Меню

Вселенная как клетка мозга

«Не являемся ли мы просто клетками мозга более крупного создания планетарного масштаба?»

Вы уже встречались с подобными аналогиями: атомы напоминают солнечные системы, крупномасштабные структуры вселенной похожи на нейроны в человеческом мозге, а есть еще любопытные совпадения: количество звезд в галактике, галактик во вселенной, атомов в клетке и клеток в живом существе примерно одинаково (от 10^11 до 10^14).

Возникает следующий вопрос, как его сформулировал и Майк Хьюз (Mike Paul Hughes):

«Не являемся ли мы просто клетками мозга более крупного создания планетарного масштаба, которое еще не обладает самосознанием? Как мы можем это узнать? Как мы можем это протестировать?»

Поверите вы или нет, но идея, что общая сумма всего во вселенной является разумным созданием, существует уже очень давно и является частью концепции Вселенной Марвел (Marvel Universe) и конечного существа — Вечности.

Сложно дать прямой ответ на такого рода вопрос, потому что мы не уверены на 100% в том, что, на самом деле, означает сознание и самосознание. Но у нас есть уверенность относительно небольшого количества физических вещей, которые могут помочь нам найти наилучший из возможных ответов на этот вопрос, включая ответы и на следующие вопросы:

— Каков возраст Вселенной?

— Как долго различные объекты вынуждены направлять друг другу сигналы и получать сигналы друг от друга?

— Насколько большими являются самые крупные структуры, связанные гравитацией?

— И каким количеством сигналов связанные и несвязанные структуры различных размеров будут вынуждены обладать для того, чтобы обмениваться друг с другом информацией любого вида?

Если мы проведем такого рода подсчеты и затем сравним их с теми данными, которые возникают даже в самых простых структурах, похожих на мозг, то мы тогда, по крайней мере, сможем дать наиболее близкий из всех возможных ответов на вопрос о том, существуют ли где-либо во вселенной большие космические структуры, наделенные разумными способностями.

Вселенная с момента Большого взрыва существует примерно 13,8 миллиарда лет, и она с того времени расширяется весьма быстрыми (но снижающимися) темпами, а состоит она примерно на 68% из темной энергии, на 27% из темной материи, на 4,9% из нормальной материи, на 0,1% из нейтрино и примерно на 0,01% из фотонов (Приведенное процентное соотношение раньше было иным — в тот момент, когда материя и радиация были более значимыми).

Поскольку свет всегда передвигается со скоростью света — через расширяющуюся вселенную, — мы имеем возможность определить, какое количество различных коммуникаций было осуществлено между двумя объектами, захваченными этим процессом расширения. Если мы определим «коммуникацию» как количество времени, необходимого для передачи и приема информации в одном направлении, то это и есть тот путь, который мы можем проделать за 13,8 миллиарда лет:

— 1 коммуникация: до 46 миллиардов световых лет, вся наблюдаемая вселенная;

— 10 коммуникаций: до 2 миллиардов световых лет или около 0,001% вселенной; ближайшие 10 миллионов галактик.

— 100 коммуникаций: почти 300 миллионов световых лет или неполная дистанция до Скопления Кома (Coma Cluster), содержащего примерно 100 тысяч галактик.

— 1000 коммуникаций: 44 миллиона световых лет, почти го границ Сверхскопления Девы (Virgo cluster), содержащего, приблизительно, 400 галактик.

— 100 тысяч коммуникаций: 138 тысяч световых лет или почти вся протяженность Млечного пути, но не выходя за его пределы.

— 1 миллиард коммуникаций — 14 световых лет или только ближайшие 35 (или около того) звезд и коричневых карликов; это показатель изменяется по мере движения звезд внутри галактики.

Наша локальная группа имеет гравитационные связи — она состоит из нас, Андромеды, Галактики Треугольника (Triangulum galaxy) и еще, возможно, 50-ти других, намного меньших по размеру карликов, и в конечном итоге все вместе они сформируют единую связанную структуру размером в несколько сотен тысяч световых лет (Это будет в большей или меньшей мере зависеть от величины связанной структуры). Большинство групп и кластеров в будущем ожидает такая же судьба: все связанные галактики внутри них вместе сформируют единую, гигантскую структуру размером в несколько сотен тысяч световых лет, и эта структура будет существовать в течение, примерно, 110^15 лет. В тот момент, когда возраст вселенной будет в 100 тысяч раз превышать ее нынешний показатель, последние звезды израсходуют свое топливо и погрузятся в темноту, и только очень редкие вспышки и столкновения будут вновь вызывать синтез, и так будет продолжаться до тех пор, пока сами объекты не начнут гравитационно отделяться — во временных рамках от 10^17 до 10^22 лет.

Читайте также:  Самый огромный астероид во вселенной

Однако эти отдельные большие группы будут со все большей скоростью удаляться друг от друга, и поэтому у них не будет возможности встретиться или установить коммуникацию друг с другом в течение длительного периода времени. Если бы мы, к примеру, направили сигнал сегодня из нашего места со скоростью света, то мы смогли бы достичь лишь 3% галактик наблюдаемой в настоящее время вселенной, а остальное уже находится за пределами досягаемости для нас. Поэтому отдельные связанные группы или кластеры — это все, на что мы можем надеяться, а самые маленькие, как мы — а таких большинство — содержат около одного триллиона (10^12) звезд, тогда как самые крупные (как в будущем Скопление Кома) содержат около 10^15 звезд.

Но если мы хотим обнаружить самосознание, то лучшим вариантом будет сравнение с человеческим мозгом, который имеет около 100 миллиардов (10^11) нейронов и, по меньшей мере, 100 триллионов (10^14) нейронных связей, тогда как каждый нейрон вспыхивает примерно 200 раз в секунду. Если исходить из того, что человеческая жизнь, в среднем, продолжается где-то 2-3 миллиарда секунд, то получается очень много сигналов за весь период! Потребуется сеть из триллионов звезд в рамках объема в миллион световых лет на протяжении 10^15 лет только для того, чтобы получить нечто сопоставимое с тем количеством нейронов, нейронных связей и объемом передаваемых сигналов в человеческом мозге. Другими словами, эти совокупные числа — для человеческого мозга и для крупных, полностью сформированных конечных галактик — являются, по сути, сравнимыми друг с другом.

Однако существенное различие состоит в том, что нейроны внутри мозга имеют связанные и определенные структуры, тогда как звезды внутри связанных галактик или групп быстро перемещаются, двигаясь либо навстречу друг другу, либо удаляясь друг от друга, что происходит под влиянием всех остальных звезд и масс внутри галактики. Мы полагаем, что подобные метод случайного отбора источников и ориентаций не дает возможности сформироваться любым устойчивым сигнальным структурам, однако это может быть необходимым, а может и не быть. Основываясь на нашем знании о том, как возникает сознание (в частности, в мозге), я считаю, что просто недостаточное количество согласованной информации перемещается между различными образованиями для того, чтобы это стало возможным.

Вместе с тем, общее количество сигналов, которые могут участвовать в обменах на галактическом уровне в период существования звезд, является привлекательным и интересным, и оно свидетельствует о наличии потенциала относительно того количества информационных обменов, которым располагает другая вещь, о которой нам известно то, что она имеет самосознание. Тем не менее, важно отметить следующее: даже если этого было бы достаточно, то наша галактика была бы эквивалентна новорожденному ребенку, появившемуся на свет всего 6 часов назад — не слишком большой результат. Что касается более крупного сознания, то оно пока еще не появилось.

Более того, мы можем сказать, что концепция «вечности», включающая в себя все звезды и галактики во вселенной является, несомненно, слишком большой, если учитывать существование темной энергии и того, что нам известно относительно судьбы нашей вселенной. К сожалению, единственный способ это проверить основан либо на моделировании (у этого варианта есть свои собственные внутренние недостатки), или на сидении, ожидании и наблюдении за тем, что происходит. Пока более крупный по масштабу разум не направит нам очевидный «разумный» сигнал, у нас будет оставаться только выбор графа Монте-Кристо: ждать и надеяться.

Итан Зигель является основателем блога Starts With A Bang, обозревателем НАСА и профессором Колледжа Льюиса и Кларка (Lewis & Clark).

Автор: Итан Зигель (Ethan Siegel)
Оригинал публикации: Is The Universe Itself Alive?
Фото: Fotolia, Alan Z. Uster
Источник: inosmi.

Источник

Исследование: Человеческий мозг является «копией» Вселенной

Совместное исследование ученых Болонского и Веронского университетов (Италия) доказало, что человеческий мозг по своему строению и взаимодействию в нем нейронов поразительно похож на Вселенную.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Physics, а коротко о нем рассказывается на сайте Болонского университета. Оно было проведено совместными усилиями астрофизика Франко Вацца и нейрохирурга Альберто Фелетти. Специалисты сравнили две самые сложные системы в природе: космическую сеть из множества галактик и сеть нейронных клеток в человеческом мозге.

Количественный анализ был проведен, несмотря на огромную разницу в масштабе между двумя этими сетями, которая превышает 27 порядков. По сути, исследование было проведено на пересечении космологии и нейрохирургии. Оно предполагает, что различные физические процессы могут создавать структуры, характеризующиеся одинаковыми уровнями сложности и самоорганизации.

Читайте также:  Космонавтика имеет безграничное будущее ее перспективы беспредельны как сама вселенная

Исследователи отмечают, что человеческий мозг функционирует благодаря своей широкой нейронной сети. Считается, что она состоит примерно из 69 миллиардов нейронов. В то же время о Вселенной известно, что она представляет собой космическую сеть, которая состоит как минимум из 100 миллиардов галактик.

«В обеих системах только 30 процентов их массы составляют галактики и нейроны, — пишут ученые. — В обеих системах галактики и нейроны образуют длинные волокна или узлы между ними. Наконец, в обеих системах 70 процентов распределения массы или энергии состоит из компонентов, играющих явно пассивную роль: вода в мозге и темная энергия в наблюдаемой Вселенной».

Именно эти общие черты и легли в основу анализа. Ученых интересовало, до какой степени человеческий мозг и Вселенная могут быть похожи друг на друга? Для поиска ответа на этот вопрос они смоделировали сеть галактик и сеть нейронов коры головного мозга, а затем наложили их друг на друга. Цель заключалась в том, чтобы увидеть, как флуктуации (колебания) вещества распространяются в столь разных масштабах.

«Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем, — рассказал Франко Вацца. — Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик. Наш анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от одного микрометра до 0,1 миллиметра следует такой же прогрессии распределения материи в космической «паутине». Но в космосе, конечно, все происходит в гораздо более крупном масштабе — от пяти до 500 миллионов световых лет».

Также авторы работы рассчитали некоторые параметры, которые характеризуют как нейронную сеть мозга, так и космическую сеть. В частности, они изучили среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию их объединения в кластеры внутри каждой сети.

«И снова структурные параметры выявили неожиданные уровни согласования, — говорит Альберто Фелетти. — Вероятно, взаимосвязь внутри двух этих сетей выстраивается в соответствии с аналогичными физическими принципами, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны».

Источник

Учёные сравнили мозг человека и Вселенную

В ноябре 2020 года некоторые информационные агентства сообщили об интересном совместном исследовании астрофизиков… и нейрохирургов: так, РИА НОВОСТИ (НАУКА) сообщило об этом 17.11.2020 под заголовком « Ученые обнаружили удивительное сходство между строением мозга и Вселенной ». Цитирую по указанному сообщению (с некоторыми сокращениями):

Человеческий мозг и Вселенная — две сложнейшие природные системы. Астрофизик Франко Вацца (Franco Vazza) из Болонского университета и Альберто Фелетти (Alberto Feletti), нейрохирург из Университета Вероны предположили, что, несмотря на огромную разницу в масштабе — более 27 порядков, — физические процессы, которые привели к структурированию материи в этих системах, действовали по одним и тем же законам. В итоге сформировались структуры с одинаковыми уровнями сложности и самоорганизации.

Человеческий мозг функционирует благодаря наличию обширной нейронной сети, насчитывающей около 69 миллиардов нейронов. Наблюдаемая Вселенная, в свою очередь, состоит минимум из 100 миллиардов галактик. Нейроны и галактики, расположенные в виде длинных нитей и узлов, составляют только около 30 процентов массы систем, а 70 процентов приходятся на компоненты, играющие пассивную роль, — воду в мозге и темную энергию в наблюдаемой Вселенной.

Исходя из общих черт, исследователи составили сравнительную модель флуктуации вещества в обеих системах и изучили их структурные, морфологические и сетевые свойства ».

«Мы рассчитали спектральную плотность двух систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик, — приводятся в пресс-релизе Болонского университета слова Франко Вацца. — Наш анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от одного микрометра до 0,1 миллиметра следует той же прогрессии, что и распределение материи в космической паутине, но, конечно, в более крупном масштабе — от 5 до 500 миллионов световых лет».

Ученые также оценили параметры, характеризующие как нейронную сеть, так и космическую паутину, — среднее количество соединений в каждом узле и тенденцию кластеризации нескольких соединений в центральных узлах внутри сети — и снова выявили неожиданно высокие уровни согласования.

«Вероятно, взаимосвязи внутри этих сетей развиваются по схожим физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими распределение галактик и нейронов», — объясняет Альберто Фелетти.

«Удивительная степень сходства, которую демонстрирует наш анализ, предполагает, что самоорганизация обеих сложных систем, вероятно, формируется в соответствии с теми же принципам сетевой динамики», — пишут авторы статьи. >>

Сама статья итальянских учёных, о которой идёт речь, называется « The Quantitative Comparison Between the Neuronal Network and the Cosmic Web » («Количественное сравнение нейронной сети и космической паутины»). В аннотации авторы пишут (перевод с сокращениями):

Читайте также:  Какие газы больше всего распространены во вселенной

« Мы исследуем сходство между двумя наиболее выдающимися и сложными системами в природе: сетью нейрональных клеток в человеческом мозге и космической сетью галактик. Мы исследуем структурные, морфологические, сетевые свойства и объем памяти этих двух увлекательных систем с помощью количественного подхода. Дразнящая степень сходства, которую выявляет наш анализ, по-видимому, предполагает, что самоорганизация обеих сложных систем, вероятно, формируется сходными принципами сетевой динамики, несмотря на радикально различные масштабы и процессы в игре ».

В разделе «Обсуждение результатов» авторы пишут (перевод с сокращениями):

«Мы представили детальное сравнение нейронной сети и космической сети, двух самых захватывающих и сложных сетей в природе, с целью объективной оценки уровня сходства между этими двумя физическими системами.

Мы также применили однородные статистические подходы к реальным лабораторным образцам как головного мозга, так и мозжечковой коры (раздел 2.1), а также к срезам моделируемого распределения темной материи и обычного вещества в космической паутине (раздел 2.2) и количественно определили их морфологические и сетевые свойства с помощью спектрального анализа (раздел 3.3), а также сетевые параметры из теории графов (раздел 3.4). В пределах диапазона упрощающих допущений, которые мы использовали для определения обеих сетей (например, на основе близости узлов, идентифицированных из непрерывного распределения материи, отображаемого различными методами визуализации), наши результаты намекают на тот факт, что сходные конфигурации сетей могут возникать из взаимодействия совершенно разных физических процессов, приводя к сходным уровням сложности и самоорганизации, несмотря на драматическое неравенство в пространственных масштабах ( ∼ 10 в степени 27 ) этих двух систем.

Ключевым фронтиром (границей) этого направления сравнительных исследований является возможность измерения емкости памяти обеих сетей, что в настоящее время является сложной задачей из-за радикально различных подходов, доступных в настоящее время для измерения, чтобы контролировать поток информации в них».

И далее авторы приводят важные количественные сравнения объёмов памяти человеческого мозга и необходимого для описания Вселенной объёма информации:

« Интересный факт хорошо иллюстрирует, что возможные сходства также существуют в этом отношении. Общая емкость памяти человеческого мозга была недавно оценена с помощью секционной электронной микроскопии для восстановления трехмерного распределения дендритных шипов и их синапсов и обнаружения 26 различных синаптических сил, что составляет в среднем ∼ 4.7 биты информации на одну нейрональную клетку [ 41 ]. Экстраполируясь на общее среднее число узлов в нейронной сети, это дает ≈ 2 ⋅ 10 в степени 16 бит , т. е., ∼ 2.5 Петабайтов как емкость памяти человеческого мозга . Для космической паутины можно использовать радикально иную идею, основанную на теории информации, чтобы количественно определить, сколько информации кодируется трехмерной структурой космической паутины [ 42 , 43 ]. С помощью вычисления «статистической сложности», характеризующей динамическую эволюцию моделируемых вселенных, было доказано, что ∼ 3.5 ⋅ 10 в степени 16 бит (т. е., ≈ 4.3 Петабайтов памяти) необходимы для хранения информации о космической структуре во всей наблюдаемой Вселенной (т.е. в размере ≈ 13.8 Gpc \Гигапарсек\). (Впрочем,) т акое близкое значения (2.5 и 4.3 Петабайт) могут показаться простым совпадением, если учесть неоднозначность определения обеих сетей, в частности космической сети, — т.е. то, что эти числа известны лишь приблизительно.

Вместе с остальной частью анализа, представленного в этой работе, такие сходства призваны мотивировать разработку более мощных и различающих алгоритмов для точного определения аналогий и различий этих захватывающих воображение систем, почти на мыслимых крайностях пространственных масштабов во Вселенной » .

В заключение уместно будет напомнить здесь о связи звёздного неба над головой и нравственности внутри на:

«Категорический императив» Иммануила Канта

«Категорический императив» Иммануила Канта (1724-1804) есть самое блестящее, самое краткое и самое точное высказывание о высшем принципе нравственности и его связи с космосом. Напомню, в кратком виде изречение Канта об этом часто формулируют как » нет ничего прекраснее звёздного неба над нами и нравственного закона внутри нас «. ну а точная цитата такова:

«Две вещи наполняют душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением, чем чаще и продолжительнее мы размышляем о них, — это звездное небо надо мной и моральный закон во мне» Иммануил Кант

Источник

Adblock
detector