The Adjacent Possible and How It Explains Human Innovation | Stuart Kauffman | TED
برای من پیچیدگی امر مهمی است. هر چقدر بیشتر می‌فهمم بیشتر علاقه‌مند می‌شوم. داستان از آن جایی شروع کد من به عنوان توسعه‌دهنده احساس می‌کردم قدرت کارهایی بیش از توسعه کد را دارم ولی ساختارهای بسته چیده شده بر محیط پیچیده این را بر نمی‌تابید. در نهایت به چابکی رسیدم و یکی از مبناهای اون یعنی چارچوب کینوین و تئوری های دیگر در علم پیچیدگی
مطالبی که در ادامه می‌خوانید به کمک چندین بات هوش مصنوعی و با هدف آشنایی با تئوری ممکن همجوار و دنیای پیرامون خود از یکی از سخنرانی های اخیر استوارت کافمن اخذ شده است.
کافمن با نقل قول از هراکلیتوس، فیلسوف یونانی باستان، که گفته بود «جهان حباب‌وار بیرون می‌جهد» صحبت خود را آغاز می‌کند. کافمن استدلال می‌کند که زیست‌کره برای چهار میلیارد سال در حال «حبابیدن» بوده است، به این معنا که دائماً چیزهای جدیدی را از طریق فرآیند ممکن همجوار ایجاد کرده است. او تأکید می‌کند که فیزیک سنتی نمی‌تواند این فرآیند خلاقانه را توضیح دهد.(اینکه چرا فیزیک سنتی نمی‌تواند خلاقیت زیست کرده در خلق چیزهای جدید را توجیه کند داستان بسیار پیچیده‌تری است که کافمن در تالیفات خود به آن اشاره کرده است)
کافمن برای توضیح مفهوم حبابیدن، به نمونه‌هایی از تکامل در زیست‌کره اشاره می‌کند. او توضیح می‌دهد که حتی باکتری‌های ساده با وجود داشتن سطح صاف، می‌توانند برای باکتری‌های دیگر محیطی برای حرکت و دسترسی به غذا ایجاد کنند. این خود یک مثال از پدید آمدن امکانات جدید است. این مثال ساده نشان می‌دهد که چگونه حتی موجودات ساده مانند باکتری‌ها می‌توانند به طور تصادفی محیطی را برای یکدیگر ایجاد کنند که منجر به پدید آمدن امکانات جدید می‌شود. این امکانات جدید می‌تواند منجر به تکامل و تنوع بیشتر در زیست‌کره شود.
Cambrian and Ordovician Animals
انفجار کامبریَن: کافمن به انفجار کامبریَن اشاره می‌کند که حدود 540 میلیون سال پیش رخ داده است. در این دوره زمانی کوتاه، اکثر شاخه‌های اصلی جانوری که امروزه می‌شناسیم، پدید آمدند. این انفجار نمونه‌ای از خلاقیت و نوآوری عظیم در زیست‌کره است.
کافمن برای درک خلاقیت زیست‌کره، مفهوم «عملکرد» اجزای یک اندام را مطرح می‌کند. او به عنوان مثال، قلب را ذکر می‌کند و توضیح می‌دهد که عملکرد اصلی قلب، پمپاژ خون است و نه ایجاد صدا. او از این مثال برای نتیجه‌گیری در مورد ماهیت «جور کردن» (jury-rigging) در زیست‌کره استفاده می‌کند. به این معنا که موجودات زنده با استفاده از ویژگی‌های موجود، کارکردهای جدیدی را ایجاد می‌کنند.
کافمن از تجربه شخصی‌اش برای توضیح مفهوم ممکن همجوار استفاده می‌کند
چند سال پیش، دخترم کیفش را در یک چاه کم‌عمق انداخت. من یک چوب لباسی سیمی برداشتم، آن را روی دسته یک تی کشیدم و کیفش را بیرون کشیدم. هر چیزی را می‌توان برای بیش از یک کار استفاده کرد. این مثال نشان می‌دهد که چگونه اشیاء موجود می‌توانند با اشیاء دیگر به روش‌های جدید ترکیب شوند تا کارکردهای جدیدی پیدا کنند. چوب لباسی برای آویختن لباس طراحی شده است، اما در این مورد با دسته تی ترکیب شده تا به ابزاری برای بیرون کشیدن کیف تبدیل شود.
برای مثال، یک پیچ‌گوشتی را می‌توان برای پیچاندن پیچ استفاده کرد، اما برای خراشیدن بتونه از روی دیوار هم عالی است. روی یک بلوک فلزی می‌توان 8 سوراخ ایجاد کرد و از آن موتور ساخت. در واقع یک وزنه کاغذی فوق‌العاده است و تحقیقات علمی نشان می‌دهد که گوشه‌های آن تیز است و می‌تواند یک نارگیل را بشکند.
شاید بتوان از موتور 8 سیلندر برای نگه داشتن کاغذ روی میز استفاده کرد، این هم کارکردی است و شاید موجب پیدایش کارکرد دیگری شود
اما اگر از بلوک موتور به عنوان وزنه کاغذی استفاده می‌کنید، آیا می‌توانید نتیجه بگیرید که می‌توان از آن برای شکستن نارگیل هم استفاده کرد؟ نه، نمی‌توانید. اما این همچنین به معنای یک چیز اساسی است. یافتن کاربری‌های جدید برای اشیاء(جور کردن)، یک محاسبه نیست. این یک استنتاج نیست. جور کردن اصلاً یک محاسبه نیست. رایانه‌ها محاسبه می‌کنند. زیست‌کره دائماً با این روش که استنتاجی نیست، در حال نوآوری است. کافمن نتیجه‌گیری می‌کند که فرآیند نوآوری در زیست‌کره شبیه به جور کردن است، یعنی یافتن کاربری‌های جدید و غیرمنتظره برای اشیاء موجود. این فرآیند با آزمون و خطا پیش می‌رود، نه با محاسبات و استنتاجات منطقی.
تئوری ممکن همجوار (TAP) به عنوان ابزاری برای درک فرآیند نوآوری
کافمن از نمونه‌هایی مانند تکامل فلس‌های دایناسورها به پر و لنزهای چشم که از آنزیم‌ها به وجود آمده‌اند، استفاده می‌کند تا نشان دهد چگونه چیزهای موجود می‌توانند به طور غیرمنتظره‌ای به کارکردهای جدیدی تبدیل شوند. این موضوع نشان‌دهنده ماهیت غیرقابل پیش‌بینی نوآوری در زیست‌کره است. ما نمی‌توانیم بر اساس دانش یا ریاضیات موجود (نظریه مجموعه‌ها) پیش‌بینی کنیم که زیست‌کره در مرحله بعد چه چیزی را خلق خواهد کرد. زیست‌کره یک مکانیزم ساعت‌وار با نتایج قابل پیش‌بینی نیست.
تکامل فلس‌های دایناسورها به پر
کافمن استدلال می‌کند که این نوآوری غیرقابل پیش‌بینی در زیست‌کره، علم را فراتر از نظریه‌های تثبیت‌شده مانند فیزیک نیوتنی، مکانیک کوانتومی و حتی انقلاب کوپرنیکی می‌برد. با وجود محدودیت‌های پیش‌بینی، کافمن تئوری‌ای به نام TAP را ارائه می‌دهد که این تئوری بر روی آمار فرآیند نوآوری تمرکز دارد تا بر نتایج خاص.
فرمول تئوری ممکن همجوار
ممکن همجوارمول تئوری مجاورت ممکن
فرمول TAP هسته اصلی تئوری ممکن همجوار (TAP) است که توسط استوارت کافمن برای توصیف و تحلیل فرآیند نوآوری در زیست‌کره و سایر سیستم‌های پیچیده ارائه شده است. در این معادله:
Mt+1: تعداد چیزهای موجود در سیستم در دوره زمانی بعدی
Mt: تعداد چیزهای موجود در سیستم در دوره زمانی فعلی
Mi: تعداد چیزهای نوع i در سیستم
Ci: تعداد ترکیبات ممکن از i چیز
ai: احتمال اینکه ترکیبی از i چیز ایجاد شود
شاید شما هم مثل من در ابتدا متوجه این معادله نشده باشید، پس کمی بیشتر توضیح می‌دهم
Mt+1: این بخش از معادله نشان می‌دهد که تعداد چیزهای موجود در دوره زمانی بعدی، مجموع تعداد چیزهای موجود در دوره زمانی فعلی و تعداد چیزهای جدیدی است که در آن دوره ایجاد شده‌اند.
Mt: این بخش از معادله نشان‌دهنده تعداد پایه چیزهای موجود در سیستم است که می‌توان از آنها برای ایجاد چیزهای جدید استفاده کرد.
∑(Mi)(Ci) (ai): این بخش از معادله تعداد چیزهای جدیدی را که در دوره زمانی بعدی ایجاد می‌شوند، محاسبه می‌کند. برای هر نوع i چیز، تعداد ترکیبات ممکن (Ci) ضرب در احتمال ایجاد هر ترکیب (ai) می‌شود و سپس این مقادیر برای همه انواع چیزها جمع می‌شوند.
در نظر داشته باشید:
احتمال (ai): احتمال ایجاد یک ترکیب جدید از چیزهای موجود به عوامل مختلفی مانند سازگاری، کارایی و تازگی آن ترکیب بستگی دارد. و همچنین فرمول TAP به طور دقیق تعداد چیزهای جدیدی را که در دوره زمانی بعدی ایجاد می‌شوند، پیش‌بینی نمی‌کند، زیرا احتمال (ai) برای هر ترکیب می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. با این حال، این فرمول روند کلی افزایش تعداد چیزهای موجود در سیستم را در طول زمان نشان می‌دهد.
نتایج فرآیند ممکن همجوار (TAP) و انفجار نوآوری در طول زمان
فرآیند TAP با افزایش بسیار کند تعداد چیزهای موجود برای مدت طولانی مشخص می‌شود. سپس، ناگهان انفجاری عظیم مانند چوب هاکی رخ می‌دهد و تعداد چیزها در مدت زمان محدودی به بی‌نهایت می‌رسد.
فرآیند TAP با افزایش بسیار کند تعداد چیزهای موجود برای مدت طولانی مشخص می‌شود. سپس، ناگهان انفجاری عظیم مانند چوب هاکی(شکل نموداری تعداد چیزهای جدید تولید شده) رخ می‌دهد و تعداد چیزها در مدت زمان محدودی به بی‌نهایت می‌رسد. این شبیه انفجار کامبریَن است که در آن تنوع حیات در زمین به طور ناگهانی افزایش یافت.
کافمن این الگو را در تکامل انسان نیز نشان می‌دهد. او به عنوان مثال به ابزارهای سنگی اشاره می‌کند که با گذشت زمان پیچیده‌تر شده‌اند. ابزارهای انسان اولیه (Australopithecus) بسیار ساده بودند، در حالی که انسان‌های هوشمند (Homo erectus) چندین ابزار داشتند و انسان‌های نئاندرتال (Cro-Magnon) ابزارهای سنگی بسیار پیشرفته‌ای ساختند.
اختراع لوح‌های گلی، نیاز به قلم را ایجاد کرد
کافمن اشاره می‌کند که اختراع یک ابزار، اغلب به اختراع ابزار دیگری برای استفاده از آن منجر می‌شود. به عنوان مثال، اختراع لوح‌های گلی، نیاز به قلم را ایجاد کرد. ابزارها، جایگاه‌هایی را برای ابزارهای جدید و مشاغل جدید ایجاد می‌کنند. کافمن با اشاره به انفجار ابزار از دوران باستان تا به امروز، روند شتاب نوآوری را نشان می‌دهد. ما اکنون میلیاردها ابزار در اختیار داریم، از سوزن‌های بافندگی گرفته تا ایستگاه فضایی.
کافمن نتیجه می‌گیرد که همیشه چیزهای جدیدی در ممکن همجوار وجود دارد. به محض ساخت یک ابزار، ابزار پیچیده‌تر دیگری در ممکن همجوار قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، پس از ساخت کمان، ساخت تیر و کمان در ممکن همجوار قرار می‌گیرد. این بخش نشان می‌دهد که فرآیند ممکن همجوار منجر به انفجارهای ناگهانی نوآوری می‌شود و با گذشت زمان، سرعت نوآوری افزایش می‌یابد.
شواهدی از انفجار نوآوری در طول زمان و تئوری ممکن همجوار به عنوان توضیحی برای این پدیده
اندازه سکونت‌گاه‌های انسانی در 300،000 سال گذشتهفجار ناگهانی
کافمن با بررسی اندازه سکونت‌گاه‌های انسانی در 300،000 سال گذشته، نشان می‌دهد که الگوی انفجار ناگهانی نوآوری که در انفجار کامبریَن مشاهده شد، در تاریخ بشر نیز وجود دارد. برای مدت طولانی هیچ تغییری در اندازه سکونت‌گاه‌ها وجود نداشت، اما در حدود 10000 سال پیش شاهد انفجار ناگهانی در اندازه و پیچیدگی آنها هستیم.
انفجار GDP در دو قرن گذشته
کافمن الگوی مشابهی را در مقیاس بزرگ‌تر برای تولید ناخالص داخلی (GDP) نشان می‌دهد. او استدلال می‌کند که برای هزاران سال، GDP تقریباً راکد بود، اما در دو قرن گذشته شاهد انفجاری در این شاخص بوده‌ایم.
افزایش انفجاری اختراعات در طول عمر کافمن برابر با دوره‌های زمان طولانی‌تر در گذشته
کافمن با اشاره به تجربیات شخصی خود در طول عمر 83 ساله‌اش، بر شتاب نوآوری تأکید می‌کند. او به اختراعات متعددی اشاره می‌کند که در طول عمر او اتفاق افتاده است، مانند هلیکوپتر، تلویزیون، رایانه و پلاستیک. او این را با کمبود اختراعات مشابه در دوره‌های زمانی طولانی‌تر در گذشته مقایسه می‌کند. کافمن ادعا می‌کند که فرآیند TAP یک ویژگی جالب دارد. هر بار که چیزی جدید خلق می‌کنیم، زمان انتظار برای چیز جدید بعدی نصف می‌شود. این موضوع باعث شتاب قابل توجهی در نوآوری با گذشت زمان می‌شود.
کافمن نتیجه می‌گیرد که تئوری ممکن همجوار می‌تواند انفجار نوآوری مشاهده‌شده در دوران کامبریَن و همچنین شتاب نوآوری که در حال حاضر تجربه می‌کنیم را توضیح دهد. انفجار رو به بالای خط نشان‌دهنده‌ی تعداد چیزها، همان انفجار دوران کامبریَن و دوره‌ای است که اکنون در آن قرار داریم. در نتیجه شواهد متعددی از انفجارهای ناگهانی نوآوری در طول تاریخ زمین و تاریخ بشر وجود دارد و تئوری ممکن همجوار با مفهوم کاهش زمان انتظار برای نوآوری‌های بعدی، این شتاب را توضیح می‌دهد.
چالش‌های ناشی از فعالیت‌های انسانی و راه‌حلی بالقوه با استفاده از تئوری ممکن همجوار
تصویری نگران‌کننده از تأثیر فعالیت‌های انسانی بر سیاره زمین
اثرات مخرب فعالیت‌های انسانی: کافمن هشدار می‌دهد که فعالیت‌های انسانی مانند نابودی جنگل‌ها و انتشار گازهای گلخانه‌ای در حال آسیب رساندن جدی به سیاره است. او می‌گوید که امضای انسان‌زاد (Anthropocene) به‌سرعت در حال گسترش است(1).
امید در خاک نهفته است: کافمن راه‌حلی بالقوه را در بهبود سلامت خاک می‌بیند. او به اهمیت کمپوست باکیفیت مانند کمپوست جانسون-سو (Johnson-Su) اشاره می‌کند که می‌تواند منجر به استفاده کمتر از زمین، کاهش تخریب جنگل‌ها، کاهش رویدادهای انقراض و بیماری‌های همه‌گیر شود. کافمن پیشنهاد می‌کند که با حذف کودهای شیمیایی و استفاده از راه‌حل‌های زیستی مبتنی بر قارچ‌ها و باکتری‌های مفید خاک، می‌توان به بهبود خاک کمک کرد. این راه‌حل‌ها شامل پوشش دادن دانه‌ها با این جوامع میکروبی، استفاده از بیوچار (Biochar) و ترکیب آن با کودهای شیمیایی برای توزیع در سراسر زمین است. کافمن جوامع قارچی و باکتریایی موجود در خاک را مثال‌هایی از ممکن همجوار می‌داند. این جوامع می‌توانند راه‌حل‌های جدید و غیرمنتظره‌ای برای مشکلات خاک ایجاد کنند.
ما می‌توانیم با استفاده از راه‌حل‌های مبتنی بر طبیعت، مانند جوامع میکروبی خاک، مشکلات فعلی را حل کنیم.
کافمن با خوش‌بینی نتیجه می‌گیرد که ما می‌توانیم با استفاده از راه‌حل‌های مبتنی بر طبیعت، مانند جوامع میکروبی خاک، مشکلات فعلی را حل کنیم. او تأکید می‌کند که ما بخشی از طبیعت هستیم و نه حاکمان آن.
تصویر ارائه شده شامل نموداری است که تغییرات در چندین شاخص مرتبط با عصر آنتروپوسن (Anthropocene) را در طول زمان نشان می‌دهد. این شاخص‌ها شامل:
جمعیت: این نمودار نشان‌دهنده افزایش سریع جمعیت انسان در طول چند هزار سال گذشته است.
جنگل‌زدایی: این نمودار نشان‌دهنده کاهش تدریجی پوشش جنگلی زمین در طول چند قرن گذشته است.
تمرکز دی‌اکسید کربن: این نمودار نشان‌دهنده افزایش مداوم غلظت دی‌اکسید کربن در جو زمین در طول چند دهه گذشته است.
انقراض گونه‌ها: این نمودار نشان‌دهنده نرخ فزاینده انقراض گونه‌های جانوری و گیاهی در طول چند قرن گذشته است.
مصرف آب: این نمودار نشان‌دهنده افزایش مداوم مصرف آب توسط انسان در طول چند دهه گذشته است.
استخراج منابع: این نمودار نشان‌دهنده افزایش مداوم نرخ استخراج منابع طبیعی مانند فلزات، سوخت‌های فسیلی و چوب توسط انسان در طول چند قرن گذشته است.
فعالیت‌های ماهیگیری: این نمودار نشان‌دهنده افزایش مداوم در نرخ صید ماهی توسط انسان در طول چند دهه گذشته است.
کاهش لایه ازن: این نمودار نشان‌دهنده تخریب لایه ازن زمین توسط مواد شیمیایی ساخته شده توسط انسان در طول چند دهه گذشته است.
سرمایه‌گذاری در فناوری: این نمودار نشان‌دهنده افزایش مداوم سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه فناوری در طول چند دهه گذشته است.
انقراض گونه‌ها: این نمودار نشان‌دهنده نرخ فزاینده انقراض گونه‌های جانوری و گیاهی در طول چند قرن گذشته است.
این نمودارها به طور کلی تصویری نگران‌کننده از تأثیر فعالیت‌های انسانی بر سیاره زمین ارائه می‌دهند. افزایش سریع جمعیت، جنگل‌زدایی، انتشار گازهای گلخانه‌ای، انقراض گونه‌ها، مصرف آب، استخراج منابع، فعالیت‌های ماهیگیری، تخریب لایه ازن و سرمایه‌گذاری در فناوری همگی نشان‌دهنده فشار فزاینده انسان بر محیط‌زیست هستند. کافمن در ارائه خود از این نمودار برای تأکید بر این نکته استفاده می‌کند که عصر آنتروپوسن دوره‌ای از تغییرات بی‌سابقه و سریع در سیاره زمین است. این تغییرات در حال حاضر اثرات مخربی بر آب و هوا، اکوسیستم‌ها و تنوع زیستی دارند.
او هشدار می‌دهد که اگر اقدامات فوری برای کاهش تأثیر فعالیت‌های انسانی بر محیط‌زیست انجام نشود، پیامدهای این تغییرات می‌تواند فاجعه‌بار باشد.
