Физика и химия
sergey shishkin- физическое пространство (параметры объектов, их измерение и выявление изменяющих их алгоритмов как физических законов);
- математические модели физических алгоритмов - повторимых изменений параметров физических объектов;
- система обобщения физико-математических моделей (например, Фейнмановские лекции по физике);
- система развития физических моделей
- математические модели химических алгоритмов - повторимых изменений связей химических объектов;
- переработать вставленную статью "Физика", исключив сказочный контекст
Давайте рассмотрим историю движения "физической мысли" по железнодорожному лабиринту путей, составленных из полезных человеку алгоритмов.
Первой работой "древнего физика" было наблюдение за окружающим миром и поиск процессов, которые будут полезны для выживания. И для каждого обнаруживаемого повторимого процесса оценивалась возможность его использования, а потом и возможность его переноса в иную прикладную область. Кинуть камень рукой, и кинуть ядро катапультой — для алгоритма нанесения повреждения. Детская игра с качелями и плечевые весы — для алгоритмов взвешивания. Дети разного веса, качающиеся на качелях, и рычаг — для алгоритма подъема тяжелых грузов. Погружение в ванну с её переполнением и погружение короны — для алгоритма измерения объема. Много, много повторимых процессов и их переносов...
В предыдущей статье во время знакомства с близнецом "Переносом" мы узнали, что это один из способов работы с алгоритмом, заключающийся в подмене некоторых участвующих в этом алгоритме объектов. Чуть ранее мы с Вами заметили, что "древние физики" переносили в новые области выявленные "повторяющиеся физические процессы". Не будем долго тянуть и по примеру, который нам демонстрирует Алиса, придумаем какой-нибудь странный термин для этих "повторяющихся процессов". Отчего бы нам не назвать их "физическими алгоритмами". Да, в этих процессах почти нет последовательности действий, и задача просматривается с трудом. Но мы же в сказочной стране? Алиса не останавливает себя в размышлениях и придумывает "Антиподов"? И мы тоже позволим нашему названию появиться и немного с ним поиграем.
Давайте вернемся к "древнему физику". У него со временем простые переносы "физических алгоритмов" эволюционно дополнялись и усложнялись почти так же как у математика. Но было и отличие: перенос выявленных физиком процессов изменения среды в пространство символов по своей природе должен иметь иную реализацию. Этот перенос сопоставляет с символами не объекты окружающей среды (как это делает математика), а процессы изменения некоторых параметров этих объектов. Первым шагом к такому переносу в символы (то есть к формализации физики) стало "комплементарное" сопоставление и нахождение единиц изменения выявляемых параметров.
У "древнего физика" была сложность: параметры объектов действительно тяжело перенести и сопоставить напрямую с объектами (в конечном итоге с символами пространства математики). И для этого чаще всего необходимы сложные алгоритмы, использующие несколько трансляций. Но, к счастью, это не стало непреодолимым препятствием в зарождении физики. Потому что вместо моментального появления такого "сложного" сопоставления была возможность эволюционного развития на основе использования и накопления гораздо более простых алгоритмов. Например, переносов параметров методом сопоставления их с другими параметрами.
Началом формализации для "древнего физика" стало формирование образцов значений обнаруженных в природе параметров. Это формирование подкреплялось необходимостью сопоставления и оценки этих параметров в алгоритмах, используемых для выживания. Странным примером можно привести алгоритм "Приготовления торта", что был рассмотрен в одной из предыдущих статей. В описании процесса создания этого алгоритма нам, конечно, не хватало только взвешивания для верного соотношения компонентов. А взвешивание — это ведь оценка одного из главных физических параметров.
Думается, примерно так (и, конечно, не с изобретения "Торта") начала формироваться система единиц измерения. И формирование это шло со сложностями и иногда ошибками. О проблемах в ходе этого развития можно судить по обилию разнообразных устаревших единиц измерения, уже не используемых человеком, а еще — по наличию даже в текущий момент нескольких отличающихся национальных систем единиц измерения. Тут Алиса бы подумала: "Ах, обнаружена масса примеров единиц и одна из единиц — масса". Да, довольно сложно ребенку не запутаться в этих "взрослых" словах.
Кажется, нет необходимости перечислять в статье результат обозначенного формирования, которым стала всем известная СИ. В качестве иллюстрации сложности пройденной эволюции приведем здесь только несколько приметных и странных единиц измерения:
- образец массы в каратах;
- образец времени в кучке пересыпаемого песка или в растаявшей свече;
- образец расстояния в футах, локтях, дюймах;
- так и не ставшая научной шкала измерения боли - dol;
- шкала измерения остроты перцев — Сковилл (SHU)
Постепенно необходимые единицы измерения параметров оказались в нашем инструментарии. И с ними появилась возможность идти дальше. Но для эффективного их использования, стало необходимо изучить как эти параметры могут закономерно (повторяемо = алгоритмично) изменяться в ходе протекания полезных физических процессов. То есть перед "древним физиком" встала та же задача, что и перед "древним математиком". Необходимо было анализировать способы изменения окружающего мира посредством наблюдаемых "физических алгоритмов". С появлением инструмента измерения параметров в таком наблюдении за "физическими алгоритмами" появилась возможность пойти от обратного, то есть от параметров. Ведь если изменение некоторых контролируемых параметров повторяется раз от раза, то очень вероятно, что мы обнаружили влияние некоторого "физического алгоритма". И далее стоит попробовать обнаружить физический процесс, который послужил ему основой. Если "физический алгоритм" обнаружен, то дальше почти как в программировании: его можно присоединить к уже существующим и сделать с его использованием другие полезные "физические алгоритмы".
Значит найденный физиком особенный повторяющийся процесс не так уж далек от привычного нам алгоритма.
Но в чём же отличие алгоритмов, развиваемых математиками, и алгоритмов, основывающихся на физике? Ответ уже просматривается. Ключевое отличие этих алгоритмов в изменениях среды, производимых и используемых в ходе их исполнения.
Основные процессы и трансформации в алгоритмах математика — структурные. В них меняется группировка объектов или структура сложных объектов (недаром в математике есть конструктивное направление). Алгоритмы и преобразования в основе математического пространства дискретны. Сами объекты в основном не имеют процесса развития, вместо этого изменяются структура связей этих объектов. Алгоритмы работающие с ними чисто-конструкционные и чаще свя́зные (термины из теоретической части работы). Это и есть алгоритмическая особенность (специализация) математики.
Основа эффективности математики состоит в трансляции процессов, изменяющих структуру окружающей среды, в пространство символов и их трансформаций. В пространстве символов, как было показано в предыдущей статье на примере камешков, человеку удобное выполнять некоторые полезные ему алгоритмы направленные на выживание и не только на него.
Процессы же окружающего мира, которые привлекают внимание физика, имеют совсем другую природу. Физикам интересен процесс изменения параметров объектов, автономно существующих и взаимодействующих друг с другом, и всё это с минимизацией влияний, оказываемых изменениями структуры связей этих объектов. Такой процесс изменения параметров гораздо сложнее перенести из среды в удобное пространство, чем это было с подменой стада коров на "кучку камешков".
Поэтому, пока математика развивалась и постигала множество действительных чисел, алгоритмы поведения человека, использующие физические явления, тоже развивались, но иначе. И перенос, как мы уже убелились, там тоже присутствовал. Вспомним пример алгоритма падения Яблока, которого мы чуть коснулись в первой статье серии. Почему "Падение яблока" - это алгоритм, уже немного понятно. Это же "физический алгоритм"!
И здесь стоит еще раз обратить внимание на существующее определение алгоритма. Согласно этому определению "Падение яблока" алгоритмом не является. В нём же нет "последовательности действий"? Вроде бы нет. Но все же не будем сразу совсем категоричны. Давайте пока проигнорируем это несоответствие, и обратим внимание на другую часть существующего определения алгоритма. Подумаем, какая "задача" может быть у падения яблока? И тут ответ прост. Самое интересное, что в этом ответе искомая задача совсем не "человеческая". Ведь это просто замечательно! Нам как раз необходимо избавиться от присутствия человека при работе с алгоритмом? Итак, одна из самых важных задач алгоритма "Падение яблока" — это выживание вида яблони, на которой это яблоко росло.
А что же касается части определения алгоритма, указывающей на необходимость наличия в нём именно последовательности действий. То всегда можно сказать, что последовательность состоит из одного действия. Эта "последовательность" только сбивает нас с мысли, когда мы рассматриваем "физические алгоритмы". Если обобщать, то эта часть является очень "вредным" ограничением при изучении возможностей работы с алгоритмом. Потому что совсем не все алгоритмы состоят из такой последовательности. Эта "последовательность" пришла к нам от математиков, рассказывающих о своих сложных алгоритмах. Вот если бы об определении алгоритма раньше математиков задумались физики. Тогда у нас было бы гораздо меньше проблем с поиском способов создать машину синтеза новых алгоритмов. Но история не любит сослагательного наклонения. Поэтому не будем мучить Алису, объясняя что такое наклонение существует.
Для полноты картины недостатков существующего определения слова "Алгоритм" здесь отметим, что и наличие "задачи" тоже "вредит" определению. Это требование очень "очеловечивает" исследуемый термин и мешает докопаться до сути простого физического процесса, которым на самом деле является Алгоритм. Ведь падение простого камня тоже является "физическим алгоритмом"? А какая задача у камня, если рядом нет человека? Да. Её там совершенно нет. А у падения маятника?
Мы совсем забыли про Трансляцию, напоминает Алиса.
Да, статья уже слишком многословна, а трансляция в физике уж очень "заковыриста". О ней нам необходимо обязательно поговорить, но видимо уже в последующих статьях. А здесь лишь обозначим важные и простые примеры трансляции в физике, чтобы не обидеть этого важного алгоритмического близнеца.
Самым важным примером трансляции в физике является возможность получить помощь со стороны математики с использованием её способов работы с алгоритмами и символами (например, в пространстве чисел). Это дополнение пространством математики очень полезно для синтеза новых расчетных "физических алгоритмов". В свою очередь и прикладная область физического применения алгоритмов обогащает пространство математики. Примеров такого симбиоза много: производные, интегралы, векторные поля и многие другие физико-математические формальности. В дополнение к ним нельзя не упомянуть физическое моделирование. Примером такой трансляции является использование модели самолетика для моделирования процессов, возникающих при взаимодействии корпуса настоящего самолета с потоками воздуха. Ведь этот физический перенос (совсем как у математика с отрицательными числами) имеет ограничения. А где есть ограничения — там вместо Переноса и приходит на помощь его алгоритмический близнец с именем "Трансляция".