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Archive for the ‘Autómatas celulares’ Category

Un intento de investigar la profundidad computacional de nuestro universo

Posted by Albert Zotkin en septiembre 16, 2015

fractal-univser

Hace ya algún tiempo hice una pequeña animación en flash, en la que mostraba cómo una pequeña simulación de interacción gravitatoria entre dos cuerpos es suficiente para convencernos de que existe pérdida de información, y eso se traduce en decaimiento orbital (acortamiento del periodo orbital, estrechamiento de la órbita): Aquí os dejo una pequeña captura del programa SWF en acción, que he subido a youtube:

Esa animación está gobernada por un sencillo programa informático (escrito en actionscript). En dicho programa uso la clásica ecuación de Newton de la gravitación universal para el cálculo de la aceleración. Las coordenadas espaciales de los dos cuerpos, calculadas fotograma a fotograma, deberían de dar trayectorias elípticas estables según las leyes de Kepler, pero se observa cómo poco a poco los cuerpos aproximan sus periastros hasta llegar a colisionar. Lo curioso de todo eso es que esa aproximación progresiva, que se puede traducir como pérdida de energía gravitacional, no está programada en el actionscript, sino que emerge por la imprecisión de los registros informáticos que almacenan los datos de la computación. Es decir, aunque las ecuaciones matemáticas que expresan la ley de gravitación son exactas y dan órbitas estables, su ejecución en un ordenador con registros finitos deja de ser exacta para pasar a mostrar degeneración orbital a lo largo del periodo de evolución del sistema gravitacional binario que simula.

Para los incrédulos, mostraré sucintamente las rutinas que escribí en el actionscript de la animación. En primer lugar presento la función que actualiza las coordenadas espaciales de cada uno de los dos cuerpos del sistema binario (podría ser un pulsar binario, como el PSR B1913+16, por ejemplo). Esta rutina es llamada siempre antes de que el programa dibuje cada fotograma:

function update2(m)
{

var cm_x;
var cm_y;
if(_root.r_frame==null){
cm_x=Stage.width/2;
cm_y=Stage.height/2;
}else{
cm_x=_root.r_frame._x;
cm_y=_root.r_frame._y;
}

var r = Math.sqrt(Math.pow((m._x-m.target_body._x),2)+Math.pow((m._y-m.target_body._y),2));
var accel = 30*m.mass*m.target_body.mass/Math.pow(r,2);
var cosx=(m._x-m.target_body._x)/r;
var cosy=(m._y-m.target_body._y)/r;
var accel_x = accel*cosx;
var accel_y = accel*cosy;
var s=1;
m.speed.x-=accel_x;
m.speed.y-=accel_y;
m._x+=m.speed.x-cm_x+Stage.width/2;
m._y+=m.speed.y-cm_y+Stage.height/2;

s=(m._y-m.target_body._y)<0?-1:1;
m._rotation=s*Math.acos(cosx)*180/Math.PI-90;

}

y seguidamente, presento las rutinas de lo que tiene que hacer cada cuerpo en cada frame, así como sus condiciones iniciales:

onClipEvent (load) {
speed = new Object;
speed.x=0;
speed.y=0.1;
mass=3.0;
density =1;
_width=20*Math.pow((3/(4*Math.PI))*mass/density,1/3);
_height=_width;
/*
_width=mass*4;
_height=mass*4;
*/
target_body=_root.a2;
//_visible=false;
body_type=1;//2 star, 1 planet
gotoAndStop(body_type);
this.rx=this._x;
this.ry=this._y;

}

onClipEvent (enterFrame) {
if(this, hittest(this.target_body))
_root.pause=true;

if(_root.pause or !_visible)return;
_root.update2(this);
}

Señoras y señores, en otras palabras. Lo que hasta ahora se viene llamando ondas gravitacionales es simplemente una falacia más. Dichas ondas no existen en nuestro universo. El decaimiento de las órbitas de los sistemas binarios, y por extensión, de cualquier sistema gravitatorio, es simple y llanamente debido a una pérdida de información cuántica en la computación que la naturaleza hace. Aunque nuestro universo podría ser infinito y eterno, el aumento de entropía en él sería un signo inequívoco de esa pérdida de información cuántica. Nuestro universo es un holograma, un autómata celular, no es la última realidad profunda. Pero, alguien podría preguntarse : “¿cómo es posible que si el universo es infinito y eterno pueda ser al mismo tiempo un holograma, un autómata celular?. Esos automatas celulares requerirían unos registros cuánticos infinitos”. Esa pregunta es muy razonable, pero un universo infinito y eterno no está en contradicción con que sea una simulación ejecutada desde registros cuánticos finitos. Sólo se requiere que la simulación del universo sea un holograma fractal. Veamos, este video de Musicians With Guns en el que nos presenta un fractal infinito, pero obviamente ejecutado desde un ordenador (cuyos registros, sabemos sin duda, que son de capacidad finita):

Un fractal, como el que nos ha presentado Musicians With Guns, no es más que una sencillita ecuación matemática acompañada de una lista de condiciones de inclusividad, y todo ello define lo que es el conjunto fractal (es decir, un conjunto de elementos que cumplen ciertas condiciones). Cuando dibujamos el fractal, los pixeles pertenecientes al fondo (elementos que no pertenecen al conjunto fractal) se pintan con un color y los pixeles que representan a elementos del conjunto se pintan de otro color que contraste con el primero, de modo que podamos destacar con facilidad el fractal del fondo.

Saludos

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Algunas pistas para saber si nuestro universo es una simulación informática

Posted by Albert Zotkin en septiembre 13, 2015

Simulation-Theory

Nuestro universo podría ser una especie de Matrix, es decir, una gigantesca simulación por ordenador. El ordenador donde se estaría ejecutando la simulación de nuestro universo podría ser un ordenador cuántico con una memoria de al menos unos 1080 qubits activos.

¿Podemos investigar si nuestro universo es una simulación creada en un simple ordenador cuántico?. Hay varios caminos para saber si eso es así o no. Una forma, que se me ocurre, sería prestar atención a pulsares binarios. Un pulsar binario es un sistema estelar en el que a menudo un pulsar y una estrella enana blanca orbitan el uno alrededor del otro. Se ha observado que los pulsares binarios pierden energía gravitacional con el tiempo, y eso se ha identificado como una prueba de la existencia de ondas gravitacionales, tal y como predice la Teoría General de la Relatividad. Dicha pérdida de energía gravitacional se evidencia en que la pareja orbital se acerca lentamente, con lo cual el periodo de rotación es cada vez menor. Por ejemplo, para el pulsar binario PSR B1913+16 se ha observado que el periodo orbital decae según esta gráfica de una parábola:

orbital-decay

Veamos ahora si es posible explicar ese decaimiento orbital mediante la hipótesis de que la naturaleza realiza cálculos orbitales cuánticos. Para ello debemos saber cómo trabaja un ordenador cuando hace una computación clásica. Existen una serie de registros en los que el ordenador almacena los datos de entrada, y después cuando aplica unos algoritmos a esos datos obtiene unos datos de salida que también almacena en unos registros. Pero, los registros no poseen precisión infinita, sino que poseen un limite finito. Por ejemplo, el número π sólo podría ser almacenado numéricamente hasta cierta cifra. Y ya empezamos vislumbrar en qué consiste ese decaimiento orbital. Fijémonos en la ecuación clásica del periodo orbital de dos cuerpos de masas M1 y M2 que orbitan, según las leyes de Kepler, a lo largo de una elipse:

\displaystyle  T = 2\pi\sqrt{\frac{a^3}{G(M_1+M_2)}}  (1)

donde a es es semieje mayor de la trayectoria elíptica.

¿Por qué, a cada revolución, el periodo T se va acortando?. Por la sencilla razón de que los registros que usa la naturaleza no pueden almacenar toda la información con una precisión infinita. Una parte muy importante de esa imprecisión sucesiva la tiene el número π. Supongamos que por cada revolución completada, la naturaleza debe ajustar el valor del semieje mayor según el ultimo valor obtenido para el periodo orbital. Es decir, la naturaleza debe reajustar la órbita de forma recursiva a cada paso así:

\displaystyle  a = \sqrt[3]{\cfrac{G(M_1+M_2)T^2}{4\pi^2}}  (2)

gas

El problema es que no hay “registros naturales” que puedan almacenar el valor exacto del número π ni de cualquier otro número irracional, con lo cual la órbita elíptica se reajusta siempre a la baja (decaimiento orbital) en cada revolución.

Para el caso que tratamos, la ecuación recursiva sería la siguiente:

\displaystyle  a_n = \sqrt[3]{a_{n-1}^3}  (3)
Otra forma de interpretar esa pérdida de información cuántica, que produce decaimiento orbital, es considerar que en nuestro universo se produce siempre un aumento de la entropía. Por otro lado, la mecánica cuántica no admite como correcta ninguna solución que se base en la perdida de información cuántica.

La conclusión terrorífica es que nuestro universo podría ser una gigantesca simulación informática, un gigantesco autómata celular. Todo universo en el que exista aumento global de la entropía tiene bastantes papeletas para ser un universo simulado, un universo virtual.

Saludos

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Nuestro universo no es una simulación por ordenador pero tú sí

Posted by Albert Zotkin en enero 14, 2015

La física teórica actual nos lleva a divagar sobre cuestiones tan absurdas como por ejemplo “¿somos una simulación de ordenador?”. Lo peor de todo esto es que se lo toman en serio, se crean debates por televisión, conferencias, simposios, talleres, se escriben artículos, muchos artículos, y dicen que todo es un debate científico. La culpa de todo este sinsentido la tiene una teoría llamada Mecánica Cuántica. Esa teoría en la que se basa la metateoría llamada Modelo Estándar permite que nuestra imaginación explote y se expanda hacia terrenos inhóspitos y “absurdos”. En el modelo cosmológico estándar, también llamado, modelo Lambda-CDM, ó ΛCDM (en inglés es Lambda-Cold Dark Matter), sí, ese que usa la teoría del Big Bang, existe un pequeño cabo suelto desde el cual los divagadores pueden proponer que nuestro universo fue creado (diseñado) por alguien (¿Dios?), y que ese alguien no sólo se conformó con crearlo sino que se “divierte” observando su creación (nos observa). Incluso hay quien afirma, que no sólo observa su creación sino que interactua de vez en cuando con ella (¿milagros?).

Todo esto sería muy gracioso si no fuera porque muchos se lo toman muy en serio. A mi me gusta respetar todas las creencias religiosas, pero cuando la ciencia intenta suplantar la religión, me da un ataque de risa. Obviamente los rezos y plegarias de muchos creyentes van dirigidos a su Dios (el creador de la simulación por ordenador) para que interactue con ellos y solucione sus problemas. Desgraciadamente, en este universo no existe la magia, y los milagros brillan por su ausencia. Todo obedece a las leyes naturales (leyes de la física), las cuales son inviolables, inexcusables, inexorables. Cuando una piedra cae por causa de la gravedad universal desde lo alto de una montaña hacia el valle, no podrá ser detenida con rezos ni ruegos, sólo con algo dentro de la ley natural que perturbe su trayectoria.
Múltiples universos dentro de un fractal

Múltiples universos dentro de un fractal

Nuestro universo no es una simulación por ordenador, sino que es real, por una sencilla razón ontológica: todo tiene una causa real y natural, y no existen causas incausadas. Imagina un personaje virtual que evoluciona en un mundo virtual (tipo Matrix). ¿Cómo podría saber ese personaje que en realidad vive en un mundo virtual, simulado?.

Si algunos sustituyen la religión por la ciencia para afirmar que vivimos en una simulación de ordenador, yo me arrogo el derecho a usar la lógica y el discurso de Bertrand Russell para afirmar que:

La religión se basa, principalmente, a mi entender, en el miedo. Es en parte el miedo a lo desconocido, y en parte, como dije, el deseo de sentir que se tiene un hermano mayor que va a defenderlo a uno en todos sus problemas y disputas. El miedo es la base de todo: el miedo a lo misterioso, el miedo a la derrota, el miedo a la muerte. El miedo es el padre de la crueldad y, por lo tanto, no es de extrañar que la crueldad y la religión vayan de la mano. […] Tenemos que mantenernos en pie y mirar al mundo a la cara: sus cosas buenas, sus cosas malas, sus bellezas y sus fealdades; ver el mundo tal cual es y no tener miedo de él. Conquistarlo mediante la inteligencia y no solo sometiéndonos al terror que emana de él. Toda nuestra concepción de Dios es una concepción derivada del antiguo despotismo oriental. […] Un mundo bueno necesita conocimiento bondad y valor; no necesita el pesaroso anhelo del pasado, ni el aherrojamiento de la inteligencia libre mediante las palabras proferidas hace mucho por hombres ignorantes. Necesita un criterio sin temor y una inteligencia libre. Necesita esperanza en el futuro, no el mirar hacia un pasado muerto, que confiamos que sea superado por el futuro que nuestra inteligencia puede crear.

Siguiendo la lógica y el conocimiento que Russell desplegó en su obra Why I Am Not a Christian, podemos aportar al menos tres argumentos en contra de la afirmación “vivimos en una simulación”:

Contra el argumento cosmológico que afirma que existe una Causa Primera Universal, podemos alegar que en el terreno de la ciencia ese argumento tiene poco peso. Si todo ha de tener alguna causa, entonces Dios debe tener una causa. Por el contrario, si puede haber algo sin causa, entonces bien podría nuestro universo no haber necesitado causa alguna para existir (universo eterno e infinito), por lo tanto no sería necesario ningún Dios para explicar ni su existencia ni su evolución (en esto piensa actualmente Stephen Hawking)

Para el argumento de las Leyes Naturales, podemos afirmar que si existe alguna causa por la que Dios dictó esas leyes naturales, entonces él mismo debe estar sometido a esa causa o ley externa y por lo tanto, Dios mismo sería un intermediario. Pero, entonces Dios no nos sirve porque no es el último que dicta la ley. Este argumento tampoco se sostiene.

En cuanto al argumento teleológico, que es una especie de principio antrópico, el cual afirma que todo en el mundo está hecho para que podamos vivir en él, y si el mundo variase un poco, no podríamos vivir. Es decir, este argumento dice que el mundo y todos nosotros estaríamos dentro de un Plan Divino. Pero entonces ese Plan Divino sería una autentica mierda, viendo la miseria y el sufrimiento que hay en el mundo. ¿En realidad alguien se cree que este mundo ha sido creado para vivir en él?. Yo podría diseñar un mundo mas confortable y feliz, donde las enfermedades, el sufrimiento y los fanatismos, producto de la irracionalidad y la animalidad, no pudieran existir por ley natural. ¿Qué clase de Dios tan imperfecto creó este valle de lágrimas?, ¿para qué?. Este argumento teleológico o antrópico tampoco sirve, se cae por su propio peso y su ingenuidad.

En resumen. Nuestro universo no es ninguna simulación por ordenador, aunque se le pueda parecer. Es un valle de lágrimas, donde reina la injusticia, y el sufrimiento. En realidad, este universo es bastante inhóspito, y parece casi un milagro que pueda existir algo siquiera parecido a lo que llamamos vida. Desde un punto de vista científico, ó más exactamente desde la termodinánica, los organismos vivos son sistemas que tienden a disminuir su entropía, en supuesta perfecta contradicción a las “leyes naturales”. ¿Cómo?, ¿dónde surgió la vida?, ¿por qué? ¿Quién ordenó esto? son preguntas que sólo la ciencia y no religión debe responder. Evidentemente, el principo antrópico es una especie de ingenuidad institucionalizada, una auténtica bobería. ¿Se pregunta una ameba por qué existe ella o por qué el universo es como es?. Nuestro universo es como es y punto, y si fuera de otra forma también sería como es.

Saludos

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Curso de Inteligencia Artificial: Autómatas celulares de la serie Trinity Aurora V1.0

Posted by Albert Zotkin en marzo 27, 2014

Trinity Aurora viewer

Trinity Aurora viewer

Hola amigos incondicionales de Tardígrados. Vamos a iniciar un apasionante curso por el mundo de la inteligencia artificial, en el que tendremos oportunidad de diseñar sistemas básicos que serán piezas claves para el desarrollo de tecnologias de IA. El primer capitulo lo dedicaremos al estudio de los autómatas celulares, y más concretamente a autómatas celulares de la serie Trinity Aurora v1.0.

Autómatas celulares de la serie Trinity Aurora v1.0

Defino un sistema Trinity Aurora como un autómata celular con tres matrices de NxM células o celdas cada una. Los sucesivos estados de las celdas están condicionados por una tendencia, es decir, un vector tendencia que marca hacia qué estado debe evolucionar cada celda. Eso es posible ya que en un Trinity Aurora los estados de cada celda pueden ser 16.777.216. Si representamos cada estado por un color (true color) de 3 componentes de color RGB, y cada componente puede ser representado en el rango 0-255, tenemos 256 x 256 x 256 = 16.777.216 colores (estados) posibles, es lo que se llama true color. Supongamos que el vector tendencia de una celda en una generación determinada es (t,f)=(0xff0000,128) y que el estado que muestra es c=0x00ff000. ¿Que significará eso?. Veamos, c=0x00ff000, es el color verde puro, o sea esa celda (pixel) en esa generación está mostrando el color verde, pero su vector tendencia es (0xff0000,128) , es decir, tiende hacia el color 0xff0000, que es el rojo puro, 128 indica la fuerza de esa tendencia. La fuerza de una tendencia la he definido dentro del rango de valores 0-255, Una fuerza máxima de f=255 significaría que la celda alcanzaría el color de la tendencia en la siguiente generación y una f=0 significaría que nunca la alcanzaría. ¿Cómo defino la transición de color actual hacia el color definido por el vector tendencia? Pues esa transición no podría ser más que una mezcla de los dos colores, el actual y el de la tendencia, según el porcentaje de mezcla definido por la fuerza de esa tendencia. Es decir, la fuerza, en este caso, es la transparencia del color actual sobre el color tendencia tomado como color de fondo.
Instántanea tomada del Trinity "Expand 2 Iris On Net",con una edad de 328 generaciones. Nació del Caos, y es un sistema que evoluciona eternamente de forma irreversible, incrementando su entropia.

Instántanea tomada del Trinity “Expand 2 Iris On Net”,con una edad de 328 generaciones. Nació del Caos, y es un sistema que evoluciona eternamente de forma irreversible, incrementando su entropia.

Los sistemas Trinity Aurora de la versión V1.0 están constituidos por 3 matrices cuadradas de 128 x128 pixels cada una. En una de ellas representaremos los estados actuales del autómata, y en las 2 restantes los estados del vector tendencia. Como todo autómata celular, cada celda posee un vecindario y un conjunto de reglas de transición. El vecindario en esta versión lo he definido con un radio de r=2, es decir, son celdas vecinas que distan entre 1 ó 2 pixels de la celda propia situada en el centro, o sea es una cudrícula de 5 x 5. La característica más importante de un sistema Trinity Aurora es que el vector tendencia de la celda que esta procesando la regla en una generación dada debe estar protegido. o sea, la regla solo tendrá acceso al vector tendencia de la celda central y nunca al de cualquier otra vecina. La regla tiene acceso pues a los 25 estados (colores) actuales del vecindario de una celda y a su vector tendencia, y el valor que devuelve será siempre una variación de ese vector tendencia, nunca una modificacion directa sobre el estado actual de la celda. En resumen , la regla tiene prohibido el acceso a vectores tendencia del vecindario que no sean el central y tambien tiene prohibido modificar el estado actual de la celda directamente. Si una regla requiere modificar el estado de una celda en la siguiente generacion bastará con modificar el parametro fuerza hacia su valor máximo (255).

Instántanea tomada del Trinity "Iris Netenda",con una edad de tan sólo 133 generaciones. Al igual que el anterior, nació del Caos el 8 de Julio de 2005 a las 3 horas 5 minutos, 21 segundos.

Instántanea tomada del Trinity “Iris Netenda”,con una edad de tan sólo 133 generaciones. Al igual que el anterior, nació del Caos el 8 de Julio de 2005 a las 3 horas 5 minutos, 21 segundos.

Los Sistemas Trinity Aurora son por definición sistemas irreversibles, ya que cada color actual se mezcla con su color tendencia en cada generación según cierto porcentaje. La mezcla de colores supone por lo tanto irreversibilidad, es decir, pérdida de información de sus estados pasados. Dado un estado actual de una celda no podemos saber cuál era su estado pasado en la generación anterior si no sabemos que color tendencia poseia y qué fuerza (porcentaje de mezcla) le fue aplicado. La filosofía tras estos sistemas es que con ellos podemos diseñar modelos de simulación de los fenómenos naturales. Y aunque de momento solo presento autómatas de 2 dimensiones y de reducido tamaño, constituyen el principio de la Nueva Ciencia, ya que con ellos ponemos a nuestra disposición un nuevo lenguaje científico. es decir, una nueva herramienta basada en reglas “simples” que no necesitan ecuaciones diferenciales para conseguir aproximaciones a los modelos. Pero lo más esencial de los Trinity Aurora es que nos hablan de un Universo Virtual que puede ser tratado como un todo sin diferenciación de partes, y por lo tanto, su evolución dependerá unicamente de las condiciones iniciales y de la regla o ley con la que les dotemos, si queremos que sea un sistema cerrado. Por el contrario, si deseamos que el Trinity sea un sistema abierto, es decir, que la regla que lo gobierna pueda considerar estados externos, por ejemplo mediante una cámara web o un micrófono, entonces el sistema evolucionará teniendo en cuenta tambien esos estados externos, con lo cuál las posibilidades prácticas de estos sistemas deben ser seriamente consideradas.
El trinity "Kernel Aurora" a la tierna edad de 87 generaciones. Este autómata es bastante estable aunque al igual que sus hermanos posee naturaleza caótica.

El trinity “Kernel Aurora” a la tierna edad de 87 generaciones. Este autómata es bastante estable aunque al igual que sus hermanos posee naturaleza caótica.

Algunos autores, como Stephen Wolfram, se ilusionaron con la pretenciosa idea de que el universo fisico-químico fuera,en última instancia un autómata celular, o que poseyera una dinámica interna semejante. Tratar al universo como si fuera un autómata celular nos lleva desvirtualizar conceptos como el de partícula, energía. De hecho, elaborar un modelo de autómata celular que simule un sistema de partículas con interacciones gravitatorias, es casi una tarea imposible. No digo que programar un autómata tal no sea posible, pero requeriría añadir al autómata una serie de mecanismos extras para almacenar variables y parámetros auxiliares y eso lo único que conseguiría sería probar que un autómata celular no es la herramienta más adecuada para tal simulación. Cuando nos vemos obligados a rodear una herramienta de mucha parafernalia y aparataje extra, tenemos que preguntarnos si es esa la herramienta mas adecuada. Un autómata celular que simule lográdamente un sistema de partículas no es posible si en las reglas de conectividad local que definimos consideramos magnitudes escalares o vectoriales tales como masa, fuerza, intensidad de campo, energía potencial o cinética.

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