Niekompletna Natura
 Okładka wydania z 2011 roku
| |
| Autor | Terrence W. Deacon |
|---|---|
| Kraj | Stany Zjednoczone |
| Język | język angielski |
| Temat | Nauka |
| Opublikowany | WW Norton & Company; 1 wydanie (21 listopada 2011) |
| Typ mediów | Wydrukować |
| Strony | 670 |
| ISBN | 978-0393049916 |
| OCLC | 601107605 |
| 612.8/2 | |
Incomplete Nature: How Mind Emerged from Matter to książka z 2011 roku autorstwa antropologa biologicznego Terrence'a Deacona . Książka obejmuje tematy z zakresu biosemiotyki , filozofii umysłu i pochodzenia życia . Ogólnie rzecz biorąc, książka stara się w naturalny sposób wyjaśnić „ o byciu ”, to znaczy pojęcia takie jak intencjonalność , znaczenie, normatywność , cel i funkcja ; które Deacon grupuje razem i określa jako zjawiska entencjonalne .
Podstawowe pomysły
Pierwsza książka Deacona, The Symbolic Species, skupiała się na ewolucji ludzkiego języka . W tej książce Deacon zauważa, że wiele tajemnic otaczających pochodzenie języka wynika z głębokiego zamieszania co do natury semiotycznych . W związku z tym punkt ciężkości Niekompletnej natury przenosi się z pochodzenia człowieka na pochodzenie życia i semiozę . Niekompletną naturę można postrzegać jako spory wkład w rosnącą liczbę prac, w których stwierdza się, że problem świadomość i problem pochodzenia życia są ze sobą nierozerwalnie związane. Deacon rozwiązuje te dwa powiązane ze sobą problemy, wracając do podstaw. Książka rozwija klasyczne koncepcje pracy i informacji w celu wyjaśnienia entencjonalności , która jest zgodna z materializmem eliminacyjnym , a jednak nie stara się wyjaśniać ani przedstawiać jako epifenomenalnych niefizycznych właściwości życia .
Ograniczenia
Główną tezą książki jest to, że nieobecność może być skuteczna. Deacon twierdzi, że podobnie jak koncepcja zera zrewolucjonizowała matematykę, myślenie o życiu, umyśle i innych zjawiskach entencjonalnych w kategoriach ograniczeń (tj. tego, czego nie ma) może pomóc nam przezwyciężyć sztuczną dychotomię problemu umysłu i ciała . . Dobrym przykładem tej koncepcji jest otwór, który definiuje piastę koła wagonu. Sama dziura nie jest rzeczą fizyczną, ale raczej źródłem ograniczenia, które pomaga ograniczyć możliwości konformacyjne elementów koła, tak że w skali globalnej pojawia się właściwość toczenia. Ograniczenia, które tworzą emergentne zjawiska mogą nie być procesem, który można zrozumieć, patrząc na skład składników wzorca. Zjawiska wschodzące są trudne do zbadania, ponieważ ich złożoność niekoniecznie rozkłada się na części. Kiedy wzór jest zepsuty, ograniczenia już nie działają; nie ma dziury, nie ma nieobecności do zauważenia. Wyobraź sobie piastę, otwór na oś, wytwarzany tylko wtedy, gdy koło się toczy, więc złamanie koła może nie pokazać, jak wyłania się piasta.
Ortograd i kontragrad
Deacon zauważa, że pozorne wzorce przyczynowości wykazywane przez systemy żywe wydają się być w pewnym sensie odwrotnością wzorców przyczynowych systemów nieożywionych. [ potrzebne źródło ] Próbując znaleźć rozwiązanie filozoficznych problemów związanych z wyjaśnieniami teleologicznymi , Deacon powraca do czterech przyczyn Arystotelesa i próbuje je zmodernizować za pomocą koncepcji termodynamicznych .
ortogradowe są spowodowane wewnętrznie. Są to spontaniczne zmiany. Oznacza to, że zmiany ortogradowe są generowane przez spontaniczną eliminację asymetrii w układzie termodynamicznym w stanie nierównowagi. Ponieważ zmiany ortogradowe są napędzane przez wewnętrzną geometrię zmieniającego się systemu, przyczyny ortogradowe można postrzegać jako analogiczne do formalnej przyczyny Arystotelesa . Bardziej luźno, ostateczną przyczynę Arystotelesa można również uznać za ortogradację, ponieważ działania zorientowane na cel są spowodowane od wewnątrz.
Kontrastowe zmiany są narzucane z zewnątrz. Są to zmiany niespontaniczne. Zmiana przeciwna jest indukowana, gdy jeden układ termodynamiczny oddziałuje ze zmianami ortogradowymi innego układu termodynamicznego. Interakcja wprowadza pierwszy system w stan o wyższej energii, bardziej asymetryczny. Kontrastowe zmiany działają . Ponieważ zmiany przeciwne są napędzane przez zewnętrzne interakcje z innym zmieniającym się systemem, przyczyny przeciwne można postrzegać jako analogiczne do skutecznej przyczyny Arystotelesa .
Homeodynamika, morfodynamika i teleodynamika
Znaczna część książki poświęcona jest rozwinięciu idei klasycznej termodynamiki , wraz z obszerną dyskusją na temat tego, jak konsekwentnie odległe od równowagi układy mogą oddziaływać i łączyć się, tworząc nowe, wyłaniające się właściwości.
Deacon definiuje trzy hierarchicznie zagnieżdżone poziomy systemów termodynamicznych: Systemy homeodynamiczne łączą się, tworząc systemy morfodynamiczne , które łączą się, tworząc systemy teleodynamiczne . Systemy teleodynamiczne można dalej łączyć w celu wytworzenia wyższych rzędów samoorganizacji .
Homeodynamika
Układy homeodynamiczne są zasadniczo równoważne klasycznym układom termodynamicznym , takim jak gaz pod ciśnieniem lub substancja rozpuszczona w roztworze, ale termin ten służy podkreśleniu, że homeodynamika jest procesem abstrakcyjnym, który można realizować w formach wykraczających poza zakres klasycznej termodynamiki . Na przykład rozproszoną aktywność mózgu zwykle związaną ze stanami emocjonalnymi można uznać za system homeodynamiczny, ponieważ istnieje ogólny stan równowagi, w kierunku którego rozkładają się jej składniki (aktywność neuronalna). Ogólnie rzecz biorąc, system homeodynamiczny to dowolny zbiór komponentów, który spontanicznie eliminuje ograniczenia poprzez przestawianie części, aż do osiągnięcia stanu maksymalnej entropii (nieuporządkowania).
Morfodynamika
System morfodynamiczny składa się ze sprzężenia dwóch systemów homeodynamicznych w taki sposób, że rozpraszanie ograniczeń każdego z nich uzupełnia drugie, tworząc makroskopowy porządek z mikroskopowych interakcji. Układy morfodynamiczne wymagają ciągłych perturbacji, aby zachować swoją strukturę, dlatego występują stosunkowo rzadko w przyrodzie. Paradygmatowym przykładem systemu morfodynamicznego jest komórka Rayleigha-Bénarda . Inne typowe przykłady to tworzenie płatków śniegu , wiry i stymulowana emisja światła laserowego .
Maksymalna produkcja entropii : Zorganizowana struktura systemu morfodynamicznego tworzy się w celu ułatwienia maksymalnej produkcji entropii. W przypadku ogniwa Rayleigha-Bénarda ciepło u podstawy cieczy powoduje nierównomierny rozkład cząsteczek o wysokiej energii, które będą miały tendencję do dyfuzji w kierunku powierzchni. Wraz ze wzrostem temperatury źródła ciepła w grę wchodzą efekty gęstości . Prosta dyfuzja nie może już rozpraszać energii tak szybko, jak jest dodawana, więc dno cieczy staje się gorące i bardziej wyporne niż chłodniejsza, gęstsza ciecz na górze. Dno cieczy zaczyna się podnosić, a górna opadać – wytwarzając konwekcyjne .
Dwa systemy: znaczna różnica ciepła w cieczy tworzy dwa systemy homeodynamiczne. Pierwszy to system dyfuzyjny, w którym cząsteczki o wysokiej energii na dole zderzają się z cząsteczkami o niższej energii na górze, aż do równomiernego rozłożenia energii kinetycznej ze źródła ciepła. Drugi to system konwekcyjny, w którym płyn o niskiej gęstości na dole miesza się z płynem o dużej gęstości na górze, aż gęstość zostanie równomiernie rozłożona. Drugi system powstaje, gdy jest zbyt dużo energii, aby mogła zostać skutecznie rozproszona przez pierwszy, a gdy oba systemy są na swoim miejscu, zaczną wchodzić w interakcje.
Samoorganizacja: konwekcja tworzy prądy w płynie, które zakłócają schemat dyfuzji ciepła od dołu do góry. Ciepło zaczyna dyfundować do gęstszych obszarów prądu, niezależnie od pionowego położenia tych gęstszych porcji płynu. Obszary płynu, w których dyfuzja zachodzi najszybciej, będą najbardziej lepkie, ponieważ cząsteczki ocierają się o siebie w przeciwnych kierunkach. Prądy konwekcyjne będą omijać te obszary na korzyść części płynu, w których mogą one łatwiej przepływać. I tak płyn spontanicznie segreguje się w komórki, w których płyn o wysokiej energii i małej gęstości płynie w górę ze środka komórki, a chłodniejszy, gęstszy płyn spływa wzdłuż krawędzi, z efektami dyfuzji dominującymi w obszarze między środkiem a krawędzią każdej komórki. komórka.
Synergia i ograniczenie: to, co jest godne uwagi w procesach morfodynamicznych, to to, że porządek pojawia się spontanicznie, ponieważ powstały uporządkowany system jest bardziej wydajny w zwiększaniu entropii niż system chaotyczny. W przypadku komórki Rayleigha-Bénarda , ani dyfuzja, ani konwekcja same w sobie nie wytworzą tak dużej entropii, jak oba efekty razem wzięte. Kiedy oba efekty wchodzą w interakcję, ograniczają się nawzajem do określonej formy geometrycznej, ponieważ ta forma ułatwia minimalną interferencję między dwoma procesami. Uporządkowana forma heksagonalna jest stabilna tak długo, jak utrzymuje się różnica energii, a jednak uporządkowana forma skuteczniej degraduje różnicę energii niż jakakolwiek inna forma. To dlatego procesy morfodynamiczne w przyrodzie są zwykle tak krótkotrwałe. Są samoorganizujące, ale także samopodważające.
Teleodynamika
System teleodynamiczny składa się ze sprzężenia dwóch systemów morfodynamicznych w taki sposób, że samopodważająca jakość każdego z nich jest ograniczana przez drugi. Każdy system uniemożliwia drugiemu rozproszenie całej dostępnej energii, dzięki czemu uzyskuje się długoterminową stabilność organizacyjną. Deacon twierdzi, że powinniśmy wskazać moment, w którym dwa systemy morfodynamiczne wzajemnie się ograniczają, jako punkt, w którym cechy entencjonalne , takie jak funkcja , celowość i normatywność .
autogeneza
Deacon bada właściwości systemów teleodynamicznych, opisując chemicznie prawdopodobny system modelowy zwany autogenem. Deacon podkreśla, że specyficzny autogen, który opisuje, nie jest proponowanym opisem pierwszej formy życia, ale raczej opisem rodzajów synergii termodynamicznych, które prawdopodobnie posiadała pierwsza żywa istota.
Kataliza wzajemna: autogen składa się z dwóch samokatalizujących się cyklicznych morfodynamicznych reakcji chemicznych, podobnych do chemotonu . W jednej reakcji cząsteczki organiczne reagują w zapętlonej serii, produkty jednej reakcji stają się reagentami w następnej. Ta zapętlona reakcja samowzmacnia się, wytwarzając coraz więcej reagentów, aż do zużycia całego substratu. Produktem ubocznym tej wzajemnie katalitycznej pętli jest lipid , który może być użyty jako reagent w drugiej reakcji. Ta druga reakcja tworzy granicę (mikrotubulę lub inną zamkniętą kapsydu ), która służy do powstrzymania pierwszej reakcji. Granica ogranicza dyfuzję ; utrzymuje wszystkie niezbędne katalizatory blisko siebie. Ponadto granica zapobiega całkowitemu zużyciu przez pierwszą reakcję całego dostępnego substratu w środowisku.
Pierwsze ja: W przeciwieństwie do izolowanego procesu morfodynamicznego, którego organizacja szybko eliminuje gradient energii niezbędny do utrzymania jego struktury, proces teleodynamiczny jest samoograniczający i samozachowawczy. Te dwie reakcje wzajemnie się uzupełniają i zapewniają, że żadna z nich nigdy nie osiągnie równowagi - czyli zakończenia, ustania i śmierci . Tak więc w systemie teleodynamicznym będą istniały struktury, które zawierają wstępny szkic funkcji biologicznej . Wewnętrzna sieć reakcji służy do tworzenia substratów dla reakcji granicznej i funkcji reakcji granicznej w celu ochrony i ograniczenia wewnętrznej sieci reakcji. Oba procesy w izolacji byłyby abiotyczne , ale razem tworzą system o statusie normatywnym zależnym od funkcjonowania jego części składowych.
Praca
Podobnie jak w przypadku innych koncepcji w książce, w swoim omówieniu pracy Deacon stara się uogólnić newtonowską koncepcję pracy w taki sposób, aby termin ten mógł być używany do opisu i rozróżniania zjawisk psychicznych - do opisania „tego, co sprawia, że śnienie na jawie jest łatwe, ale metabolicznie równoważne rozwiązywanie problemów” ”. Praca jest ogólnie opisywana jako „działanie niezbędne do przezwyciężenia oporu wobec zmian. Opór może być aktywny lub pasywny, a więc praca może być ukierunkowana na wprowadzanie zmian, które w przeciwnym razie by nie wystąpiły, lub zapobieganie zmianom, które miałyby miejsce w przypadku ich braku”. Posługując się terminologią opracowaną wcześniej w książce, pracę można uznać za „organizację różnic między procesami ortogradacyjnymi w taki sposób, że powstaje locus procesu przeciwstawnego. Lub, prościej, praca jest spontaniczną zmianą indukującą niespontaniczną zmianę w zdarzać się."
Praca termodynamiczna
Zdolność układów termodynamicznych do wykonywania pracy zależy w mniejszym stopniu od całkowitej energii układu, a bardziej od geometrycznego rozkładu jego składników. Szklanka wody o temperaturze 20 stopni Celsjusza będzie miała taką samą ilość energii jak szklanka podzielona na pół z górnym płynem o temperaturze 30 stopni, a dołem o temperaturze 10, ale dopiero w drugiej szklance górna połowa będzie miała zdolność do wykonania pracy na dnie. Dzieje się tak, ponieważ praca zachodzi zarówno w makroskopie , jak i mikroskopie poziomy. Mikroskopowo jedna cząsteczka wykonuje stałą pracę, gdy się zderzają. Ale potencjał tej pracy mikroskopowej, aby sumować się addytywnie do pracy makroskopowej, zależy od istnienia asymetrycznego rozkładu prędkości cząstek, tak że przeciętne zderzenie popycha w skupionym kierunku. Praca mikroskopowa jest konieczna, ale niewystarczająca do pracy makroskopowej. Wymagana jest również globalna właściwość rozkładu asymetrycznego.
Praca morfodynamiczna
Uznając, że asymetria jest ogólną właściwością pracy – że praca jest wykonywana, gdy układy asymetryczne spontanicznie dążą do symetrii, Deacon abstrahuje pojęcie pracy i stosuje je do układów, których symetrie są znacznie bardziej złożone niż symetrie objęte klasyczną termodynamiką . W systemie morfodynamicznym tendencja do symetrii nie tworzy globalnej równowagi , ale złożoną formę geometryczną, taką jak sześciokątna komórka Benarda lub częstotliwość rezonansowa fletu. Ta tendencja do zawile symetrycznych form może być wykorzystana do pracy na innych systemach morfodynamicznych, jeśli systemy są odpowiednio sprzężone.
Przykład rezonansu: Dobrym przykładem pracy morfodynamicznej jest rezonans indukowany , który można zaobserwować, śpiewając lub grając na flecie obok instrumentu smyczkowego, takiego jak harfa lub gitara. Wibrujące powietrze emitowane z fletu będzie oddziaływać z napiętymi strunami. Jeśli którakolwiek ze strun zostanie dostrojona do częstotliwości rezonansowej odpowiadającej odtwarzanej nucie, one również zaczną wibrować i emitować dźwięk.
Zmiana przeciwna: Kiedy energia jest dodawana do fletu przez wdmuchiwanie do niego powietrza, system ma spontaniczną (ortogradową) tendencję do rozpraszania dodanej energii poprzez wprawianie powietrza w flecie w wibracje z określoną częstotliwością. To ortogradowe generowanie form morfodynamicznych może być użyte do wywołania przeciwnych zmian w sprzężonym z nim systemie - nauczonej strunie. Gra na flecie działa na strunę, powodując, że wchodzi ona w stan wysokiej energii, którego nie można osiągnąć spontanicznie w stanie niezwiązanym.
Struktura i forma: Co ważne, nie jest to tylko propagacja przypadkowych mikrowibracji w skali makro z jednego układu do drugiego. Globalna struktura geometryczna systemu jest niezbędna. Całkowita energia przenoszona z fletu na strunę ma znacznie mniejsze znaczenie niż wzory, które przyjmuje podczas transportu. Oznacza to, że amplituda sprzężonej nuty nie ma znaczenia, liczy się jej częstotliwość . Nuty, które mają wyższą lub niższą częstotliwość niż częstotliwość rezonansowa struny, nie będą w stanie wykonywać pracy morfodynamicznej.
Praca teleodynamiczna
Praca jest ogólnie definiowana jako interakcja dwóch systemów zmiany ortogradowej, tak że powstaje zmiana przeciwna. W systemach teleodynamicznych spontaniczna tendencja ortogradacyjna nie polega na osiąganiu równowagi (jak w systemach homeodynamicznych) ani na samouproszczeniu (jak w systemach morfodynamicznych), ale raczej na dążeniu do samozachowania. Żywe organizmy spontanicznie mają tendencję do leczenia , rozmnażania się i wykorzystywania zasobów w tym celu. Praca teleodynamiczna oddziałuje na te tendencje i popycha je w przeciwnym, niespontanicznym kierunku.
Ewolucja jako praca: Dobór naturalny , a dokładniej adaptacja , można uznać za wszechobecną formę pracy teleodynamicznej. Othogradowe tendencje do samozachowania i reprodukcji poszczególnych organizmów mają tendencję do podważania tych samych tendencji u współplemieńców. Ta konkurencja tworzy ograniczenia, które mają tendencję do formowania organizmów w formy bardziej przystosowane do ich środowiska – formy, które w przeciwnym razie nie przetrwałyby spontanicznie.
Na przykład w populacji nowozelandzkich krętaków , które zarabiają na życie, szukając pędraków pod skałami, te, które mają wygięty dziób, zyskują dostęp do większej ilości kalorii. Te z wygiętymi dziobami są w stanie lepiej zadbać o swoje młode, a jednocześnie usuwają nieproporcjonalną ilość pędraków ze swojego środowiska, utrudniając tym z prostymi dziobami utrzymanie własnych młodych. Przez całe życie, wszystkie wykrzykniki w populacji pracują nad strukturą formy następnego pokolenia. Zwiększona sprawność wygiętego dzioba powoduje, że morfologia ta dominuje w kolejnych pokoleniach. W ten sposób powstaje w populacji asymetria rozkładu kształtu dziobów - asymetria wywołana pracą teleodynamiczną.
Myśl jako praca: Rozwiązywanie problemów psychicznych można również uznać za pracę teleodynamiczną. Formy myślowe są generowane spontanicznie, a zadaniem rozwiązywania problemów jest formowanie tych form tak, aby pasowały do kontekstu danego problemu. Deacon wyraźnie wskazuje na związek między ewolucją jako pracą teleodynamiczną a myślą jako pracą teleodynamiczną. „Doświadczenie bycia świadomym jest tym, jak to jest być ewolucją ”.
Wyłaniające się moce przyczynowe
Pojmując pracę w ten sposób, Deacon twierdzi, że „możemy zacząć dostrzegać podstawę pewnej formy przyczynowej otwartości we wszechświecie”. Podczas gdy wzrost złożoności w żaden sposób nie zmienia praw fizyki, poprzez zestawienie ze sobą systemów można udostępnić ścieżki spontanicznych zmian, które były niewyobrażalnie nieprawdopodobne przed połączeniem systemów. Siła przyczynowa każdego złożonego żywego systemu leży nie tylko w podstawowej mechanice kwantowej ale także w globalnym rozmieszczeniu jego składników. Staranne rozmieszczenie części może ograniczyć możliwości do tego stopnia, że zjawiska, które wcześniej były niewiarygodnie rzadkie, mogą stać się nieprawdopodobnie powszechne.
Informacja
Jednym z głównych celów Incomplete Nature jest sformułowanie teorii informacji biologicznej . Pierwsza formalna teoria informacji została sformułowana przez Claude'a Shannona w 1948 roku w jego pracy A Mathematical Theory of Communication . Powszechnie uważa się, że praca Shannona zapoczątkowała erę informacji , ale, co nieco paradoksalne, całkowicie milczała w kwestiach znaczenia i odniesienia , tj. o czym jest informacja . Jako inżynier Shannon był zaniepokojony wyzwaniem polegającym na niezawodnym przesyłaniu wiadomości z jednego miejsca do drugiego. Znaczenie i treść wiadomości była w dużej mierze nieistotna. Tak więc, chociaż teoria informacji Shannona była niezbędna do rozwoju urządzeń takich jak komputery , pozostawiła otwarte wiele filozoficznych pytań dotyczących natury informacji. Niekompletna Natura stara się odpowiedzieć na niektóre z tych pytań.
Informacje o Shannonie
Kluczowym spostrzeżeniem Shannona było rozpoznanie związku między entropią a informacją . Entropia jest często definiowana jako miara nieuporządkowania lub losowości, ale może to być mylące. Dla celów Shannona entropia systemu to liczba możliwych stanów, w których system może się znajdować. Każdy z tych potencjalnych stanów może stanowić wiadomość. Na przykład strona zapisana na maszynie może zawierać tyle różnych komunikatów, ile różnych kombinacji znaków można ułożyć na stronie. Treść informacyjną wiadomości można zrozumieć tylko w kontekście tła wszystkich wiadomości, które mogły zostać wysłane, ale nie zostały wysłane. Informacja jest wytwarzana przez redukcję entropii w nośniku wiadomości.
Entropia Boltzmanna
Opartą na informacjach koncepcję entropii Shannona należy odróżnić od bardziej klasycznej termodynamicznej koncepcji entropii opracowanej przez Ludwiga Boltzmanna i inni pod koniec XIX wieku. Podczas gdy entropia Shannona jest statyczna i ma związek ze zbiorem wszystkich możliwych komunikatów/stanów, które może przyjąć system przenoszący sygnały, entropia Boltzmanna ma związek z tendencją wszystkich układów dynamicznych do dążenia do równowagi. Oznacza to, że istnieje o wiele więcej sposobów dobrego wymieszania zbioru cząstek niż segregacji na podstawie prędkości, masy lub jakiejkolwiek innej właściwości. Entropia Boltzmanna ma kluczowe znaczenie dla teorii pracy rozwiniętej wcześniej w książce, ponieważ entropia dyktuje kierunek, w którym system będzie spontanicznie zmierzał.
Istotne informacje
Dodatkiem Deacona do teorii informacji Shannona jest zaproponowanie metody opisującej nie tylko sposób przesyłania wiadomości, ale także sposób jej interpretacji. Deacon splata ze sobą entropię Shannona i entropię Boltzmanna, aby rozwinąć teorię interpretacji opartą na pracy teleodynamicznej. Interpretacja jest z natury normatywna. Dane stają się informacją wtedy, gdy mają znaczenie dla ich interpretatora. Tak więc systemy interpretacyjne są teleodynamiczne – proces interpretacyjny jest zaprojektowany tak, aby sam się utrwalał. „Interpretacja czegoś jako informacji pośrednio wzmacnia zdolność do ponownego zrobienia tego”.
- Niekompletna natura: jak umysł wyłonił się z materii. Nowy Jork: WW Norton & Company. 2011. ISBN 978-0-393-04991-6
- Deacon, T. (2006) Wzajemne powiązanie między samoorganizującymi się procesami jest wystarczające do samoreprodukcji i ewoluowalności. Teoria biologiczna 1 (2) 2006, 136–149.