존 러스킨은 그것을 한심한 오류라고 불렀다. 결국, 직감은 갔고 자연은 인간의 열정이 없습니다.
그러므로 Ruskin의 놀랍게도 그는 인식, 지식 및 경험의 수학이 자연 세계의 현대 이론의 중심에 있다는 것을 배우게되었다고 상상해보십시오. 그의 엄격한 직관과는 반대로, 정량적 관계는 단단하고 물질적 법칙을 부드러운 마음과 믿음의 자질과 묶는 것처럼 보입니다.
그 발견의 이야기는 물리학 자 Ludwig Boltzmann에서 시작됩니다. Ruskin이 19 세기 말에 그의 문구를 만들어 낸 직후. 그런 다음 과학은 먼저 지식이 아니라 그 반대의 경우에 처음으로 노력했습니다. 예를 들어 증기 엔진이나 화학 반응의 지저분한 세부 사항을 무시할 수있는 방법에 대한 이론은 어떻게 작동했는지 예측하고 설명합니다.
Boltzmann은 1906 년에 자살로 사망하기 전에 거의 독창적 으로이 작업을 수행하는 방법에 대한 통일 프레임 워크를 제공했습니다. 그가 보았을 때, 열역학은 물리적 세계가 아니라 그것이 실패 할 때 일어날 일에 관한 이야기라는 것입니다. 말 그대로 :오늘날 열역학 학생은 증기 엔진의 물리적 설정 또는 화학 반응을 무지에 직면 한 추론에 대한 진술로 번역 할 수 있습니다. 그녀가 그 (종종 더 간단한) 문제를 해결하면 온도계 및 압력 게이지에 대한 진술로 다시 번역 할 수 있습니다.
볼츠만 (Boltzmann)이 의존 한 무지는 최대였다. 무슨 일이 일어나고, 일어나야하며, 숨겨진 질서는 남아 있지 않을 수있다. 그러나 단순한 피스톤과 가스의 세계에서도 그 가정이 실패 할 수 있습니다. 피스톤을 매우 천천히 밀면 Boltzmann의 방법이 잘 작동합니다. 그러나 내면을 슬램하고 규칙이 바뀝니다. 소용돌이와 소용돌이가 나타나고 스트림과 카운터 스트림이 나타나고 피스톤 가늘어지고 심지어 정지 할 수도 있습니다. 피스톤을 잼하면 많은 노력은 아무것도 아닙니다. 당신의 작품은 불필요한 패턴의 쓸모없는 창조물과 파괴로 사라질 것입니다.
법이 어떻게 작동하는지 (실제 세계에서 폐기물이 이상적으로, 이상을 넘어서는) 볼츠만에게는 이용할 수 없었습니다. 19 세기의 열역학은 평형이 돌아올 때까지 기다려야했다. 평형 경우에 우리의 무지는 절대적입니다. 우리는 더 이상 알아야 할 것이 없다는 것을 알고 있습니다. 그러나 평형에서 벗어난 세상에서 우리는 거기에서 를 알고 있습니다. 더 알아야 할 것이 있지만 우리는 그것을 모릅니다.
비평 형 열역학은 몇 년 동안 탐험되지 않은 영역이었습니다. 볼츠만 (Boltzmann)이 사망 한 지 45 년이 지난 1951 년에만, 우리는 변동 소실 정리라는 것을 통해 시스템을 약간 균형에서 약간 떨어 뜨리는 작은 조정이 시간에 얼마나 많이 사라지는지를 설명 할 수있었습니다. 양자 역학이나 상대성과 비교할 때, 볼츠만의 죽음이 발생할 때까지는 피험자가 아니었지만 수십 년 동안 놀라움을 일으킨 열역학은 빙하 스케일에서 작동하는 것처럼 보였다.
그러나 21 세기의 개장으로, 추론과 예측 이론에 기초한 과학은 기계 학습과 인공 지능의 급속한 진전으로 인해 르네상스에 들어갔다. 새로운 열역학에서의 저의 충돌 코스는 2011 년 하와이 대학의 Susanne Still의 강의에서 나왔습니다. 시스템의 소산 (낭비되고 잃어버린 작업의 양)과 시스템에 대한 새로운 관계가 공동 작업자들과 함께 발표 된 것은 여전히 발표되었습니다.
.여전히 그녀의 협력자들은 불필요한 에 의해 소산이 어떻게 결합되는지 보여 주었다. 정보 시스템이 세계에 대해 유지하는 정보 - 시스템의 미래와 관련이 없습니다. 훌륭한 마음의 마음으로, 그들은 이것을 미래에 쓸모없는 과거의 기억 인 향수라고 불렀습니다. 그들이 보여준 것은 시스템의 향수가 당신이 행동 할 때 잃게 될 작업의 양에 최소한을 둔다는 것입니다.
말 그대로, 일 :피스톤을 쓰러 뜨릴 때 소용돌이 설치된 소용돌이는 (아직) 손실되지 않았습니다.주의 깊은 추적을 통해 피스톤을 다시 반응하여 에너지를 회복 할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 분리되어 분리되어 알 수 없을 때, 그들이 당신에게 점점 더 예측할 수 없게되면서, 창조물에 들어간 일이 사라 졌다는 것입니다.
.다음은 잊혀진 기억의 우울함, 상자에 포장 된 어린 시절 방, 오후 이슬비의 방해 할 수없는 세부 사항은 문자 그대로 물리적으로 나타납니다. 그 기억은 더 이상 중요하지 않은 과거를 추적합니다. 우리의 관심을 끌면서, 그들은 우리에게 상실에 대한 이야기를 들려주고, 우리가주의를 기울이지 않으면 우리의 현재를 소비하겠다고 위협합니다. 물리학에서도 향수는 페널티를 제공합니다.
우리는이 결과를 뒤집을 수 있습니다. 소산은 시스템의 모습을 복구하는 것이 얼마나 어려운지에 연결되어 있습니다. 되감기 위해서는 되돌리기 위해서는 되돌려 놓고 뒤로 예측해야하며, 향수가 많은 다른 과거가 같은 미래와 호환된다는 것을 의미 할 때 완전한 후퇴가 불가능합니다. 향수, 비가역성 및 소산 사이의 정확한 수학적 관계는 정교하고 구체적이며 방정식에서 벗어날 때 항상 약간 놀랍습니다.
최근 몇 년 동안 새로운 열역학에 대한 가장 놀라운 기여 중 하나는 매사추세츠 주 공과 대학의 제레미 잉글랜드 (Jeremy England)가 스틸 그룹 이후에 출시되었습니다. 영국의 향수보다는 시스템의 비가역성에 초점을 맞추면서 영국은 생물학적 세계를 설명했다. 그는 진화가 환경에서 자유 에너지를 활용할뿐만 아니라 최대한의 소산 방식으로 유기체를 이끌어 낼 수있는 방법을 설명했다.
.영국의 연구는 30 억 년이 넘는 이유를 설명하는 것으로 보인다. 왜 우리의 생태계가 거대한 녹색 태양 전지판으로 바뀌어, 초조 동물과 포식자의 탑을 태양의 에너지를 번지는 자연 과정의 일부로 먹이를주는 이유를 설명하는 것으로 보인다. 우리는이 해석에 존재합니다. 왜냐하면 우리는 태양계의 중심에있는 거대한 작업원을 가능한 한 안정적으로 소산하기 때문입니다.
여전히 작품의 작업은 향수를 소멸과 손실과 연결하지만 영국의 연구는 생명 자체가 소산의 요구에 의해 존재하는 것으로 나타납니다. 우리와 같은 존재는 우리가 물리적, 화학적, 생물학적, 정신적, 사회적으로 세상을 창조하고 대안보다 더 빨리 찢어지기 때문에 정확하게 존재합니다. 향수는 달콤 할 수 있지만 우리의 존재를 인수 할 수도 있습니다.
Simon Dedeo는 인디애나 대학교에서 정보학 및 컴퓨팅 학교 교수이며 산타페 연구소의 외부 교수입니다.
승인
광범위한 대화에 대해 Matteo Smerlak과 Susanne Still, Jeremy England 및 Jascha Sohl-Dickstein은 Santa Fe Institute와 Arizona State University의 Center에서 개최 된 강의에 대해 감사합니다. 이 작업은 캐나다 산업을 통한 캐나다 정부와 온타리오 주 경제 개발 및 혁신부를 철저히 지원하는 이론적 물리학 연구소에 머무는 동안 부분적으로 작성되었습니다.
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참조
1. Still, S., Sivak, D.A., Bell, A.J. 및 Crooks, G.E. 예측의 열역학. 물리적 검토 편지 109 , 120604 (2012).
2. England, J.L. 자체 복제의 통계 물리학. 화학 물리학 저널 139 , 121923 (2013).
