Jotkin kaaosteoreetikot ovat esittäneet idean uudesta tieteestä, joka korvaisi kaiken vanhan soluautomaatteihin perustuvilla simulaatioilla. Hieman saman suuntaista ajatusmaailmaa edustaa Kari Enqvistin toteamus: “Cognition can be explained in terms of elementary particles”. Näihin liittyen luennoitsija esittää kuitenkin aiheellisen kysymyksen: onko järkeä unohtaa kaikkia pitkälle kehiteltyjä teorioita, jossa nämä alemmat tasot on abstrahoitu?

Ymmärrän em. tutkijoiden kiintymyksen ajatukseen siitä, että kaikki monimutkaisimmatkin ilmiöt voitaisiin selittää lähtien yksinkertaisimmasta mahdollisista rakennuspalikoista kuten soluautomaateista tai alkeishiukkasista ja niiden välisistä vuorovaikutuksista. Tämä ajattelutapa noudattaa Occamin partaveitsen periaatetta. Mielestäni kuitenkin luonnontieteilijöiden tulisi kunnioittaa humanistien (ja päinvastoin) löytämiä säännönmukaisuuksista liittyen esimerkiksi kognitioon tai ihmisten käyttäytymiseen.

Itse opiskelen parhaillaan sosiaalipsykologiaa, jotta saisin paremmat lähtökohdat sosiaalisten ilmiöiden mallintamiseen liittyvään tutkimukseeni. On totta, ettei sosiaalipsykologian teorioita ole monesti mahdollista muuntaa suoraan kaavoiksi, mutta uskon että ne voivat inspiroida ja auttaa oikeanlaisten matemaattisten mallien valitsemisessa.

Lisäksi Hyötyniemi totesi, että esim. monet kosmologiset käsitteet perustuvat pelkille matemaattisille konstruktioille. Itseänikin mietityttää, voidaanko teorioita, kuten multiversumia, koskaan varmentaa empiirisesti. Hiukkasfysiikan tutkimustulokset kuitenkin opettavat, etteivät matemaattisiin konstruktioihin tai esimerkiksi symmetriaoletuksiin perustuvat hypoteesit ole turhia, vaikka ne monesti eivät perustukaan alunperin mittaustuloksiin.

Standardimalli, jonka taustalla on muun muassa monimutkaista matemaattista ryhmäteoriaa, ennusti top-kvarkin olemassaolon vuonna 1973. Tämän hypoteesin pohjalta suunniteltiin kokeet, ja top-kvarkki löytyi kuin löytyikin vuonna 1995. Vastaavasti tällä hetkellä Cernissä LHC:ssa on alettu nähdä signaalia Higgsin hiukkasesta, jonka olemassaolon standardimalli ennusti jo 1966.

- Eric

Luennolla otettiin esille, kuinka molekyylien on mahdollista löytää tiensä entsyymien aktiiviseen keskukseen pelkästään sähkökenttiä tunnustelemalla. Tämä ei mielestäni ole mahdotonta, jo molekyylien valtavan määrän takia juuri oikeanlaisia törmäyksiä on pakko tapahtua. Suurempi kysymys mielestäni on (ja johon luennolla myös viitattiin), kuinka nämä rakenteet ylipäänsä saavat alkunsa, esimerkiksi proteiinien laskostumisen myötä.

Luennolla esitettiin kritiikkiä hierarkkisuuden mahdollisuuksista mallintaa kompleksisia systeemejä. Perusteluna oli, että minkään vahvasti kiinnitetyn järjestelmän on vaikea saada aikaan emergenssiä, jona kompleksisten systeemien ulostulo näyttäytyy. (Tässä yhteydessä tulee mieleen perinteisen symbolisen AI:n ongelmat, joissa tarkasti määritelty rakenne teki mahdottomaksi kokonaan uusien käsitteiden luomisen.)
Mutta toisaalta voiko esimerkiksi aivojen nähdä toteuttavan eri osissaan (hierarkkisesti) tiettyjä algoritmeja, joiden yhteiskäytöstä emergoituu tietoisuutemme? Ja jos nämä algoritmit voidaan määritellä, missä on (mahdollinen) vapaa tahto? Toisaalta jokaisen elämänhistoria on erilainen, mikä yhdessä synnynnäisten taipumusten kanssa ohjaa oppimiamme asioita (ja muodostaa psyykemme). Ja näiden eri lähtökohtien perusteella myös nämä tietoisuuden algoritmit voisivat saada aikaan hyvin erilaista käytöstä. Tällöin tosin ihminen olisi vapaa toimimaan ainoastaan historiansa ehdoilla, mikä ei sinällään olisi kovin vapaata (käytännössä kieltäisi vapaan tahdon).

Toisaalta kaaosesimerkit osoittavat, että hyvin yksinkertaisesta mallista (joka viittaa itseensä) voi emergoitua hyvin monimutkaista käytöstä. (Voisiko vapaa tahto majailla siis mahdollisen tietoisuuden algoritmin bifurkaatiopisteissä?) Tämä antaisi ymmärtää, että myös tarkoin määritellyt järjestelmät kykenevät luomaan emergenttiä käytöstä, mikä ei ainakaan poissulkisi tietoisuuden algoritmin mahdollisuutta (edes hierarkkisen).

Pohdinnasta tuli jälleen hyvin spekulatiivinen, mutta positiivisesti luennot näyttävät edelleen herättävän paljon ajatuksia (ja kysymyksiä).

Jukka

– Petri

ps. Heikki toki yhtyy luennolla kritiikkiisi keinoälyn kehittymisestä 20 vuoden sisällä toteamalla, että on ollut perinteistä ajatella (myös esim. 60-luvulla), että rajankäynti on aina jo 20 vuoden päässä. Lisäksi älyn kriteerit kehittynevät loputtomasti ajan myötä, kun uusia virstanpylväitä saavutetaan — jolloin itse ihmisyyskin voi olla jo toisenlaista.

Minusta alkemiassa on huvittavaa vain se, miten tosissaan alkemistit (eli aikansa oppineimmat ihmiset) uskoivat omaan tieteeseensä ja se miten pilkallisesti nykyiset tiedemiehet naureskelevat kaikelle pseudotieteeksi luokitellulle. Toki maailmassa on edelleen vähintään yhtä paljon huuhaata kuin ammoisina aikoina, mutta selvää rajaa oikean tieteen ja pseudotieteen väliin ei kukaan voi vetää ja sellaista ei todellisuudessa ole olemassakaan. Tiede on itseään korjaava prosessi, joka hylkää aiempia toimimattomia teorioita uuden tiedon perusteella. Kaikki mitä nykyisin tiedämme maailmasta, voi olla hupaisaa pseudotiedettä tulevaisuudessa.

Luennolla arvostellaan perinteistä tapaa käsitellä kompleksisuutta hierarkioiden kautta. Mielestäni hierarkkinen käsittelytapa on toistaiseksi ainoa mahdollinen tapa mallintaa tai ymmärtää maailmaa. Siitä voidaan kuitenkin kiistellä, onko jokainen hierarkian taso redusoitavissa alempaan tasoon jotenkin eksplisiittisesti. Ainakaan kaikilla tasoilla tämä ei pidä paikkaansa, sillä hierarkian pohjalta löytyvät kvanttimaailman ilmiöt, joita ei voida selittää enää millään alemman tason tapahtumilla. On myös viitteitä siitä, että muuallakin tasojen välillä tapahtuu ”symmetrian rikkoutumista”, josta on kirjoittanut mm. Philip Warren Anderson artikkelissaan ”More is Different”.

Luennolla mainitaan mielestäni hieman liian monta kertaa usko ja se miten lähtökohtana kurssille on ”usko kompleksisuusteoriaan”. Toki villejä hypoteeseja pitää saada tutkia ja pohtia vakavasti, mutta tärkeää on kuitenkin säilyttää tieteessä hypoteettinen asenne. Uskomista siihen ei tarvita, sillä usko ei auta validoinnissa tai falsifikaatiossa, vaikka sen vaikutusta moneen muuhun asiaan en kiistäkään. En myöskään halua kiistää intuition käyttöä, vaan ainoastaan suojata keskusteluamme kärkkäimpien pilkkakirveiden tarttumiselta yksittäisiin sanoihin. Sen sijaan haluaisin kritisoida väitettä, että koneet ylittävät älykkyydessä ihmisen 20 vuoden sisällä. Vuosiluku ei sinänsä ole tärkeä vaan se, että singulariteetti on erittäin mielenkiintoinen tutkimuskohde, mutta se on luonteeltaan myös hyvin kyberneettinen, eikä tule auttamaan meitä muiden kyberneettisten ongelmien ratkaisussa.

Loppuosa luennosta käsitteli fraktaaleja, Stephen Wolframin komputationalismia sekä eräänlaisten ”power law”-riippuvuuksien yleisyyttä luonnollisissa systeemeissä. Fraktaalit ja kaaosteoria ovat kiinnostavia, mutta Stephen Wolframin ”uusi tiede” kuulostaa siltä, että kompleksisten systeemien ja emergenttien ominaisuuksien tutkimus täytyy lopettaa ja keskittyä vain simuloimaan. Evoluutio toimii tällä periaatteella ja sen saavutukset ovat kiistattomia, joten kenties väitteellä on pohjaa. Silti, jotta tiedemiehillä riittäisi tutkittavaa jatkossakin, hanskoja ei parane ripustaa naulaan aivan vielä. On aika keksiä uusia hypoteeseja ja siinä tehtävässä intuitio on paras työkalu.

-Antti

Tietenkään intuitiivinen ratkaisu ei välttämättä tarkoita oikeellisuutta

- Tähän voitaisiin palata luennon 12 jälkeen!

maan pyöreyden teoreettinen pohtiminen

- Niin kauan kuin ei ollut Newtonin painovoimateoriaa, niin kauan kuin painovoima vaikutti vain “alaspäin”, ei Maan pallonmuotoisuus voinut olla mielekäs teoria. Vaikka jo antiikin Kreikassa Maan säde oli määritetty varsin tarkasti (tarkastellen kuinka eri suunnasta Aurinko paistaa eri leveysasteilla).

Heikki

Toivottavasti näin päin, eikä niin, että ristiriitaiset havainnot vain kasvavat ja tilanne muuttuu aina vain kaoottisemmaksi

- Todella hyvä havainto! Onhan tosiaan mahdollista, että ajaudumme tästä eteenpäin vain aina syvemmälle relativismin hetteikölle?

ettei ihminen osaa sanoa keskusteleeko hän toisen ihmisen vai tietokoneen kanssa

- Tämä ohittaa varsinaisen ongelman … jos tekoälytutkimuksen tavoitteeksi otetaan yksinomaan ihmisen matkiminen, ei mennä ollenkaan “universaalin älyn” ymmärtämistä kohti!

Heikki

ajatteluprosessi voitaisiin osittain kuvata jatkuvana minimin hakemisena

– Tähän tälläkin kertaa päädytään! – Mutta, jos kyseessä on vain konvergenssi, mikä sitten on “vapaa tahto” jne.?

en näe molekyylien tunnistamisessa mitään ongelmaa

– mutta jos on vain (rakenteettomia) veto- ja poistovoimia … kuvittele kokoavasi vaikkapa pikku nauloista jotakin kuviota, ainoana apunasi magneettikärkinen meisseli!

Heikki

Nykytiedon perusteella alkemistit olivat varsin hakoteillä, mutta en sitten tiedä kuinka naurettavaa se on, vaikka tietysti sanasta “alkemia” tulee heti ensimmäisenä mieleen parrakas mies hassussa hatussa koeputkien kanssa, joka tietysti epäonnistuu kokeissaan ja laboratoriosta nousee ulos vain sankka savupilvi. Ihmisellä on kuitenkin vain se rajoitettu määrä tietoa käytettävissään, mitä milläkin ajanhetkellä on tarjolla ja sekin voi olla (osittain) vääristynyttä tai jopa jonkin tarkoitusperän mukaisesti vääristeltyä.

Luennoitsija sanoi, että tulevaisuuden ihminen 500 vuoden päästä saattaa ihmetellä meidän maailmankuvaamme kaikkine ristiriitaisine havaintoineen. Toivottavasti näin päin, eikä niin, että ristiriitaiset havainnot vain kasvavat ja tilanne muuttuu aina vain kaoottisemmaksi. Monet täällä TKK:llakin opetetuista esimerkiksi fysikaalisista menetelmistä tuntuvat perustuvan numeeriseen laskentaan tietyissä erikoisolosuhteissa, eikä analyyttisiin menetelmiin, jolloin niiden oikeellisuudesta voitaisiin olla varma. No tämä oli nyt vain tällainen hieman kärjistävä mielipide.

Luennolla mainitusta tietokoneen älykkyydestä, tai tietokoneen, jonka laskentatehon pitäisi jo pystyä matkimaan kärpäsen älykkyyttä, tuli mieleen aikaisemmin kuulemani 1950-luvulla kehitetty Turingin testi, jonka idea lyhyesti on saada tietokone keskustelemaan ihmisen kanssa, niin että tietokone vastaa niin älykkäästi, ettei ihminen osaa sanoa keskusteleeko hän toisen ihmisen vai tietokoneen kanssa. Tätä testiä ei ole vieläkään läpäisty ja optisimmatkin ennusteet sijoittuvat aikaisintaan kymmenen vuoden päähän.

Luennolla käsiteltiin paljon myös kaaosteoriaa, tässä hieman mitä jäi päällimmäisenä mieleen. Kaaos ei ole sama asia kuin stokastisuus tai satunnaisuus. Matemaattiset yhtälöt ovat deterministisiä, jolloin alkuarvoilla on suuri merkitys systeemin käyttäytymiselle ja kehitykselle (perhosefekti). Alkuarvojen merkityksen vuoksi, systeemien ennustaminen on hankalaa, koska pienikin ero voi vaikuttaa suuresti lopputilaan. Lyhyen aikavälin ennustaminen puolestaan onnistuu paremmin deterministisyyden ansiosta. Viime aikoina onkin muuten ollut mielenkiintoista seurata keskustelua ilmastonmuutoksesta puolin ja toisin.

– Jarkko

Luentohan vaikutti kiintoisalta. Keräsin tähän nyt ajatuksia aiheista, joista uskoisin itselläni olevan jotakin pohdittavaa.

Pohdintojen “lämmittelynä” aloitankin ehdotuksen mukaisesti alkemialla. En ole aivan varma tieteen historiasta, mutta uskoakseni alkemiaa voi pitää suoraan kemian ja nykykemian (“laajennetun molekyylifysiikan”) edeltäjänä. Alkemistit kehittivät monia välineitä ja menetelmiä, joiden avulla erilaisten suolojen muodostaminen onnistuu. Alkemisteille ei ole sopivaa missään tapauksessa nauraa, vaikkakin useimmat heidän menetelmistään olivat vaarallisia aiheuttaen monien alkemistien kuoleman elohopeamyrkytykseen, räjähdykseen tai johonkin muuhun myrkytykseen. Nykytieteen valossa heidän toimintansa vaikuttaa järjettömältä, mutta huomioiden, ettei heillä ollut tietoa atomeista, molekyyleistä puhumattakaan niiden vuorovaikutuksista, ei heitä voi syyttää tyhmyydestä. He tiesivät ainoastaan, että aineita on erilaisia. Alkuaineet olivat vain aineita muiden joukossa.

Viittaus Kari Enqvistin asenteeseen vaikutti kiinnostavalta. Tarkempaa kontekstia tietämättä sanoisin, ettei professori Enqvist tarkoittanut kompleksisten järjestelmien tutkimista kuitenkaan turhana. Tietyllä tavoin järjestelmiä kuvaavat hamiltonianit vaikuttaisivat järkevältä lähestymistavalta, mutta mielestäni ei tule langeta illuusioon, että kaikkiin hamiltoniaaneihin olisi yksikäsitteinen ratkaisu, mikä selviää suorittamalla esimerkiksi Monte Carlon Ising-simulaatiota sopivassa lämpötilassa. Viime syksynä tutkin Hopfieldin verkkoa varsin innokkaasti, ja jossakin vaiheessa syntyikin ajatus siitä, että mahdollisesti ajatteluprosessi voitaisiin osittain kuvata jatkuvana minimin hakemisena (jatkuvasti muuttuvassa n-ulotteisessa “avaruudessa”). Vaikka kaikki noudattelisikin negatiivisen näkemyksen mukaisesti hamiltoniaaneja, ei mielestäni missään tapauksessa kompleksisten järjestelmien tutkimista voisi heittää syrjään. Vaikka tiedettäisiin “lopullisen tilan” löytyvän minimistä, ei tuon tilan löytymistä välttämättä voida tehdä ilman soveltuvia työkaluja. Työkalut uskoakseni sisältäisivät juurikin kompleksisuusteorian.

Luennossa esiteltiin esimerkkeinä biologisia ilmiöitä, jotka vaikuttivat mutkikkailta. On huomattava, että molekyylien väliset etäisyydet ovat hyvin pieniä, niitä on suhteellisen suuria määriä alueella, ja sähköisten veto-/poistovoimien lisäksi molekyylien muoto vaikuttaa molekyylien sitoitumiseen proteiineihin. Lisäksi hyvin samankaltaisen biomolekyylit tunnistetaan “väärän perusteella.” Mikäli väärä molekyyli asettuu proteiiniin, jokin molekyylin osista osuu proteiinissa palaan, joka indikoi proteiinille väärän molekyylin kytkeytymisestä. Tämän jälkeen molekyyli poistetaan proteiinin aktiivisesta kohdasta (yksinkertaistettu selitys… molekyyli voi olla hyvin toinen proteiinikin). Tätä tapahtuu erityisen paljon DNA-sekvenssin kopioinnin yhteydessä. Tämä on aika irrallinen kappale kokonaisuudesta, mutta ajattelin vain ilmaista, etten näe molekyylien tunnistamisessa mitään ongelmaa…

Uskoakseni ajatus “jonkin suuremman” emergoitumisesta tietokonemallissa on hyvin kiehtova. On todella hyvä huomata, että vaikka laskentateho kasvaa, tulee se valjastaa oikealla tavalla älykkyyttä tai tietoisuutta varten. Mielestäni emergoitumiseen kykenevien mallien muodostaminen ei ole (enää) ongelma mutta ongelmia ilmenee niiden analysoinnissa ja suunnittelussa. Mallit voidaan simuloida, ja lopputulos havaita, mutta pelkästään mallia katsomalla käytöksen ennustaminen tuntuu vaativalta. Myös tietynlainen tarkoitusperä on vaikea nähdä kompleksisesta mallista, eikä tie tarkoitusperästä kompleksiseen malliin ole yhtään sen helpompi.

Kaaosteoria vaikutti hvyin kiintoisalta. Uskoakseni biologiassa esiintyvien rakenteiden ja kuvoiden samankaltaisuudella ei voi nähdä yhteyttä. Tiettyjä piirteitä voisi ehkä mallintaakin sopivalla funktiolla, mutta visuaalinen samankaltaisuus ei missään tapauksessa mielestäni viittaa mekanismien, tarkoitusperien tmv. samankaltaisuuteen. Vaikka itsesimilaarisuutta löytyykin luonnosta, ei luonto vaikuttaisi olevan läheskään kaikissa tilanteissa itsesimilaarinen.

Itselleni oli yllättävä uutinen, että Wolfram, Penrose ja Enqvist pitävät ylempien tasojen ymmärtämisen välttämättömyytenä alempien tasojen ymmärtämistä. Vaikka kaikki järjestelmät varmasti voidaankin johtaa näihin alatason järjestelmiin reduktionistisesti, se tuskin tuo suurta ymmärrystä kenellekään. Voidaan olettaa kemian olevan johdettavissa fysiikasta. Vastaavasti biologia on sovellettua kemiaa, psykologia sovellettua biologiaa, sosiologia sovellettua psykologiaa., jne. Jostakin syystä kuitenkin fyysikko on varsin huono tutkimaan sosiologiaan liittyviä ilmiöitä, vaikka psykologi vielä ehkä jotenkuten osaisikin ratkaista ongelman. Aiheeseen liittyen P.W. Anderson on kirjoittanut artikkelin More is Different.

Wolframin näkemys soluautomaateista ja uudesta tieteestä vaikuttaa kiehtovalta.Se uskoakseni kaatuu ongelmiin suunnittelun ja analysoinnin yhteydessä, ja ainut mitä jäljelle jää on simulointi (tämä todettiinkin jo luennossa…). Tieteen yhteensopimattomuus vanhan kanssa taas uskoakseni aiheuttaa liikaa ongelmia sen suureen käyttöön. Uskoakseni muissa tieteissä adoptoitu käytäntö hukata vanhaa on vaarallinen ja huolestuttava suuntaus. Se nopeasti aiheuttaa liian suuren arvon pohjaoletuksille, jolloin kukin näkee mitä itse haluaa nähdä. Tietyllä tavoin tämä muistuttaa alkemistien tapaa tehdä tiedettä: Uskotaan “maalin” olevan olemassa toivoen samalla suurta kunniaa.

Luennolla esitetty Benfordin laki vaikuttaa “oudolta sattumalta”, jolla ilmeisesti voi olla hyödyllisiä sovelluksia.

Kuten luennossa todettiin, olemme nykyisen tietämyksemme vankeja. Pohdintani ovatkin pitkälti sen tulosta, mitä jo ennestään tiedän yhdistettynä luentoa kuunnellessa saamiini uusiin ajatuksiin.

– Nexton

Feynmanin kanssa voisi olla yhtä mieltä siitä, että pitää luottaa matematiikkaan, mutta se koskee kaikkea muutakin kuin kvanttimekaniikkaa. Se, että jokin asia ei tunnu intuitiiviselta, on vain ihmisen sisäinen mekanismi, joka kertoo, että tässä selityksessä saattaa olla jotain vialla. Tietenkään intuitiivinen ratkaisu ei välttämättä tarkoita oikeellisuutta.

Siinä raportti 145:ssa oli mainittu, että maan pyöreyden teoreettinen pohtiminen ei ehkä alkujaan vaikuttanut kovin tuottavalta toiminnalla, mutta lopulta avasi uuden maailman. Kosmologia lupailee edelleen läpimurtoja mm. pimeän aineen muodossa. Sitähän etsitään ahkerasti kokeissa maan pinnan alla sekä LHC:ssa ja jos se todetaan löydetyksi, niin kyllähän se avaa jälleen uuden maailman. Energiapotentiaalihan on pimeällä aineella merkittävä verrattuna näkyvään aineeseen.

– Ilari