Ученые показали связь между интеллектом и энтропией

Ученые предложили аналогию неустойчивого вертикального положения маятника

и равновесия человека при ходьбе. (кликните картинку для увеличения)

Согласно второму закону термодинамики, энтропия системы со временем может только возрастать. Это значит, что сложная система всегда развивается в направлении повышения беспорядочности. В своей последней работе группа ученых из США рассмотрела математическое расширение этого принципа, касающееся не того, какие структуры могут возникнуть сейчас, а того, к чему система будет стремиться в ближайшем будущем. По мнению ученых, простые механические системы, следующие данному постулату, демонстрируют некое подобие «интеллекта», что создает предположение о связи между понятием, традиционно связанным с человеком, и фундаментальными физическими законами.

Энтропия измеряет число внутренних подсистем в системе, приводящих к тому же внешнему виду. Со временем энтропия возрастает, поскольку система эволюционируют к состояниям, которые имеют много внутренних подсистем (больший беспорядок).

По мнению группы ученых из Harvard University и Massachusetts Institute of Technology (MIT, США), предыдущие исследования уже представили много намеков на существование некоторой связи между понятиями «интеллекта» и «энтропии». В надежде найти связь между этими двумя понятиями научная группа, совместно с коллегами из University of Hawaii (США), предложила так называемую «энтропию возможного пути». Эта энтропия базируется не на внутренних подсистемах некой системы в данный момент времени, а на объединении этих подсистем, которые могут возникать в одном из будущих состояний. После этого ученые оценили силы, которые побуждают систему развиваться таким образом, чтобы получить такое изменение энтропии. Эти гипотетические силы аналогичны давлению, с которым резервуар с газом воздействует на поршень, отделяющий его от другого отсека, практически лишенного газа. В данном примере сила возникает, поскольку движение поршня увеличивает энтропию в заполненном отсеке в большей степени, чем уменьшает энтропию пустого.

В отличие от обычной энтропии, никакие из известных основных законов не предусматривают, что введенная учеными «энтропия будущего» управляет силой по мере развития системы. Но в рамках мысленного эксперимента ученые моделировали поведение простых механических систем, где действуют определенные силы, и последствия были весьма занятны. К примеру, частица, беспорядочно блуждающая в некой коробке, не исследуя объема, находит путь в центр, откуда легче всего перейти в любую другую область. В качестве еще одного примера можно отследить движение маятника, закрепленного на стержне, который может скользить вдоль горизонтальной оси в любом направлении. Рано или поздно маятник застывает в перевернутом состоянии нестабильного равновесия без изменения «энтропийной» силы. Из этого перевернутого положения маятнику легче всего достичь других возможных позиций.

Исследователи интерпретируют эти и другие варианты поведения систем, как признаки элементарного адаптивного интеллекта, ведь системы движутся к конфигурациям, которые допускают в будущем максимальное количество вариантов дальнейших изменений.

Ученые признают, что нет на самом деле ни одного достаточно широкого и согласованного определения того, что собой представляет интеллект на самом деле. Социологи предположили, что интеллект – это процветание определенных навыков в процессе эволюции (позволяющих людям использовать экологические возможности). Исследовательская группа предлагает провести аналогию между «универсальностью» неустойчивого положения маятника и теми корректировками, которые вносит человеческий мозг при ходьбе, чтобы сохранять баланс.

Ученые предложили и другие идеализированные эксперименты, имитирующие стандартные тесты интеллекта у животных. Во всех случаях они могли предложить механическую систему, которая демонстрирует адаптивное поведение без какой-либо дополнительной настройки.

Ранее ученые использовали некоторую версию «энтропии возможного пути» для создания алгоритмов, которые адаптируются к постоянно обновляемой информации. Новая формулировка, конечно, совершенно не означает, что это и есть ранняя форма развития интеллекта, однако указывает на общие черты термодинамических картин и интеллектуального поведения.