xvi
Contents
13.3
Optimality Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
13.3.1
Specifying Optimality Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
13.3.2
Optimized Arterial Radius and Bifurcation Angles . . . . 564
13.3.3
Optimized Aortic Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13.3.4
The Pattern of Seeds on a Sunflower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13.4
Scaling Laws in Life Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
14 Neural Networks and Brains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
14.1
Neural Networks as Logic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
14.2
More Realistic Neuron Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
14.2.1
Electrical Activity of a Neuron Membrane . . . . . . . . . . . . . 583
14.2.2
The Hodgkin–Huxley Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
14.3
Brain Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
14.4
The Human Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
14.5
Consciousness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
14.6
Artificial Intelligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
14.7
Quantum Computers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
15 Ordering Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
15.1
Defining Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
15.2
Factors Needed for Ordering to Occur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
15.3
Major Thresholds in the Development of Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
15.4
Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
15.5
Catastrophes in Complex Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
16 Energy Flow in the Production of Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
16.1
The Flow of Energy Through the Earth System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
16.2
The Negentropy of Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
17 Life in the Universe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
17.1
Minimum Requirements for Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
17.2
Life Elsewhere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
17.3
Self-stabilizing Life Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
18 Future Developments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
18.1
DNA Sequencing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
18.2
The Distal Multi-Corder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.3
The Doc-Tour Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.4
The Imi-tator Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.5
The Holo-reality Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.6
The X-pression Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.7
The Simu-later Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.8
The Im-Mortality Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
18.9
The Physics of the Light-Beam Transporter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
18.10 The Future of Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
Contents
13.3
Optimality Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
13.3.1
Specifying Optimality Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
13.3.2
Optimized Arterial Radius and Bifurcation Angles . . . . 564
13.3.3
Optimized Aortic Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13.3.4
The Pattern of Seeds on a Sunflower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13.4
Scaling Laws in Life Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
14 Neural Networks and Brains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
14.1
Neural Networks as Logic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
14.2
More Realistic Neuron Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
14.2.1
Electrical Activity of a Neuron Membrane . . . . . . . . . . . . . 583
14.2.2
The Hodgkin–Huxley Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
14.3
Brain Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
14.4
The Human Brain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
14.5
Consciousness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
14.6
Artificial Intelligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
14.7
Quantum Computers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
15 Ordering Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
15.1
Defining Order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
15.2
Factors Needed for Ordering to Occur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
15.3
Major Thresholds in the Development of Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
15.4
Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
15.5
Catastrophes in Complex Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
16 Energy Flow in the Production of Order. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
16.1
The Flow of Energy Through the Earth System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
16.2
The Negentropy of Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611
17 Life in the Universe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
17.1
Minimum Requirements for Life. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
17.2
Life Elsewhere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
17.3
Self-stabilizing Life Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
18 Future Developments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
18.1
DNA Sequencing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
18.2
The Distal Multi-Corder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.3
The Doc-Tour Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.4
The Imi-tator Code. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
18.5
The Holo-reality Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.6
The X-pression Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.7
The Simu-later Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621
18.8
The Im-Mortality Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
18.9
The Physics of the Light-Beam Transporter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
18.10 The Future of Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623