Иллюзия пользователя

Если мы положим в свой напиток лед, он может запомнить правильную температуру — 0 градусов по стоградусной шкале. Смесь льда и воды будет поддерживать температуру на уровне замерзания, пока не останется больше льда, так как жаркий день пытается создать равновесие, нагревая напиток до температуры окружающего воздуха.

Но пока в стакане останется кубик льда, напиток будет поддерживать постоянную температуру. Он не просто пассивно реагирует на температуру окружения — он поддерживает свою собственную температуру. Причина, по которой напиток может запоминать температуру, заключается в том, что он содержит смесь двух состояний воды — твердое — лед — и жидкое — вода. Переход между двумя фазами известен как таяние (или замерзание, если он происходит в другом направлении). Это переход между состояниями. Другой важный переход для воды — испарение/кипение или конденсация/роса.

Переход от одного состояния к другому — очень важное явление физического мира. Система, в которой содержатся два состояния, может поддерживать такое смешанное состояние даже в том случае, если она не находится в равновесии, в котором ее температура такая же, как и у ее окружения.

Разницу между жидким и твердым состоянием воды можно объяснить через молекулярную теорию материи. Лед состоит из молекул воды, которые сохраняют свое относительное положение, а вода состоит из молекул, которые могут свободно циркулировать друг относительно друга, как мраморные шарики в сумке. Газообразное состояние воды — пар — представляет собой молекулы, которые могут циркулировать друг вокруг друга с полной степенью свободы. Молекулярная ситуация полностью соответствует тому, как эти три состояния проявляют себя на нашем уровне: лед сохраняет форму независимо от того, в каком сосуде находится, вода принимает форму дна сосуда, в то время как пар заполняет весь сосуд.

Эти три состояния воды. Когда мы нагреваем воду, происходит всего лишь подъем температуры и ускорение молекул. Мы изменяем только один фактор, более теплый лед тает и превращается в воду, более теплая вода испаряется в воздухе.

Многие слова, которые мы используем в нашей повседневной речи, а тем более для описания физических явлений, включают в себя подобный переход состояний: замерзнуть, расплавиться, затвердеть, таять, испаряться, конденсироваться. Два этих фундаментальных движения постоянно появляются в нашей повседневной речи: предметы могут плавать, дрейфовать, дуть, испарятся, уходить, таять, кипеть, коагулировать, замерзать, конденсироваться, увеличивать прочность, охлаждаться, становится плотнее.

И в этом, конечно, нет ничего странного, так как три состояния воды — твердое, жидкое и газообразное — это одно из самых важных впечатлений, которые мы получаем в мире.

И недавно было доказано, что этот феномен является гораздо более универсальным, чем можно было бы подумать.

«Мы предполагаем, что твердое и жидкое состояние материи, с которыми мы так хорошо знакомы из нашей повседневной жизни, являются гораздо более фундаментальными аспектами природы, чем мы раньше думали. Это не просто два возможных состояния материи — они составляют два фундаментальных универсальных класса динамического поведения», — пишет Крис Лэнгтон из Лос-Аламоса в статье по вычислениям на краю хаоса, статье, которая включает в себя некоторые самые успешные теории последнего времени.

Идея настолько же нова, насколько проста. Лэнгтон не только проводит исследования искусственной жизни, но еще и изучает более общие теоретические проблемы: каким образом системы, обрабатывающие информацию, такие, как живые организмы, вообще могут спонтанно появляться в природе. Как физические системы могут приобретать способность обрабатывать информацию? Каким образом способность вычислять возникает как новая характеристика неживых систем? Другими словами, из этих вопросов можно сформировать главную версию вопроса: каково происхождение жизни?

Сформулированная в отношении того, как физические системы могут приобретать способность к вычислениям — то есть обработке информации — это весьма сложная проблема. И Лэнгтон перевел ее в вопрос: когда простые компьютерные версии физических систем сами разовьют способность вычислять? Эта проблема может быть специфически выражена на математическом примере, который известен как клеточный автомат.