سواقة صلبة لكوكب الأرض

سواقة صلبة لكوكب الأرض^(*)

ما قدرة الأرض على تخزين المعلومات، وما حال ملاءتها اليوم؟
يقدِّم الجواب عن هذا السؤال مدلولاتٍ لافتة حول نمو الانتظام⁽¹⁾ في الكون.

<A .C. هيدالگو>

في عام 2002، قام أ. د. <S. لويد> [أستاذ الحوسبة الكمومية⁽²⁾ في معهد ماساتشوستس للتقانة (MIT)] بنشر صيغة من أجل تقدير عدد «البتّات»⁽³⁾bits الذي يمكن أن يُستوعب في الكون. إنه لمن المعلوم أن الحاسوب يودع البتات ضمن الترانزيستور، لكنه يمكن أيضا ترميز البتة بحالة الجزيء المادي كحالة دوران⁽⁴⁾ الإلكترون حول النواة، على سبيل المثال. لقد استثمرت صيغة <لويد> ما يمكن تسميته بفيزيائية المعلومات⁽⁵⁾  من أجل تخمين المعدل الذي تستطيع عنده النظم المادية أن تعالج وتسجل المعلومات كتابع لثابتة «بلانك»⁽⁶⁾ (وحدة قياس لا يمكن تخيل صغرها وهي تمثل قاعدة أساس في الميكانيك الكمومي⁽⁷⁾) وكذلك سرعة الضوء وعمر الكون. وبناء عليه، خلص <لويد> إلى أن الكون يمكنه أن يستوعب عددا هائلا من البتات أي ما مقداره10⁹⁰ بتة، أو تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون ميگابتة.

لقد طور <لويد> صيغته تلك جرَّاء عمله في الحواسيب الكمومية التي تستخدم الذرات الفردية لترميز المعلومات وإجراء أعمال الحوسبة، الأمر الذي دفعه إلى التمعن في الكون من منظور «بتات» تحيا في الذرات؛ فقام بتجربة فكرية بطرح السؤال التالي على نفسه: ما هو الحاسوب الأضخم الذي يمكن بناؤه على مدى الدهر؟ الجواب: هو ذلك الحاسوب الذي قد يوظف كل ذرة في الكون. ومن ثَمّ هو الحاسوب الذي يستطيع تخزين ما مقداره 10⁹⁰ بتة.

لكن جمال صيغة <لويد>، يتمثل بأنه يمكن استخدامها في تقدير سعة تخزين المعلومات لأي نظام فيزيائي وليس للكون فقط. وفي الآونة الأخيرة وبينما كنت أستكشف القدرات الحوسبية للاقتصادات وللمجتمعات، اشتققت من صيغة <لويد> إلهاما مفاده بأن صيغة <لويد> لا تتضمن الكثير من التعقيد الاجتماعي والاقتصادي الكامن في اقتصاداتنا، لكنها تعطينا تقديرات خشنة لقدرة الأنظمة على تخزين ومعالجة المعلومات. لنتمثل الأرض بسواقة صلبة. واستنادا إلى صيغة <لويد>، تستطيع الأرض أن تخزن نحو 10⁵⁶  بتة – أي ما يقارب تريليون تريليون تريليون تريليون گيگابتة. وعليه، هل سواقة الكوكب الصلبة هذه خالية بمعظمها أم ممتلئة بمعظمها؟

للإجابة عن هذا السؤال، دعونا نأخذ بالاعتبار أبحاث <M. هيلبرت> و<P. لوپيز>. ففي عام 2011، قام كلّ من <هيلبرت> و<لوپيز>، اللذين كانا يعملان في حينه في جامعة كاليفورنيا الجنوبية والجامعة المفتوحة في كتالونيا بإسبانيا على التوالي، بنشر تقدير للمعلومات الثقافية المخزنة في نصوص وصور وڤيديوهات كوكبنا، وقد استنتجا أنه حتى عام 2007، استطاع البشر أن يخزنوا  10²¹ x 2 xبتة أو ما يعادل 2 تريليون گيگابتة. لكن يوجد في كوكبنا كمٌّ من المعلومات أكبر بكثير مما تحويه الأعمال الفنية الثقافية. فالمعلومات هي أيضا مجسدة في الكائنات والأشياء المصممة من قبل الإنسان كسيارتك وأحذيتك، وكذلك في النظم الحيوية مثل: الريبوسوم⁽⁸⁾ والميتوكوندريا⁽⁹⁾والدنا⁽¹⁰⁾، وواقع الأمر أن معظم المعلومات المحتواة في الأرض هي مخزنة على شكل كتل حيوية biomass. وبناء على صيغة <لويد>، أخمن أن الأرض تحتوي بشكل خشن على 10⁴⁴  بتة، وهو رقم قد يبدو كبيرا إلا أنه لا يشكل سوى جزء يسير من قدرة المعمورة. فإذا ما استمر البشر بتوليد 10²¹  بتة سنويا،  فسيستغرق الأمر أكثر من تريليون من عصور الكون لملء السواقة الصلبة لكوكبنا.

إن ما تنبئنا به هذه الحسابات أنه على الرغم من امتلاك الأرض لقدرة هائلة على خزن المعلومات، فالانتظام لا يزال نادرا، ونجد في ذلك مدلولات كبيرة على كيفية تكوين المعلومات ومعالجتها من قبل الكوكب وعلى العقبات التي قد تحدّ من نموها في المستقبل.

كوننا الحوسبي^(**)

إن أول شيء يكشفه الخواء المعلوماتي⁽¹¹⁾ في كوكبنا، هو أن المعلومات عسيرة النمو وصعبة الصنع وعصية على الاحتفاظ ومعندة للضم إلى تشكيلات جديدة. وتلك الاستنتاجات تتوافق بشكل جيد مع الملاحظات السابقة التي تفسرها عدوانية الكون تجاه بزوغ الانتظام فيه. وفي هذا السياق، ينص القانون الثاني للترموديناميك⁽¹²⁾ على أن كوننا هذا له ميل طبيعي نحو بلوغ الوسطية، الأمر الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى غياب الانتظام. ولعل ذلك يذكرنا بأن الحرارة تجري من الموضع الساخن إلى الموضع البارد وأن الموسيقى تتلاشى خلال انتقالها في الهواء وأن الدوامات⁽¹³⁾ في القهوة المخفوقة بالحليب سرعان ما تتحول إلى غمامة بيضاء. وتجدر الإشارة هنا إلى أن هذه الحركة من حالة الانتظام إلى حالة عدمه قد عرفت بنمو الإنتروبية⁽¹⁴⁾.

ومع ذلك، توجد ثغرات تسمح ببروز جيوب من الانتظام، ولو فكرنا في الخلية الحيوية أو في الجسم البشري أو في الاقتصاد الذي يصنعه الإنسان، لوجدنا أن هذه الأنظمة ذات التنظيم العالي تتحدى – وإن في إطار موضعي – التزايد في الإنتروبية المادية الذي يحكم الكون برمته. فالأنظمة الغنية بالمعلومات تستطيع أن توجد طالما أنها تلفظ الإنتروبية عبر منافذها⁽¹⁵⁾  بفعل  تبديد الحرارة فيها، وذلك كثمن تدفعه تلك الأنظمة مقابل احتفاظها بمستويات عالية من التنظيم، وهذا ما أشار إليه بحذاقة ذات مرة العالم <I. پريگوجين> [الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء] إذ قال: «الإنتروبية هي الثمن الذي يُدفع مقابل البنيان.»⁽¹⁶⁾

وتجدر الإشارة هنا إلى أن الانتظام ينشأ في كوننا هذا أو يُثبت فيه بفضل ثلاث حيل على النحو الآتي: الأولى، وربما تكون الأكثر ألفة، هي التي تتناول جريان الطاقة ونضرب مثلا على ذلك حوض حمام مليء بالماء، إذ تقوم جزيئات الماء بصد بعضها بعضا وفي اتجاهات عشوائية إلى أن يصار إلى إزالة المغطس. وحالما يبدأ الماء بالتدفق إلى الأسفل عبر مصرف الحوض، نجد أن الطاقة الحركية للماء تزداد؛ مما يؤدي إلى نشوء دوامة فيه. وفي تلك الدوامة، يتجسد الانتظام وتمتلك الجزيئات سرعات مشابهة من حيث الشدة والاتجاه إلى مثيلاتها من الجزيئات المجاورة، وتشكل هذه الروابط المتبادلة المنطلقات الابتدائية للمعلومات الماكروسكوبية⁽¹⁷⁾. هذا، ولفهم ليس تشكل الانتظام فقط وإنما ديمومته، نحتاج إلى الحيلة الثانية وهي: وجود الكائنات الصلبة، فتلك الكائنات كالدنا على سبيل المثال، تحتفظ بالانتظام لفترات طويلة، وبدون هذه الكائنات الصلبة تصبح المعلومات غير قابلة للاستدامة أو إعادة الاندماج أو النمو.

لكن، ولشرح بزوغ أشكال أكثر تعقيدا للانتظام (مثل المعلومات المجسدة في مدينة أو في اقتصاد) أو تكوين انتظام أدى إلى نشوء الحياة والمجتمعات على كوكبنا، نحتاج هذه المرة إلى الحيلة الثالثة وهي: قدرة المادة على الحوسبة. فالشجرة، على سبيل المثال، بمثابة حاسوب يعرف بأي اتجاه يتعين أن تنمو نحوه جذوره وأوراقه. فالأشجار تعرف متى توجه الجينات نحو العمل أو عدمه من أجل مكافحة الطفيليات، ومتى تبرعم أو متى تسقط أوراقها وكيف تستحصل على الكربون من الجو عبر التركيب الضوئي photosynthesis. فالشجرة كالحاسوب، تنجب الانتظام داخل البنية الماكروية لأغصانها وداخل الهياكل الميكروية لخلاياها. ونحن غالبا ما نفشل في الإقرار بأن الأشجار مثلها مثل الحواسيب، لكن الحقيقة هي أن الأشجار تسهم في نمو المعلومات داخل كوكبنا، ويعود السبب في ذلك إلى أنها تقوم بالحوسبة.

خيال متبلور^(***)

هناك أمر آخر أكثر إثارة للاستغراب، نتعلمه من تخيل كوكبنا على شكل سواقة صلبة وهو: أن المعلومات تنمو بالتدريج على الرغم من القوى المصطفة ضد بزوغ الانتظام. وعليه، يمكن القول إن سواقة الأرض الصلبة هي الآن أكثر ملاءة مما كانت عليه بالأمس أو مما كانت عليه منذ بليون سنة خلت. وبشكل جزئي، إنها أكثر ملاءة بسبب نشوء الحياة: لأن الكتلة الحيوية biomassتحتوي على قدر عظيم من المعلومات، إلاّ أن نمو الانتظام على الأرض ينشأ أيضا عن إنتاج المعلومات الثقافية.

هذا، ولمعرفة السبب، دعونا نقارن التفاح الذي ينمو على الأشجار بحواسيب آبل Apple التي نحملها في جيوبنا ونستعملها للتعامل مع بريدنا الإلكتروني. فمن أجل غاياتنا، نحن معنيون بأصل الانتظام الفيزيائي المجسد في كل كائن؛ فالتفاحة الأولى تجسد الانتظام الذي وجد في العالم قبل البشر، حيث كان هناك تفاح قبل أن يكون لدينا اسم للتفاح وسعر للتفاح أو سوق للتفاح. بينما التفاحة الثانية تختلف عن الأولى لأنها كائن قد وجِد في رأس أحدهم أولا، ثم وجد في العالم في وقت لاحق. إنها قطعة منتظمة متصلبة بزغت أولا في المخيلة. وكما سنرى، فإن الكائنات من هذا النوع تتميز بطابع خاص.

وتمتلك الأنواعُ التي تستطيع أن تتخيل الكائنات ومن ثم تختلقها ميزاتٍ مهمة تتفوق بها على الحيوانات الأخرى. والكائنات الحقيقية المختلقة التي تسود اقتصادنا، تضاعف من قدراتنا نظرا لأنها تمنحنا إمكانية النفاذ إلى الاستخدامات العملية للمعرفة وللدراية العلمية المجسدة في النظم العصبية لأناس آخرين. لنأخذ بالاعتبار أنبوب معجون الأسنان، فأغلب البشر يستخدمه كل يوم، لكنهم لا يعرفون كيفية تركيب فلورايد الصوديوم، أي المكون النشط لمعجون الأسنان. وعليه، فإن الافتقار إلى المعرفة بهذا الشأن، لم يُقصِهم عن الاستفادة من الاستخدامات التطبيقية للفهم اللازم لعملية تركيب فلورايد الصوديوم. فالناس يجسدون الاستخدامات التطبيقية لمعارف الآخرين من خلال المنتجات – وهي التي تمثل، في حقيقة الأمر، قِطعا متصلبة من المخيلة. فالمنتجات تزيد من إمكاناتنا، كما أن أسواقها لا تجعلنا فقط أغنى وإنما أيضا أكثر حكمة.

وتكمن المشكلة في أن اختلاق المنتجات ليس بالأمر السهل، إذ إنه غالبا ما يتطلب تعاونا ما بين أعداد كبيرة من الناس. ففي عملية الإسهام في تنمية المعلومات، يحتاج الناس إلى تشكيل شبكات قادرة على حوسبة المنتجات، فهذه الشبكات تَلزمنا بسبب محدودية القدرات الحوسبية للنظم وكذلك قدراتها على تخزين المعلومات. وفي هذا الصدد، تعتبر الخلايا الحيوية حواسيب محدودة ويتم تجاوز محدوديتها من خلال طبيعتها ذات التعدد الخلوي. وعليه، فإن البشر هم أيضا محدودون، ويتم تجاوز محدودية قدراتنا الحوسبية بواسطة تشكيل شبكات اجتماعية ومهنية. كما أن الاقتصادات تمثل حواسيب موزعة تعمل عبر عتادها الصلب⁽¹⁸⁾ الذي يتجلى على شكل شبكات اجتماعية. وفي نهاية المطاف، فإن إعادة تجسيد للحوسبة هذه انطلاقا من الخلايا ووصولا إلى البشر وانتهاء بالاقتصادات، تمثل السيرورة التي تجعل نمو أشكال معقدة من المعلومات أمرا ممكنا، لكنه يطرح تحديات.

حدود النمو^(****)

إن الأمر النهائي الذي تُنبئنا به هذه التجربة الفكرية، هو أن مقدرة الشبكات البشرية على تكوين المعلومات مقيدة بصرامة بالغة. لننس كل ما يقال عن البيانات الشاسعة: فمن منظور كوني، إننا نكوِّن وبشكل مثير للاستغراب مقدارا صغيرا من المعلومات (مع أننا نحرق ما يكفي من الطاقة في سيرورة ذلك لتحرير الكربون الذي يتسبب بالدفيئة warming العالمية لكوكبنا).

إن قدرتنا على تكوين المعلومات محدودة جزئيا لأن مقدرتنا على تشكيل شبكات من الناس مقيدة بعوامل تاريخية ومؤسسية وتقانية. فالحواجز اللغوية، على سبيل المثال، تتسبب بشروخ في مجتمعنا العالمي؛ مما يحد من مقدرتنا على ربط البشر المولودين بأجزاء متباعدة من المعمورة. لكن القوى التقانية تستطيع أن تساعد على تخفيض تلك الحواجز، فارتفاع وتيرة السفر جوا والتواصل عبر مسافات بعيدة قد قلل من تكلفة التفاعلات عن بعد، الأمر الذي سمح لنا بنسج شبكات هي في غاية العالمية، زادت من قدرتنا على معالجة المعلومات. لكن هذه التقانات لا توفر الحل المطلق حيث لا تزال قدرتنا على معالجة المعلومات بشكل جماعي صغيرة، مع أنها أكبر مما كانت عليه في العقود السابقة.

إذن، كيف سيتطور نمو المعلومات على الأرض في القرون القادمة؟ ومن وجهة نظر متفائلة، يمكن القول إن القوى التقانية المعولمة وسقوط المؤسسات الضيقة الأفق بغيرتها الوطنية وتمسكها الديني، ستساعد على تآكل الخلافات التاريخية التي تستمر باستحضار الكراهية بين الناس من ذوي خلفيات مختلفة، سواء أكانت لغوية أم عرقية أم دينية أم وطنية. وفي غضون ذلك، تمهد التغيرات التقانية لنشوء عصر يتصف بالترابطية الفائقة، فالإلكترونيات سوف تتطور من المحمول إلى الملبوس وصولا إلى المغروس، الأمر الذي يفضي إلى قيام أشكال جديدة من التفاعلات الاجتماعية التواسطية.

وعبر آلاف السنين، استفادت مقدرة أنواعنا على تكوين معلومات من مقدرتنا على إيداع المعلومات في بيئتنا، وذلك إما ببناء الفؤوس الحجرية أو من خلال تدوين القصائد الملحمية. فهذه الموهبة وفرت لنا الارتقاء والتنسيق اللازمين من أجل أن تزداد قدرتنا الحوسبية. وعليه، نحن في خضم ثورة جديدة ذات كمون لتحويل هذه الدينامية على نحو يجعلها أيضا أكثر قوة. وفي هذه الألفية، سوف يندمج الإنسان في الآلة من خلال أجهزة تعمل على مزج الحواسيب الحيوية القاطنة بين آذاننا بالآلات الرقمية التي قد بزغت من بنات عقولنا الفضولية. وبناء عليه، سوف يواجه المجتمعُ فائق الترابطية والمنبثق عن هذه الثورة، نوعنا ببعض أكبر التحديات الأخلاقية في التاريخ البشري. فنحن البشر قد نفقد جوانب من إنسانيتنا التي يعتبرها البعض منا أساسية: فعلى سبيل المثال، قد نخادع الموت. لكن هذا الاندماج بين أجسادنا والآلات المعالجة للمعلومات والتي تخيلتها عقولنا؛ قد يكون السبيل الأوحد لدفع نمو المعلومات قدما إلى الأمام، فنحن قد وُلدنا من المعلومات، والآن تولد المعلومات منّا على نحو متزايد.

المؤلف

	César A. Hidalgo
<هيدالگو> هو أستاذ مشارك في فنون وعلوم وسائط الإعلام في المعهد MIT ويقود مجموعة الروابط الماكروية في مختبر وسائط الإعلام في المعهد.

  مراجع للاستزادة

Information Is Physical. Rolf Landauer in Physics Today, Vol. 44, No. 5, pages 23–29; May 1991.
Computational Capacity of the Universe. Seth Lloyd in Physical Review Letters, Vol. 88, No. 23, Article No. 237901; June 10, 2002.
Why Information Grows: The Evolution of Order, from Atoms to Economies. César Hidalgo. Basic Books, 2015.

(*)PLANET HARD DRIVE

(**)OUR COMPUTATIONAL UNIVERSE

(***)CRYSTALLIZED IMAGINATION

(****)LIMITS OF GROWTH

(1) order

(2) quantum computing؛ أو: الحوسبة الكوانتية.

(3) والبتّة bit: هي وحدة قياس أساسية للمعلومات وتمثل الإجابة عن سؤال بنعم أو بلا.

(4) spin أو: سپين.

(5) the physicality of information

(6) Planck’s constant

(7) أو: الكوانتي.

(8) ribosomes

(9) mitochondria

(10) DNA

(11) the informational emptiness

(12) thermodynamics

(13) the swirls

(14) the growth of entropy

(15) أو: مفاصلها.

(16) ”Entropy is the price of structure“

(17) macroscopic

(18) the hardware