ذكاء دايسون الأبدي

الذكاء الأبدي لدايسون هو إطار نظري اقترحه فريمان دايسون في بحثه المنشور عام 1979 بعنوان "زمن بلا نهاية: الفيزياء وعلم الأحياء في كون مفتوح"، والذي بموجبه يمكن لشكل ذكي من أشكال الحياة إجراء عدد لا نهائي من العمليات الحسابية، وبالتالي تجربة زمن ذاتي لا نهائي باستخدام كمية محدودة من الطاقة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} يعتمد هذا المفهوم على قدرة الكائن الحي على تكييف عملية الأيض وسرعة التفكير لديه مع انخفاض درجة حرارة كون مفتوح ومتوسع باستمرار. وتستند الدقة الرياضية لهذه النظرية إلى مبادئ الديناميكا الحرارية، ونظرية المعلومات، والحدود الفيزيائية القصوى للحوسبة.

جوهر فكرة دايسون هو استراتيجية الحفاظ على الطاقة. فالحضارة الذكية ستبدأ بتخزين كمية محدودة من الطاقة،${\displaystyle E_{total}}$ثم يعيشون حياتهم في دورات من النشاط والسبات. ^{[ 1 ]} في كل دورة، ينفقون جزءًا ثابتًا،${\displaystyle f}$من طاقتهم المتبقية .

على سبيل المثال، إذا${\displaystyle f=1/2}$:

• في الدورة الأولى، يستخدمون${\displaystyle E_{1}={\frac {1}{2}}E_{الإجمالي}}$.
• في الدورة الثانية، يستخدمون نصف الكمية المتبقية:${\displaystyle E_{2}={\frac {1}{2}}\left(E_{total}-{\frac {1}{2}}E_{total}\right)={\frac {1}{4}}E_{total}}$.
• وفي الدورة الثالثة، يستخدمون${\displaystyle E_{3}={\frac {1}{2}}\left(E_{total}-{\frac {1}{2}}E_{total}-{\frac {1}{4}}E_{total}\right)={\frac {1}{8}}E_{total}}$.

إجمالي الطاقة المستهلكة${\displaystyle N}$الدورات هي مجموع متسلسلة هندسية:

${\displaystyle E_{consumed}=\sum _{n=1}^{N}{\frac {1}{2^{n}}}E_{total}=E_{total}\left(1-{\frac {1}{2^{N}}}\right)}$

مثل${\displaystyle N\to \infty }$يقترب إجمالي الطاقة المستهلكة${\displaystyle E_{total}}$يُبيّن هذا أن عددًا لا نهائيًا من دورات النشاط يمكن تشغيله بواسطة مخزون طاقة أولي محدود. خلال كل فترة نشاط، تُفكّر الكائنات عددًا محدودًا من الأفكار، ولكن نظرًا لوجود عدد لا نهائي من هذه الفترات، فإن زمنها الذاتي الكلي (مجموع كل أفكارها) لا نهائي. ^{[ 1 ]} تُعدّ فترات السبات الطويلة بين مراحل النشاط بالغة الأهمية، إذ تسمح للكائنات بتبديد الحرارة الزائدة وانتظار انخفاض درجة حرارة الكون المحيطة.

تعتمد الإمكانية الفيزيائية لهذا السيناريو على العلاقة بين الطاقة ومعالجة المعلومات عند درجات حرارة منخفضة للغاية. يفترض نموذج دايسون أن التفكير شكل من أشكال الحوسبة. ووفقًا لمبدأ لانداور، توجد تكلفة طاقة ديناميكية حرارية دنيا مرتبطة بمحو بت واحد من المعلومات، وهي خطوة أساسية في الحوسبة غير القابلة للعكس. تُعطى هذه الطاقة الدنيا بالمعادلة التالية:

${\displaystyle E_{bit}=k_{B}T\ln(2)}$

أين:

• ${\displaystyle k_{B}}$ثابت بولتزمان (${\displaystyle \approx 1.38\times 10^{-23}}$(مزحة/كلام)
• ${\displaystyle T}$هي درجة الحرارة المطلقة للنظام الذي تتم عنده عملية الحساب.

تكمن الفكرة الأساسية في أنه مع تمدد الكون وبرودته، ترتفع درجة الحرارة المحيطة.${\displaystyle T}$يقترب من الصفر. وبالتالي، فإن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لمعالجة بت واحد من المعلومات يقترب أيضًا من الصفر. إذا افترضنا أن "فكرة" واحدة تتطلب معالجة عدد ثابت من البتات،${\displaystyle Q}$ثم تكلفة الطاقة لكل فكرة،${\displaystyle \Delta E_{thought}}$، يكون:

${\displaystyle \Delta E_{thought}=Q\cdot k_{B}T\ln(2)}$

مثل${\displaystyle T\to 0}$،${\displaystyle \Delta E_{thought}\to 0}$وهذا يسمح للكائنات الذكية بالتفكير في عدد لا نهائي من الأفكار ضمن ميزانيتها المحدودة من الطاقة، شريطة أن تقوم بهذه الأفكار في درجات حرارة منخفضة تدريجياً. ^{[ 1 ]}

من نتائج إجراء العمليات الحسابية في درجات حرارة منخفضة باستمرار وباستخدام طاقة متناقصة باستمرار، أن سرعة هذه العمليات الحسابية يجب أن تنخفض بشكل كبير. قد تبقى التجربة الذاتية للكائنات ثابتة، لكن الزمن الكوني الموضوعي المنقضي لكل فكرة سيزداد. افترض دايسون أن الكائنات الحية يمكنها التكيف عن طريق إبطاء عملياتها الأيضية، بحيث يتناسب معدل تجربتها الذاتية مع درجة الحرارة المحيطة. ^{[ 1 ]}

يترك${\displaystyle \tau _{s}}$أن يكون الوقت ذاتيًا و${\displaystyle \tau _{o}}$ليكن الزمن الموضوعي (الكوني). اقترح دايسون قانونًا قياسيًا حيث معدل تبديد الطاقة،${\displaystyle {\frac {dE}{d\tau _{o}}}}$، المطلوب للحفاظ على معدل معين من الخبرة الذاتية،${\displaystyle {\frac {d\tau _{s}}{d\tau _{o}}}}$، يتناسب مع قوة معينة لدرجة الحرارة:

${\displaystyle {\frac {dE}{d\tau _{o}}}\propto T^{n}}$(لمعدل ثابت من التجربة الذاتية).

لكي يصبح التفكير ممكنًا بطاقة متناقصة باستمرار، يجب على الكائنات تمديد خطواتها الحسابية على مدى فترات زمنية موضوعية أطول. الوقت اللازم لفكرة واحدة،${\displaystyle \Delta \tau _{thought}}$وبالتالي، سيزداد طولها إلى ما لا نهاية مع انخفاض درجة الحرارة:

${\displaystyle \Delta \tau _{think}\propto {\frac {1}{T^{\alpha }}}}$لبعض الأسس الموجبة${\displaystyle \alpha }$.

يجب أن تصبح فترات السبات أطول تدريجياً للسماح للكون بالتبريد إلى درجة الحرارة المطلوبة لعملية التفكير التالية، والتي تتطلب طاقة أقل.

يُشكّل حدّ بريمرمان القيد الأقصى على سرعة الحوسبة، واضعًا سقفًا تعمل الكائنات الذكية التي افترضها دايسون دونه بكثير. يُحدّد هذا الحدّ أقصى معدل للحوسبة يُمكن تحقيقه بواسطة أي نظام مُكتفٍ ذاتيًا ذي كتلة مُحدّدة، استنادًا إلى تكافؤ الكتلة والطاقة ومبدأ هايزنبرغ للشك. ^{[ 3 ]} ويُعطى هذا الحدّ بالصيغة التالية:

${\displaystyle R_{max}={\frac {c^{2}}{h}}\approx 1.356\times 10^{50}{\text{ بت في الثانية لكل كيلوغرام}}}$

أين:

• ${\displaystyle c}$هي سرعة الضوء ،
• ${\displaystyle h}$هو ثابت بلانك .

ويمكن استنتاج ذلك من مبدأ عدم اليقين للطاقة والوقت،${\displaystyle \Delta E\Delta t\geq {\frac {\hbar }{2}}}$ومعادلة أينشتاين لتكافؤ الكتلة والطاقة،${\displaystyle E=mc^{2}}$نظام الكتلة${\displaystyle m}$تبلغ طاقتها القصوى${\displaystyle mc^{2}}$، وهو ما يحدد الحد الأقصى لعدم اليقين في الطاقة${\displaystyle \Delta E}$الحد الأدنى للوقت${\displaystyle \Delta t}$وبالتالي فإن الانتقال إلى حالة جديدة مميزة (تعادل عملية حسابية واحدة) يتناسب مع${\displaystyle h/\Delta E}$[ ^{4 ] [ 5 ]​}

في سياق ذكاء دايسون الأبدي، يُمثل حد بريمرمان أقصى سرعة ممكنة لمعالجة فكرة ما بواسطة دماغ أو حاسوب ذي كتلة معينة. مع ذلك، تتطلب استراتيجية البقاء الأبدي عكس ذلك تمامًا: إبطاء الحساب عمدًا إلى سرعات متناهية الصغر للحفاظ على الطاقة، وبالتالي البقاء دائمًا بعيدًا عن هذا الحد الفيزيائي النهائي.

أشار دايسون إلى أنه "في كون متسارع، كل شيء مختلف". ^{[ 6 ]} أحد الافتراضات الرئيسية في اقتراح دايسون الأصلي هو أن الكون سيستمر في التبريد إلى أجل غير مسمى، مما يسمح لدرجة الحرارة المحيطة بالانخفاض.${\displaystyle T}$ليقترب من الصفر. ومع ذلك، فإن هذا الافتراض يُشكك فيه التوسع المتسارع الملحوظ للكون، والذي يُعزى إلى ثابت كوني موجب .${\displaystyle \Lambda }$في كونٍ شبيهٍ بكون دي سيتر ، يوجد حدٌ أدنى أساسي لدرجة الحرارة التي يمكن لأي مراقب أن يختبرها. تُعرف هذه الدرجة الدنيا بدرجة حرارة جيبونز-هاوكينغ ، وهي ناتجة عن الإشعاع الحراري الصادر عن أفق الحدث الكوني. ^{[ 7 ]} حالة الفراغ في هذا الزمكان هي فراغ بانش-ديفيز ، وبالنسبة لمراقبٍ متسارع، يظهر هذا الفراغ كحمامٍ حراري ذي درجة حرارة تتناسب مع التسارع. ^{[ 8 ]} ومع استمرار الكون في تمدده المتسارع، ستقترب درجة الحرارة بشكلٍ تقاربي من قيمةٍ غير صفرية.

${\displaystyle T_{min}={\frac {\hbar c}{2\pi k_{B}R_{h}}}={\frac {\hbar }{2\pi k_{B}}}{\sqrt {\frac {\Lambda c^{2}}{3}}}}$

أين${\displaystyle R_{h}}$يمثل نصف قطر أفق الحدث الكوني. ولأن درجة الحرارة لا تنخفض أبدًا عن هذا الحد الأدنى، فإن مبدأ لانداور يستلزم حدًا أدنى دائمًا وغير صفري لتكلفة الطاقة اللازمة لمحو بت واحد من المعلومات. وهذا يحدد حدًا أدنى محدودًا للطاقة المطلوبة لأي عملية تفكير حسابية.${\displaystyle \Delta E_{thought}>Q\cdot k_{B}T_{min}\ln(2)}$وبالتالي، مع وجود مخزون أولي محدود من الطاقة، لا يمكن معالجة سوى عدد محدود من الأفكار. هذا "الموت الحراري" للكون يمنع خدعة السبات اللانهائي والحوسبة من العمل، مما يجعل سيناريو دايسون للذكاء الأبدي مستحيلاً في كون ذي ثابت كوني موجب. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يستند تحليل دايسون للذكاء الأبدي بشكل أساسي إلى الديناميكا الحرارية للحوسبة غير القابلة للعكس. ^{[ 1 ]} ويرتكز جوهر حجته على مبدأ لانداور ، الذي ينص على أن أي تلاعب منطقي غير قابل للعكس بالمعلومات، مثل مسح بت، يجب أن يبدد حدًا أدنى من الطاقة على شكل حرارة، يساوي${\displaystyle k_{B}T\ln(2)}$[ ^{11 ] تتغلب الكائنات الذكية التي ابتكرها دايسون على هذه المشكلة بإجراء العمليات الحسابية عند درجات حرارة منخفضة تدريجيًا، مما يقلل تكلفة الطاقة لكل فكرة إلى الصفر تقريبًا} . إلا أن هذا الإطار برمته يُبطل بمبدأ الحوسبة العكسية .

الحوسبة العكسية هي نموذج حسابي تكون فيه جميع العمليات قابلة للعكس منطقيًا، ومن حيث المبدأ، من الناحية الديناميكية الحرارية. ^{[ 12 ]} العملية العكسية منطقيًا هي التي يمكن فيها دائمًا تحديد المدخلات بشكل فريد من المخرجات، مما يعني عدم محو أو تدمير أي معلومات. وقد أثبت تشارلز بينيت أنه يمكن، من حيث المبدأ، إجراء أي عملية حسابية بطريقة عكسية منطقيًا. ^{[ 13 ]} والأهم من ذلك، أن العملية الحسابية العكسية منطقيًا لا تخضع لحد أدنى أساسي لتبديد الطاقة، ويمكن، نظريًا، إجراؤها بتكلفة طاقة صفرية. ^{[ 14 ]} وهذا يتجاوز مبدأ لانداور تمامًا، حيث أن هذا المبدأ لا ينطبق إلا على العمليات غير العكسية التي تدمر المعلومات. ^{[ 11 ]}

إذا استطاعت حضارة ذكية إتقان الحوسبة العكسية، فإن الركيزة الأساسية لحجة دايسون ستنهار. لن تكون هناك حاجة للسبات وانتظار برودة الكون، لأن تكلفة الطاقة لكل فكرة (${\displaystyle \Delta E_{thought}}$لن يكون مرتبطًا بدرجة الحرارة المحيطة${\displaystyle T}$من حيث المبدأ، يمكن لكمية محدودة من الطاقة أن تُشغّل كمية لا نهائية من العمليات الحسابية العكسية عند أي درجة حرارة غير صفرية، دون الحاجة إلى المخطط المعقد لتبديد أجزاء أصغر تدريجيًا من الطاقة. وبذلك، تصبح استراتيجية إبطاء التفكير لمواكبة تبريد الكون غير ضرورية. ورغم أن التطبيقات العملية للحوسبة العكسية تواجه تحديات هندسية هائلة، إلا أن إمكانية تطبيقها نظريًا تُقوّض بشكل جذري القيود الديناميكية الحرارية التي تجعل سيناريو دايسون للذكاء الأبدي ضروريًا ومعقولًا.

استشهد فرانك ج. تيبلر بكتابات دايسون، وتحديدًا كتاباته عن الذكاء الأزلي، باعتبارها مصدر إلهام رئيسي لنظريته المثيرة للجدل حول نقطة أوميغا . ^{[ 15 ]} تختلف نظرية تيبلر عن نظرية دايسون في عدة نقاط أساسية، أبرزها أن نظرية دايسون عن الذكاء الأزلي تفترض كونًا مفتوحًا، بينما تفترض نظرية تيبلر عن نقطة أوميغا كونًا مغلقًا/منكمشًا. ستُعتبر كلتا النظريتين باطلتين إذا استمر التوسع الكوني الملحوظ في التسارع. ^{[ 16 ]}

• الحوسبة العكسية – مفهوم في علوم الحاسوب 
• المهمة الفائقة – عدد لا نهائي من المهام في وقت محدود 
• مفارقات زينون – مجموعة من المشكلات الفلسفية 

• وجدنا ثغرة للنجاة من نهاية الكون على قناة Kurzgesagt على يوتيوب