Вселенная содержит "множество эволюционирующих систем, и, похоже, у нас нет закона природы, который бы адекватно описывал причины существования этих систем".
Учёные обнаружили "недостающий закон" природы, который может объяснить эволюцию развивающихся систем во Вселенной, включая звёзды, химические вещества и жизнь, сообщается в новом исследовании.
Так называемый "закон возрастания функциональной информации" предсказывает, что все эволюционирующие явления подвержены естественным процессам, которые отдают приоритет таким важным функциям, как стабильность и новизна, что позволяет развивать системы с возрастающим порядком и сложностью. Этот уникальный подход может помочь объяснить, почему множество космических процессов эволюционирует с течением времени: от звёзд, которые более химически обогащены, чем их предшественники, до форм жизни на Земле, которые более биологически сложны, чем их предки.
Наша Вселенная до сих пор остаётся для нас загадкой, но учёным удалось установить несколько ключевых наблюдений за её свойствами. Например, законы движения Исаака Ньютона описывают взаимодействие между объектами и физическими силами, а законы термодинамики раскрывают поведение температуры, энергии, энтропии и других физических величин во времени. Кроме того, основой современных наук о жизни является теория эволюции, созданная Чарльзом Дарвином, который ввёл такие понятия, как естественный отбор.
Теперь учёные под руководством Майкла Вонга, астробиолога и планетолога из Научного института Карнеги, выдвинули новый закон природы, который пытается объяснить эволюционирующие системы с помощью измерения сложности, называемого функциональной информацией. Исследователи разработали "потенциальный "недостающий закон" путём поиска эквивалентности между развивающимися системами" и "предположили, что все развивающиеся системы - включая жизнь, но не ограничиваясь ею - состоят из разнообразных компонентов, которые могут объединяться в конфигурационные состояния, а затем отбираться для или против них на основе функции", - говорится в исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Мы видим во Вселенной столько богатства и сложности, столько развивающихся систем, и всё же, похоже, у нас нет закона природы, который бы адекватно описывал причины существования этих систем", - сказал Вонг в интервью Motherboard.
"Эта работа, и причина, по которой я так горжусь ею, заключается в том, что она действительно представляет собой связь между наукой и философией науки, которая, возможно, предлагает новый взгляд на то, почему мы видим всё то, что мы видим во Вселенной", - добавил он.
Новое исследование появилось в результате неформальных бесед между Вонгом и старшим автором Робертом Хейзеном, минералогом и астробиологом из Карнеги, ведущим специалистом по эволюции минералов. В течение многих лет эта пара часто рассуждала о возможности существования "недостающего закона" природы, который мог бы объяснить появление новых ослепительных конфигураций во многих природных системах, таких как живые организмы или рекомбинации минералов.
Вонг и Хейзен собрали экспертов с различным опытом работы в науке и философии для решения этого вопроса путём поиска универсальных характеристик природных систем, которые эволюционируют с течением времени. Группа выделила три ключевые характеристики таких систем: статическое постоянство, динамическое постоянство и генерация новизны.
Статическая устойчивость предполагает, что эволюционирующие системы по определению должны быть достаточно стабильными, чтобы претерпевать эволюционные изменения в течение длительного времени. Динамическая устойчивость - это способность производить множество различных перестановок, будь то генетические мутации, которые определяют биологическую эволюцию, или разнообразные свойства, проявляющиеся в различных минералах. Генерация новизны - это давление отбора, которое благоприятствует системам, способным изобретать совершенно новые функции.
В совокупности эти характеристики рисуют портрет эволюционирующих систем, в которых со временем, в рамках "асимметричного по времени" процесса, увеличивается функциональная информация - мера возрастающей упорядоченности и сложности.
"В настоящее время единственным асимметричным по времени законом природы является второй закон термодинамики, который просто описывает, как замкнутые системы движутся к равновесию по направлению ко всё более высокой энтропии", - пояснил Вонг. "Я думаю, что один этот закон не может в достаточной мере объяснить то богатство и сложность, которые мы наблюдаем во Вселенной и в нашей повседневной жизни".
"То, что мы предлагаем, не противоречит этому закону термодинамики", - добавил он. "Предлагаемый нами закон работает в согласии со всеми другими законами природы, которые мы сформулировали к настоящему времени, и добавляет к ним нечто новое".
Помимо изложения основных положений нового закона, Вонг и его коллеги предполагают, что эмпирическое подтверждение их работы может быть найдено в странном рельефе луны Сатурна Титана, в возникновении современных человеческих обществ или, возможно, в технологиях искусственного интеллекта (ИИ).
"Сейчас, когда мы вступаем в новый смелый мир искусственного интеллекта, закон функциональной информации, или того, как информация влияет на физические системы, может оказаться действительно важным для понимания того, как эти системы искусственного интеллекта будут развиваться, взаимодействовать с нами и как они будут влиять на общество", - сказал Вонг.
"Это очень спекулятивно, потому что кто знает, что произойдёт в ближайшие несколько лет с точки зрения ИИ?" - продолжил он. "Но я думаю, что информация, безусловно, лежит в основе всего этого, и попытка понять законную природу информации может помочь нам разобраться в том, что происходит в нашем обществе по мере того, как мы принимаем, работаем и переживаем эту революцию ИИ".
Команда надеется, что новое исследование вызовет дискуссию в различных областях о возможности существования новых всеобъемлющих законов, управляющих развивающимися системами. Хотя исследователи в основном рассматривали звёздные, минеральные и биологические системы, они предположили, что подобные формы эволюции могут существовать в самых разных неожиданных контекстах нашей Вселенной.
"Для нас эволюция не ограничивается биологической эволюцией, которая, конечно же, является ярким примером, мы можем наблюдать эволюцию в самых разных физических и химических системах", - сказал Вонг.
Следующим шагом будет работа со "специалистами в области компьютерных наук, экологии, биологии развития или даже медицины и фармацевтики, чтобы попытаться понять, как этот закон может быть применим к другим системам, как естественным, так и искусственным", - заключил он.
