소음은 우주에서 내가 가장 좋아하는 것 중 하나입니다. 나는 일요일 아침에 이웃의 녹슨 낡은 잔디 깎는 기계가 당신을 침대에서 쫓아내는 것을 의미하지는 않습니다. 다른 사람들과 마찬가지로, 나는 그런 종류의 소음을 멸시합니다. 아니요, 내가 말하는 것은 과학자가 이해하는 것처럼 소음입니다 :결정 론적 시스템의 한계. 다루기 힘든 무작위성으로, 소음은 창의적 인 모든 것의 원천이 될 수 있습니다. 모든 진보, 움직임 및 자유 의지의 근원.
현대의 창조“신화”는 상향식 출현의 이야기입니다. 단순한 에너지 상태에서 우주의 시작이거나 분자의 복잡한 조립으로 살아있는 시스템에 대한 우리의 이해가 될 것입니다. 이 현실의 바닥에는 물리적 힘과 대칭과 소음이 있습니다. 그들은 똑같이 기본적입니다. 바로 우주는 무작위 양자 변동으로 시작되었습니다. 예를 들어, 양자 역학은 우리가 고 에너지 상태 (예 :방사성 원자)가 낮은 에너지 상태로 전환되는 시간을 예측할 수 없다고 말합니다. 이 예측 불가능 성은 상상할 수 없을 정도로 많은 수의 무작위 충돌과 우리의 현실을 구성하는 모든 입자의 상호 작용에 의해 증폭 된 소음의 배경을 만듭니다.
이러한 소음의 전능성은 특히 한 번의 욕구 문제를 일으킨다. 만약 우리가 무작위로 몰입한다면, 어떻게 세상의 많은 부분이 어떻게 그렇게 질서있는 것처럼 보입니까? 친숙하고 아마도 두 가지 대답이 있습니다. 첫 번째 친숙한 대답은 많은 입자에 걸쳐 평균화 된 소음이 순서가된다는 것입니다. 예를 들어 가스 분자의 임의의 움직임에 대한 적절한 통계를 수행하면 공기를 압축하는 데 사용할 때 자전거 펌프가 뜨거워지는 이유를 설명하는 가스에서 발생합니다. 또 다른 친숙한 대답은 소음이 물리 법칙과 대칭에 의해 제한된다는 것입니다. 이것은 빅뱅 이후 원시 혼란에서 원자, 별, 행성 및 은하가 어떻게 나타 났는지 설명합니다.
세 번째 대답은 우리가 찾고있는 대답입니다. 이 답변은 정보가 물질과 상호 작용하는 곳에서 발생합니다. 예를 들어, 진화를 취하십시오. 다음은 순서와 정보를 추출하기 위해 무작위성과 소음을 공급하는 메커니즘입니다. 어떻게합니까? 래칫 메커니즘을 사용합니다.이 메커니즘은 무작위성을 취하고이를 필터링하여 진행을 생성합니다. 진화의 경우, 무작위성은 돌연변이와 성적인 재조합에서 비롯되며, 필터링은 자연 선택에서 비롯됩니다. 두 가지 모두 필요합니다 :무작위성은 참신함을 만들고, 유리한 변화를위한 자연 선택 사이드.
더 작은 규모로 분자 래칫은 우리 몸의 많은 부분을 운전합니다. 세포를 통해 화학화물을 운반하는 우리 몸의 분자 기계는 주변의 물 분자의 무작위 운동에 의해 애니메이션됩니다. 그들은 기계적 필터와 같이 정교하고 비대칭 분자 구조를 통해이 움직임을 흡수합니다. 거시적 등가는 기계식 손목 시계의 래칫입니다. 바퀴를 무작위로 앞뒤로 움직이더라도 시계 내부의 래칫의 비대칭 치아는 시계의 스프링을 올리기 위해 올바른 방향으로 만 움직일 수 있습니다. (우리 세포의 분자 기계는 더 정교하지만 원리는 비슷합니다.)
이것은 창의성, 대행사 및 자유 의지와 어떤 관련이 있습니까? 창의성에 대한 수수께끼는 결정 론적 프로세스가 어떻게 새로운 아이디어와 통찰력으로 이어질 수 있는지 상상하기 어렵다는 것입니다. 어딘가에 새로운 아이디어의 생성기가 있어야합니다. 그러므로 새로운 아이디어의 생성기가 노이즈 라고 제안하겠습니다. - 우리의 뇌의 잠재 의식 과정에서 열, 전기 소음. 우리가 꿈꾸는 일과 비슷합니다.
우리가 꿈꾸는 경우, 감각 입력에 의해 제한되지 않은이 무작위 소음은 감정의 형태로 우리의 인식에 들어가고, 반용 의식 뇌는 무작위 감정과 이미지를 설명하고 이야기를 구성하려고합니다. 하버드 의과 대학에서 의식과 꿈을 연구하는 정신과 연구원 데이비드 칸 (David Kahn)은“순서 연결은 때때로 소음이있을 때만 확립 될 수있다. "따라서 감각적 제약으로부터 고립 된 꿈꾸는 뇌는 신경 활동에 상당한 패턴 화 효과를 발휘할 수있는 미묘한 영향을 받는다." 그는 그러한 효과는“꿈의 의식적인 흐름으로서 실험적으로 느껴질 수있다”고 말했다. 반면에, 우리가 깨어있을 때,이 소음은 뇌가 우리의 감각이보고 듣는 것 등을 해석하는 한 바쁘면이 소음이 줄어 듭니다.
그러므로 새로운 아이디어는 우리의 잠재 의식 생성 무작위 연관성을 생성하는 무작위 연관성에서 시끄러운 참신 생성기의 결과 일 수 있습니다. 무의식적으로, 우리의 뇌는 많은 무의미한 연관성을 거부하며, 새로 생성 된 아이디어가“의미”가 될 때 우리가 그것을 의식하게 할 수 있도록하기 위해서만. 생각, 빠르고 느리게 Daniel Kahneman은 우리가 그들을 의식하지 않고 많은 일을한다고 주장했습니다. 그는 뇌에 시스템이 있다고 말합니다. 함께, 시끄러운 참신 생성기와 뇌의 필터링은 새로운 아이디어를 어디에서나 래칫하는 것처럼 보입니다.
이 아이디어에 대한 증거는 없지만 일상적인 경험에 적합합니다. 종종 우리가 문제에 대해 열심히 생각할 때, 우리는 즉시 해결책을 찾지 못합니다. 그러나 어려운 사고가 필요합니다. 그것은 무작위 아이디어를 생성하고 진정한“브레인 스토밍”을 수행하기 위해 우리의 잠재 의식을 소중히 여깁니다. 잠재 의식의 뇌는 그 가능성을 계속 저글링하고 있으며, 조각이 제자리에 떨어질 때만 우리를 인식하게합니다. 우리 모두는 이것을 경험했습니다. 예를 들어 Alan Lightman은 물리학에서 처음 발견했을 때의 갑작스런 통찰력을 설명합니다.
나는이 일을 몇 달 동안 일하고 있었고, 대학원실 사무실에서 자고 서랍에 정어리 캔을 먹을 수있게했습니다. 그리고 어느 날 아침 나는이 버즈를 머리 속에서 일어 났고,이 물리학 문제에 대해 매우 깊이보고있었습니다. 내가 가진 감각은 내가 계획했을 때의 감각이었고, 당신의 보트, 바람이 강하면, 물 위에 올라가서 갑자기 모든 방수 저항이 사라지고 돌처럼 물을 가로 질러 꽉 쥐는 것처럼 느껴집니다. 놀라운 육체적 감각입니다. 나는 모든 저항이 0으로 갔고, 그냥 날아 다니고, 부엌으로 달려 가서 계산 페이지를 꺼내서 내가 잘못된 곳을보고 열렬히 일하기 시작한 것처럼 느꼈습니다. 약 5-6 시간 만에 나는 그 문제에 대한 답을 얻었습니다.
임의의 노이즈는 가능성을 만들어 내고 우리의 생각과 경험은 그것들을 걸러냅니다. 우리의 두뇌는 혼돈의 래칫 질서를 주문합니다.
대행사 또는 자유 의지는 어떻습니까? 결정 론적 기계뿐만 아니라 순전히 임의의 기계도 어려워 보입니다. 그러나이 두 가지를 결합하면 케이크를 먹고 먹을 수 있습니다. 철학자이자인지 과학자 인 Daniel Dennett :1978 년 책 브레인 스토밍 . 그는“우리가 중요한 결정에 직면했을 때, 어떤 정도가 결정되지 않은 고려 사항이 일련의 고려 사항을 만들어 낸다. 우리의 두뇌는 우리가 알고 있고 경험 한 것에 의해 제한되었지만 생성하는 배경 소음에서 새로운 선택을 할 수 있습니다.
우리는 환경이나 경험에 대한 완전한 노예도 아니고 순수한 무작위성에 의해 던져지지 않습니다. 우리를 인간으로 만드는 것은 우리의 두뇌가 무작위성의 바다에서 선택과 창의성을 래칫 할 수 있다는 것입니다.
Peter Hoffmann은 Wayne State University의 물리학 교수이자 교양학과 과학 대학의 부교수입니다.
리드 사진은 Flickr을 통해 Steve Rotman의 제공입니다.
