma curva pode ser explicada intuitivamente pensando em uma linha fractal como um objeto – muito detalhado para ser unidimensional – mas, por outro lado, muito simples para ser bidimensional.     

galhofractalEmbora “fractais” sejam hoje em dia, comumente exemplificados ​​no regime macroscópico, como os galhos de uma árvore, um brócolis, vasos sanguíneos, etc, pela primeira vez físicos do “MIT” descobriram padrões…do ‘tipo fractal’ num óxido de ‘terras raras’: NdNiO3. Ele conduz eletricidade, ou atua como isolante  conforme sua temperatura.

Também apresenta“magnetismo não homogêneo” domínios ou regiões com uma orientação magnética específica, que variam em tamanho e forma ao longo de todo material. – Por exibir esse peculiar comportamento eletrônico/magnético…resultado        de ‘efeitos quânticos’ – em ‘escala atômica’ – é considerado um…”material quântico”. 

Os pesquisadores tiveram que projetar uma “lente de foco de raios-X”…muito especial        para mapear ( ponto a ponto) tamanho, forma, e orientação dos domínios magnéticos,        a diferentes temperaturas, confirmando que o material os formou abaixo de uma dada temperatura crítica. Acima dessa temperatura, os domínios desaparecem, apagando a ordem magnética. – Contudo, resfriando a amostra abaixo da temperatura crítica, os domínios magnéticos reapareceram quase no mesmo lugar de antes!…ou seja – existe memória, o que é surpreendente! Obtém-se assim um sistema, que mesmo submetido      ao calor, resiste a perturbações externas…de forma que a informação não seja perdida.        Além disso, após mapear os domínios magnéticos do materiale medir o tamanho de      cada domínio foi contado um certo número de domíniosrepresentados em função      do tamanho. – Essa distribuição resultante mostrou o mesmo padrão, repetidamente,    não importando em qual intervalo de tamanho de domínio se concentraram…E, desse modo, eles então descobriram que os padrões magnéticos têm uma…’natureza fractal’.

Como o material atua como isolante ou condutor, dependendo da temperatura,                    os cientistas estão explorando oóxido de níquel neodímio…para dispositivos neuromórficos – que simulam…”neurônios biológicos”. — Aqui, a temperatura        desempenharia a função de…voltagem…no sistema biológico; que é ativo ou              inativo, dependendo do valor de voltagem que recebe. (texto base, maio/2020)  *************************************************************************

O universo é um algoritmo autodidata de autoaprendizagem                                    Uma nova pesquisa sugere que o Universo está aprendendo física à medida que evolui. Basicamente, viveríamos num algoritmo gigante…cujo “aprendizado”…é sua evolução.

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KTSDESIGN/SCIENCE PHOTO Library/GETTY IMAGES

Cientistas…incluindo físicos da Brown University e do Flatiron Institute/EUA, dizem que o Universo investigou todas as leis físicas possíveis… antes de se consolidar … nas observadas hoje – ao nosso redor… Mas será que essa “ideia espantosa” poderia ajudar a orientar a pesquisa científica do que está por vir?

Em extenso artigo publicado no arXiV, os pesquisadores, com o apoio geral da “Microsoft” colocam suas ideias, numa interseção entre a filosofia da ciência, ciência da computação, e física teórica; numa discussão que abrangendo todas as 3 perspectivas…desperta a grandeza multidisciplinar da pesquisa natural.

Segundo os pesquisadores…sabemos que nosso Universo funciona levando em conta um grande conjunto de ‘leis da física’mas, dada a forma como a matemática nele funciona, várias outras possíveis leis parecem igualmente possíveis. Neste sentido…para um grupo de ‘leis candidatas’ igualmente prováveis – como chegamos às leis que realmente temos?  Eles explicam que: “A noção de ‘aprendizagem’, conforme a usamos…é mais do que uma adaptação bruta a cada momento. É um processo cumulativo que poderia ser visto como ‘teorização’…’modelagem’…e ‘previsão’. Por exemplo, o sistema ‘DNA/RNA/proteína’ na Terra, surgido de um ‘processo adaptativo’, ainda assim prevê uma gama de organismos muito maior do que poderia ser imaginado…em qualquer dado momento da adaptação.”

Comparando Teorias                                                                                                                  “O universo é feito de sistemas, cada qual cercado por um ambiente composto por outros variados sistemas, tendo cada um deles, permanentemente, diferentes tarefas a cumprir.” 

Podemos aqui fazer uma analogia com a pesquisa de Charles Darwin, que estudou todas as diferentes maneiras pelas quais os animais se especializaram para prosperar em diferentes ambientes. — Por exemplo, por que temos um corpo monolítico de leis da física, em vez de, digamos, um monte de nichos especializados?… Esta questão é pertinente à ideia filosófica de uma seleção natural para as leis do universo. Nesse artigo, os cientistas definem uma série de termos, incluindo a definição de aprendizagem, no contexto cósmico. “Evolução já é um tipo de aprendizado, então quando sugerimos que o Universo usou a ‘seleção natural’ como parte da ‘realização física’ – estamos invocando esse tipo específico de aprendizado”. (alguma coisa precisa ter consciência para aprender?…precisamos definir cuidadosamente o significado de aprendizagem nessa questão. Sistemas orgânicos costumam apresentar resultados de aprendizagem com um maior sucesso, ou uma taxa mais alta de reprodução)

Os pesquisadores explicam bem tal distinção: “Em certo sentido, aprender é meramente um processo causal transmitido em interações físicas. Mas também devemos considerar    o aprendizado como…’especial’ – para explicar os eventos que acontecem por sua causa”.  O objetivo dos cientistas é lançar um novo ramo de pesquisa cosmológica, englobando a ideia de uma “aprendizagem cósmica”…E isso não é tudo, eles dizem…“Se as leis podem evoluir, elas podem fazer mais consideramos a noção de que apenas um Universo que aprende suas leis pode gerar fenômenos como a vida e os físicos.” (texto base) abr/2021 

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em cosmobiologia, física, Teoria do Caos e marcado , , , . Guardar link permanente.

3 respostas para Sobre a Entropia Natural das “Forças Causais”

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