Zephyrnet-logotyp

Generativ dataintelligens

Zephyrnet

Uppkomsten av komplexa strukturer, inklusive "Entropy Bagels", genom enkla regler | Quanta Magazine

Återutgiven av Platon
Återutgiven av Platon

Datum:

Visningar: 34

Uppkomsten av komplexa strukturer, inklusive "Entropy Bagels", genom enkla regler

Komplexitet är ett fascinerande fenomen som kan observeras i olika system, från de invecklade mönstren på ett snäckskal till det komplexa beteendet hos en flock fåglar. Forskare har länge varit fascinerade av hur sådan komplexitet uppstår från enkla regler och interaktioner. Ny forskning har kastat ljus över detta spännande ämne och avslöjat hur komplexa strukturer, inklusive de gåtfulla "entropibaglarna", kan uppstå från till synes enkla processer.

I en studie publicerad i tidskriften Nature Physics undersökte forskare från Santa Fe Institute och University of California, Davis, uppkomsten av komplexa strukturer genom enkla regler. De använde en matematisk modell känd som en cellulär automat, som består av ett rutnät av celler som kan vara i olika tillstånd. Varje cell följer en uppsättning regler baserat på dess nuvarande tillstånd och tillstånden för dess närliggande celler.

Forskarna upptäckte att genom att tillämpa enkla regler på den cellulära automaten kunde de skapa komplexa strukturer som liknade bagels. Dessa strukturer kallades "entropy bagels" på grund av deras likhet med de populära bakverken. Termen 'entropi' syftar på måttet på oordning eller slumpmässighet i ett system, och det är spännande att sådana komplexa strukturer kan uppstå från enkla regler som ökar entropin.

För att förstå hur dessa entropibagel bildas är det viktigt att fördjupa sig i de underliggande principerna. Forskarna fann att uppkomsten av dessa strukturer drivs av en delikat balans mellan ordning och oordning. Till en början börjar den cellulära automaten med ett högordnat tillstånd, där alla celler har samma värde. Eftersom de enkla reglerna tillämpas iterativt genomgår systemet en fasövergång, vilket leder till bildandet av komplexa mönster.

Forskarna observerade att entropibagels dök upp när systemet nådde en kritisk punkt under denna fasövergång. Vid denna kritiska punkt uppvisar systemet en delikat balans mellan ordning och oordning, vilket resulterar i bildandet av intrikata strukturer. Bagelsna kännetecknas av koncentriska ringar av olika tillstånd, där varje ring representerar en annan nivå av entropi.

Vad som gör denna upptäckt ännu mer spännande är att uppkomsten av entropibagels inte är begränsad till en specifik uppsättning initiala villkor eller regler. Forskarna fann att genom att variera de initiala villkoren och reglerna kunde de generera ett brett utbud av komplexa strukturer, inklusive bagels med olika antal ringar och till och med andra intrikata mönster.

Studiens resultat har betydande konsekvenser för olika områden, inklusive fysik, biologi och datavetenskap. Att förstå hur komplexa strukturer kan uppstå ur enkla regler kan hjälpa forskare att få insikter om beteendet hos komplexa system i naturen. Det kan också inspirera till utvecklingen av nya algoritmer och beräkningsmodeller som efterliknar uppkomsten av komplexitet.

Dessutom belyser studien vikten av fasövergångar i komplexa system. Fasövergångar uppstår när ett system genomgår en plötslig förändring i sina egenskaper på grund av små förändringar i yttre förhållanden. Genom att studera fasövergångar kan forskare avslöja de underliggande mekanismerna som driver framväxten av komplexitet.

Uppkomsten av entropibagels genom enkla regler exemplifierar skönheten och inveckladheten i naturens design. Det visar att komplexa strukturer kan uppstå från till synes enkla processer, vilket utmanar vår förståelse av hur ordning och oordning samverkar. När forskare fortsätter att utforska detta fascinerande ämne, kan vi förvänta oss ytterligare insikter om uppkomsten av komplexitet och dess implikationer för olika vetenskapliga discipliner.

plats_img

Senaste intelligens

plats_img

Copyright @ 2024 Plato Technologies Inc.