Теперь физики Алексей Безрядин, Альфред Хублер и Андрей Белкин из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн продемонстрировали появление самоорганизованных структур, которые приводят эволюцию неравновесной системы к состоянию максимального производства энтропии. Авторы предполагают, что MEPP лежит в основе эволюции самоорганизации искусственной системы, точно так же, как она лежит в основе эволюции упорядоченных систем (биологической жизни) на Земле. Результаты команды опубликованы в онлайн-журнале Nature Publishing Group Scientific Reports.
MEPP может иметь глубокие последствия для нашего понимания эволюции биологической жизни на Земле и основных правил, которые управляют поведением и эволюцией всех неравновесных систем. Жизнь возникла на Земле из сильно неравновесного распределения энергии, созданного горячими фотонами Солнца, падающими на более холодную планету. Растения эволюционировали, чтобы улавливать фотоны высокой энергии и выделять тепло, генерируя энтропию. Затем животные эволюционировали, чтобы поедать растения, увеличивая рассеивание тепловой энергии и увеличивая производство энтропии.
В своем эксперименте исследователи подвесили большое количество углеродных нанотрубок в непроводящей неполярной жидкости и вывели систему из равновесия, приложив сильное электрическое поле. После получения электрического заряда система эволюционировала к максимальной энтропии через два различных промежуточных состояния со спонтанным возникновением самоорганизующихся проводящих цепочек нанотрубок.В первом состоянии, режиме «лавины», проводящие цепи выстраиваются в соответствии с полярностью приложенного напряжения, позволяя системе проводить ток и, таким образом, рассеивать тепло и производить энтропию.
Цепи, казалось, прорастали отростками, когда нанотрубки выстраивались так, чтобы примыкать к соседним параллельным цепям, эффективно увеличивая производство энтропии. Но часто эта самоорганизация разрушалась лавинами, вызванными нагревом и зарядкой, исходящими от возникающих потоков электрического тока.«Лавины были очевидны в изменении электрического тока с течением времени», — сказал Безрядин.
После схода лавин цепи с придатками «пошевелились», напоминая живое существо, похожее на насекомое.«Ближе к заключительным этапам этого режима отростки не разрушались во время схода лавины, а, скорее, втягивались до тех пор, пока лавина не закончилась, после чего их соединение было восстановлено.
Таким образом, было очевидно, что лавины соответствуют« циклу питания »вставки нанотрубки. ‘, — комментирует Безрядин.На второй относительно стабильной стадии эволюции скорость производства энтропии достигла максимума или почти максимума.
Это состояние является квазистабильным в том смысле, что не было разрушительных лавин.Исследование указывает на возможную схему классификации стадий эволюции и критерий точки, в которой эволюция системы необратима — когда производство энтропии в самоорганизующейся подсистеме достигает максимально возможного значения.
Для подтверждения этих основополагающих принципов необходимы дальнейшие эксперименты в более крупном масштабе, но если они верны, они окажут большое преимущество в предсказании поведенческих и эволюционных тенденций в неравновесных системах.Авторы проводят аналогию между эволюцией разумных форм жизни на Земле и появлением извивающихся насекомых в своем эксперименте. Исследователи отмечают, что для завершения этого сравнения необходимы дальнейшие количественные исследования.
В частности, им нужно будет продемонстрировать, что их «шевелящиеся жуки» могут размножаться, что потребует воспроизведения эксперимента в значительно большем масштабе.Такое исследование, в случае успеха, будет иметь последствия для возможного развития технологий с самоорганизующимся искусственным интеллектом — идея, исследованная в другом месте соавтором Альфредом Хублером, финансируемым Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны.«Общая тенденция эволюции биологических систем, по-видимому, такова: более развитые формы жизни имеют тенденцию рассеивать больше энергии, расширяя свой доступ к различным формам накопленной энергии», — предполагает Безрядин. "Таким образом, можно предложить общий принцип, лежащий в основе наших самоорганизующихся облаков нанотрубок, которые генерируют все больше и больше тепла за счет снижения их электрического сопротивления и, таким образом, пропускают больший ток, и биологических систем, которые ищут новые средства для поиска пищи. либо посредством биологической адаптации, либо путем изобретения новых технологий.«Расширенные источники пищи позволяют биологическим формам расти, размножаться, потреблять больше пищи и, таким образом, производить больше тепла и генерировать энтропию.
Кажется разумным сказать, что реальные организмы все еще далеки от абсолютного максимума скорости производства энтропии. В таких случаях происходят «лавины» или «события вымирания», которые сдерживают эту эволюцию. Только если вся свободная энергия, данная Солнцем, будет потреблена, например, путем построения сферы Дайсона, и преобразована в тепло, тогда определенно стабильная фаза можно ожидать эволюции ".«Насколько нам известно, интеллект неотделим от жизни», — добавляет он. «Таким образом, для создания искусственной жизни или искусственного интеллекта мы рекомендуем изучать системы, которые далеки от равновесия, с множеством степеней свободы — множеством строительных блоков, — чтобы они могли самоорганизоваться и участвовать в некоторой эволюции. критерий производства энтропии, по-видимому, является руководящим принципом эффективности эволюции ".